Tài liệu ứng dụng công nghệ nano xác định nhanh hàm lượng thủy ngân trong nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ----- ----- ĐỖ ĐỨC NAM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO XÁC ĐỊNH NHANH HÀM LƯỢNG THỦY NGÂN TRONG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ----- ----- ĐỖ ĐỨC NAM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO XÁC ĐỊNH NHANH HÀM LƯỢNG THỦY NGÂN TRONG NƯỚC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ SỐ: 60.42.02.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. ĐỒNG HUY GIỚI HÀ NỘI, 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng: Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào khác. Mọi sự giúp đỡ cho công việc thực hiện luận văn này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày ..... tháng ..... năm 2015 Tác giả luận văn Đỗ Đức Nam Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page ii LỜI CẢM ƠN Có được kết quả nghiên cứu này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: TS. Đồng Huy Giới, người đã trực tiếp, tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt cho tôi trong suốt thời gian học tập, thực hiện đề tài nghiên cứu và hoàn chỉnh luận văn này. Tập thể các thầy cô giáo bộ môn Sinh học, Khoa Công nghệ sinh học, Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam, luôn giúp đỡ và có những góp ý sâu sắc trong thời gian tôi học tập và thực hiện đề tài. Tập thể Ban lãnh đạo, cán bộ nhân viên Trung tâm phân tích và chứng nhận chất lượng sản phẩm nông nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi và những sự hỗ trợ tốt nhất để giúp tôi thực hiện đề tài. Thạc sĩ Ngô Văn Quang, Viện Hóa học - Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam đã góp ý sâu sắc cho tôi trong việc thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, người thân và gia đình đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài này. Hà Nội, ngày ..... tháng ..... năm 2015 Tác giả luận văn Đỗ Đức Nam Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iii MỤC LỤC Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục iv Danh mục bảng vi Danh mục hình vii MỞ ĐẦU 1 1 Đặt vấn đề 1 2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1 Tổng quan về Thủy ngân: 3 1.1.1 Cấu tạo thủy ngân 3 1.1.2 Tính chất vật lý 3 1.1.3 Tính chất hóa học 5 1.1.4 Nguồn gốc sinh địa hóa của thủy ngân: 5 1.1.5 Độc tính của thủy ngân 8 1.1.6 Một số ứng dụng của thủy ngân 10 1.1.7 Ô nhiễm thủy ngân: 13 1.2 Các nghiên cứu về thủy ngân trên thế giới 14 1.3 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài 18 1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước thuộc lĩnh vực của đề tài 18 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước ngoài thuộc lĩnh vực của đề tài 20 1.4 Các quy định hiện hành của nhà nước về giới hạn hàm lượng thủy ngân trong nước. 23 Chương 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1.Vật liệu nghiên cứu 2.1.1.Đối tượng nghiên cứu Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 25 25 Page iv 2.1.2.Địa điểm nghiên cứu 25 2.1.3.Thời gian nghiên cứu 25 2.1.4.Hóa chất và thuốc thử 25 2.2 Phương pháp nghiên cứu 26 2.2.1 Tạo dung dịch cảm biến AuNPs-ssDNA 26 2.2.2 Phương pháp xác định độ đặc hiệu của cảm biến AuNPs-TssDNA đối với Hg2+ 27 2.2.3 Xác định sự hiện diện của Hg2+ trong nước 27 2.2.4 So sánh độ chính xác của cảm biến AuNPs-T-ssDNA với phương pháp phân tích trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 28 Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Kết quả tổng hợp và khảo sát đặc tính của dung dịch nano vàng 33 3.2 Kết quả tạo cảm biến nano vàng và ADN chức năng (AuNPsssDNA) 35 3.3 Kết quả phát hiện Hg2+của cảm biến AuNPs-T-ssDNA trong điều kiện phòng thí nghiệm 37 3.4 Kết quả kiểm tra tính đặc hiệu của cảm biến AuNPs-T-ssDNA 40 3.5 Chuẩn bị mẫu nước thực địa 42 3.6 Kết quả phát hiện Hg2+ bằng cảm biến AuNPs-T-ssDNA đối với các mẫu nước lấy ngoài thực địa 43 3.7 Kết quả phân tích mẫu nước lấy trong tự nhiên bằng hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 1 Kết luận 48 2 Kiến nghị 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 PHỤ LỤC 52 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page v DANH MỤC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 1.1 Một số hằng số vật lý của thủy ngân 3 1.2 Một số hợp chất hữu cơ thủy ngân điển hình 11 1.3 Một số phương pháp ứng dụng thường dùng cho các chương trình phân tích thủy ngân 17 1.4 Giới hạn hàm lượng thủy ngân trong nước tại Việt Nam 23 2.1 Các thông số kỹ thuật của máy AAS trước khi chạy 31 3.1 Phân bố kích thước của các hạt nano vàng 34 3.2 Quang phổ hấp thụ ở bước sóng 520 nm và 650 nm của hỗn hợp hợp dung dịch AuNPs-T-ssDNA khi xử lý Hg2+ ở các nồng độ khác nhau 39 3.3 Tổng hợp các mẫu nước lấy ngoài thực địa 42 3.4 Tổng hợp kết quả kiểm tra các mẫu nước thu thập bằng máy Quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 45 Page vi DANH MỤC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Thủy ngân 4 1.2 Khoáng thạch Thần sa - Chu sa 7 3.1 Ảnh dung dịch nano vàng chụp bằng máy ảnh kỹ thuật số (a) và đồ thị hấp thụ quang phổ UV-vis của dung dịch nano vàng (b). 3.2 33 Ảnh hạt nao vàng chụp qua kính hiển vi điện tử (A) vàbiểu đồ phân bố kích thước hạt nano vàng (B) 3.3 34 Ảnh chụp Dung dịch nano vàng (A), hỗn hợp dung dịch AuNPs-ssDNA xử lý 0,1M NaNO3-MOPS (B) và dung dịch AuNPs xử lý 0,1M 35 NaNO3-MOPS (C). 3.4 Đồ thị hấp thụ quang phổ UV-vis của (a) dung dịch AuNPs (đối chứng); (b) dung dịch AuNPs sau xử lý 0,1M NaNO3-MOPS; (c) hỗn hợp dung dịch AuNPs-ssDNA sau xử lý 0,1M NaNO3-MOPS. 3.5 36 Ảnh chụp qua kính hiển vi điện tử truyền qua của (A) hỗn hợp dung dịch AuNPs-ssDNA sau xử lý 0,1M NaNO3-MOPS; (b) dung dịch AuNPs sau xử lý 0,1M NaNO3-MOPS. 3.6 37 Sự thay đổi màu sắc của hỗn hợp dung dịch AuNPs-T-ssDNA khi bổ sung Hg2+ với các nồng độ khác nhau. 3.7 39 Quang phổ hấp thụ của hỗn hợp hợp dung dịch AuNPs-T-ssDNA khi xử lý Hg2+ ở các nồng độ khác nhau 3.8 39 Ảnh chụp qua kính hiển vi điện tử của AuNPs-T-ssDNA. (A) trước khi xử lý Hg2+; (B) sau khi xử lýHg2+với nồng độ 10µM. 3.9 40 Màu sắc của cảm biến AuNPs-T-ssDNA khi xử lý bằng 20µM các ion kim loại khác nhau 3.10 41 Đồ thị quang phổ UV-vis của cảm biến AuNPs-T-ssDNA khi xử lý bằng 20µM các ion kim loại khác nhau Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 42 Page vii 3.11 Kết quả kiểm tra các mẫu nước thu thập bằng dung dịch cảm biến AuNPs-T-ssDNA 3.12 44 2+ Đồ thị tín hiệu phân tích Hg của máy AAS Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 47 Page viii MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Ô nhiễm thủy ngân hiện nay là một vấn đề toàn cầu do thủy ngân tồn tại ở rất nhiều trạng thái khác nhau trong tự nhiên, có khả năng di chuyển xa trong không khí và biến đổi thành nhiều dạng có độc tính khác nhau trong quá trình sinh địa hóa. Ở Việt Nam, thủy ngân có thể phát thải rộng rãi ra môi trường qua quá trình sử dụng nguyên liệu trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp như sản xuất hóa chất, đốt nhiên liệu, sản xuất pin, bóng đèn, phân bón, thuốc trừ sâu, khai thác quặng, khai thác vàng, bạc … Qua mưa, gió và các phản ứng tích tụ do vi sinh vật trong đất, nước thủy ngân chuyển hóa thành thủy ngân hữu cơ có độc tính cao hơn. Ngộ độc thủy ngân gây ra các vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe con người và các triệu chứng nổi bật thuộc về tiêu hóa và thần kinh. Ô nhiễm nguồn nước do thủy ngân ảnh hưởng vô cùng lớn tới cuộc sống của con người do nước có vai trò không thể thay thế trong toàn bộ sự sống và các quá trình xảy ra trên Trái Đất. Nó có thể ảnh hưởng trực tiếp khi con người sử dụng các nguồn nước bị ô nhiễm thủy ngân hoặc gián tiếp khi sử dụng các loại thực phẩm bị nhiễm độc thủy ngân từ nguồn nước. Viện Nghiên cứu Đa dạng Sinh học tại tiểu bang Maine (Mỹ) vừa cho biết, có đến 84% lượng cá trên toàn thế giới chứa một lượng thủy ngân gây hại cho sức khỏe con người, theo tin tức kênh truyền hình CBS News (Mỹ) đăng tải hôm 14/1/2015. Các chuyên gia sức khỏe cho biết con người bị nhiễm độc thủy ngân chủ yếu là do ăn cá. Cá ngừ và cá kiếm là hai loại cá bị nhiễm thủy ngân nặng nhất. Thủy ngân là nguyên tố có thể gây ra tổn thương vĩnh viễn não và thận của con người. Do tình trạng ô nhiễm thủy ngân diễn ra trên toàn thế giới, nên bất kỳ nguồn cá nào cũng đều bị nhiễm độc. Và không chỉ có cả ở biển và các loại cá nước ngọt sống trong các sông, hồ bị ô nhiễm thủy ngân cũng bị nhiễm thủy ngân. Hiện nay, trên thế giới và ở Việt Nam có nhiểu phương pháp xác định thủy ngân đã được công bố, chủ yếu là dựa vào sự kết hợp kỹ thuật tách và các phương Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 1 pháp phổ chọn lọc (phổ hấp thụ nguyên tử, phổ phát xạ nguyên tử, phổ khối lượng, phổ plasma cặp ion) hoặc bằng kỹ thuật điện hóa. Các phương pháp này được thực hiện tại các phòng thí nghiệm có đầy đủ trang thiết bị máy móc hiện đại, các kỹ sư có trình độ, nhiều năm kinh nghiệm, ngoài ra cần có thời gian và cả chi phí cao để thực hiện việc này. Đặc biệt ở Việt Nam, không phải tỉnh, thành phố nào cũng có các phòng thí nghiệm có thể thực hiện việc phân tích trên. Trong khi nhu cầu sử dụng nước phục vụ nhu cầu sinh hoạt cũng như sản xuất nông nghiệp, công nghiệp của người dân là rất lớn, và việc sử dụng các nguồn nước không đảm bảo tiêu chuẩn ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người cũng như gây mất an toàn cho các sản phẩm làm ra. Do vậy vấn đề đặt ra là phải tìm một phương pháp mới để xác định nhanh được các thành phần gây ô nhiễm nguồn nước, bên cạnh đó phương pháp này cũng phải đơn giản, dễ thực hiện và chi phí thấp để có thể thực hiện tại các vùng nông thôn, miền núi, hải đảo nơi không có đủ điều kiện để thực hiện việc phân tích này. Chính vì vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu của luận văn là“Ứng dụng công nghệ nano xác định nhanh hàm lượng thủy ngân trong nước”. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Điều chế thành công cảm biến nano vàng - ADN chức năng (AuNPs-ssDNA) có khả năng phát hiện nhanh, nhạy và đặc hiệu Ion Hg2+ trong môi trường nước ngoài thực địa. Xác định được khoảng giới hạn phát hiện của dung dịch cảm biển bằng cách so sánh kết quả kiểm tra của cảm biến với phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm trên hệ thống máy Quang phổ hấp thụ nguyên tử - AAS. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về Thủy ngân: 1.1.1. Cấu tạo thủy ngân Thủy ngân là một kim loại đặc biệt, ký hiệu hóa học là Hg (từ tiếng Hy Lạp hydrargym, tức là thủy ngân hay nước bạc). Trong ngôn ngữ châu Âu, nguyên tố này được đặt tên là Mercury, lấy theo tên của thần Mercury của người La Mã, được biết đến với tính linh động và tốc độ. Nó là kim loại duy nhất ở thể lỏng ở 00C, màu trắng bạc, sôi ở 3750 C, tỷ trọng 13,6 kg/m3; khối lượng nguyên tử 200,59. Trạng thái oxi hóa phổ biến của nó là +1 và +2. Thời gian bán hủy của thủy ngân từ 15 - 30 năm. Thủy ngân nguyên tố lỏng là ít độc nhưng hơi, các hợp chất và muối của nó là rất độc.Trong thiên nhiên, thủy ngân có trong các quặng sunfua gọi là cinabre với hàm lượng 0,1–4%. 1.1.2. Tính chất vật lý Trong bảng tuần hoàn, Hg thuộc ô 80, nhóm IIB, chu kì 6. Bảng 1.1: Một số hằng số vật lý của thủy ngân Cấu hình electron: [Xe]4f145d106s2 Năng lượng ion hóa (eV): I1 10,43 I2 18,56 I3 34,3 Nhiệt độ nóng chảy: - 38,870C Nhiệt độ sôi 3570C Nhiệt bay hơi 61,5 kjmol-1 Thế điện cực chuẩn 0,854 V Bán kính nguyên tử 1,60 A0 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 3 0,93 A0 Bán kính Ion hóa trị hai Thuỷ ngân có 7 đồng vị ổn định của thủy ngân với (29,86%). Các đồng vị phóng xạ bền nhất là 202 Hg là phổ biến nhất 194 Hg với chu kỳ bán rã 444 năm, và 203 Hg với chu kỳ bán rã 46,612 ngày. Phần lớn các đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 1 ngày. Thuỷ ngân tinh khiết là chất lỏng ở nhiệt độ thường có màu trắng bạc, khi đổ ra tạo thành những giọt tròn lấp lánh, linh động nhưng trong không khí ẩm dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim. Thuỷ ngân không tinh khiết bị phủ một lớp váng và để lại những vạch trắng dài. \ Hình 1.1: Thủy ngân (Nguồn Internet) Thuỷ ngân bay hơi ngay ở nhiệt độ phòng, hơi thuỷ ngân gồm những phân tử đơn nguyên tử. Áp suất hơi của thuỷ ngân phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ, ở 200C áp suất hơi bão hoà của thuỷ ngân là 1,3.103 mm Hg. Ở 200C, thuỷ ngân có trọng lượng riêng là 13,55. Khi hoá rắn, thuỷ ngân trở nên dễ rèn như chì và là những tinh thể bát diện phát triển thành hình kim. Thủy ngân có tính dẫn nhiệt kém nhưng dẫn điện tốt. Thuỷ ngân tan được trong các dung môi phân cực và không phân cực, dung dịch của thuỷ ngân trong nước (khi không có không khí) ở 250C chứa 6.10-8g Hg/l. Thủy ngân tạo ra hợp kim với phần lớn các kim loại, bao gồm vàng, nhôm, bạc và đồng ... nhưng không tạo với sắt. Do đó, người ta có thể chứa thủy ngân Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 4 trong bình bằng sắt. Telua cũng tạo ra hợp kim, nhưng nó phản ứng rất chậm để tạo ra telurua thủy ngân. Hợp kim của thủy ngân được gọi là hỗn hống, hỗn hống có thể ở dạng lỏng hoặc rắn phụ thuộc vào tỉ lệ của kim loại tan trong thuỷ ngân. 1.1.3. Tính chất hóa học Trạng thái ôxi hóa phổ biến của nó là +1 và +2. Rất ít hợp chất trong đó thủy ngân có hóa trị +3 tồn tại. Thuỷ ngân không tác dụng với oxi ở nhiệt độ thường, nhưng tác dụng rõ rệt ở 3000C tạo thành HgO và ở 4000C oxit đó lại phân huỷ thành nguyên tố. Thuỷ ngân phản ứng dễ dàng với nhóm halogen và lưu huỳnh. Thuỷ ngân chỉ tan trong axit có tính oxi hoá mạnh như: HNO3, H2SO4 đặc. Hg + 4HNO3(đặc) → Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O 6Hg + 8HNO3(loãng) → 3Hg2(NO3)2 + 2NO + 4H2O 1.1.4. Nguồn gốc sinh địa hóa của thủy ngân: Trong thiên nhiên 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 thuỷ ngân dưới dạng tự do. Thần sa là quặng duy nhất của thuỷ ngân, nhiều khi bắt gặp chúng tạo thành mỏ lớn. Nhìn chung thần sa khác với các sunfua khác là khá bền vững trong miền oxi hoá. Các khoáng cộng sinh với thần sa thường có antimonit (Sb3S2), pirit (FeS2), asenopirit (FeAsS), hùng hoàn (As2S3)... Các khoáng vật phi quặng đi kèm với thần sa thường có: thạch anh, canxit, nhiềukhi có cả barit, florit...Có tới 99,98% thủy ngân tồn tại ở dạng phân tán, chỉ có 0,02% thủy ngân tồn tại dưới dạng khoáng vật.Trong số20 khoáng vật của thủy ngân thì thần sa là phổ biến nhất. Tổng trữ lượng thủy ngân ở vỏ trái đất la 1,6.1012 tấn. Thủy ngân phân bố khá đều trong các đá magma như siêu bazơ (1.10-6%), bazơ (9.10-6%), trung tính (6.10-6%), và acid (8.10-6%). Vì sét hấp thụ nhiều thủy ngân nên hàm lượng thủy ngân trong đá trầm tích sét khá cao (9.10-5%) nhưng trầm tích bùn biển lại nghèo thủy ngân. Hàm lượng thủy ngân trong nước bề mặt khoảng 1.10-7%. Thủy ngân dễ bay hơi nên luôn có Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 5 mặt trong không khí. Các đồng vị nhẹ của thủy ngân thường tập trung nhiều hơn trong khí quyển vùng núi lửa và suối nước nóng với nồng độ đến 0,02 mg/m3. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 6 Hình 1.2: Khoáng thạch Thần sa - Chu sa (Nguồn Internet) Các hợp chất chủ yếu của Hg ở quá trình sinh–địa–hóa của các yếu tố được phân loại sau đây: + Các hợp chất và nguyên tố: HgO , (CH3)2Hg. + Các loại phản ứng: Hg2+, HgX2, HgX-3 , HgX2-4 với X = OH–, Cl–, Br – , HgO trong các dạng Sol khí: Hg2+ tạo phức với các hợp chất hữu cơ. + Dạng ít có phản ứng: metyl Hg (CH3Hg+, CH3HgCl, CH3HgOH) và các hợp chất hữu cơ khác: Hg(CN)2. + HgS: Hg2+ kết hợp với S2– trong vật chất mùn Nồng độ trung bình trong không khí đo được khoảng 3mg/m3 trong khoảng 10 năm qua ở trên đất liền và thấp hơn ở trên biển; hầu hết là ở dạng HgO. Ở trong nước, mức tập trung tiêu biểu từ 0,5 – 3 mg/lít ở trong đại dương và 1 – 3 mg/lít ở sông và hồ; hầu hết là các loại vô cơ. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 7 Nguồn thủy ngân tinh khiết hầu hết tập trung trong các loại khoáng đá. Mặt đất có khả năng tiếp nhận thủy ngân từ bầu khí quyển cũng là nguồn thủy ngân rất có ý nghĩa. Sự lắng đọng từ bầu khí quyển chủ yếu là Hg và(CH3)2Hg có thể là do quá trình hóa sinh. Thủy ngân có nhiều trong đất, biển do các chấn động địa chất và từ khí thải tự nhiên của vỏ địa cầu. Một số vi khuẩn yếm khí cũng có thể metyl hóa thủy ngân thành metyl thủy ngân. Đất nông nghiệp được sử dụng phân bón (phân tổng hợp, rác cống, vôi và thủy ngân). Thời gian tồn tại của thủy ngân trong bầu khí quyển khoảng hơn 1 năm. Hầu hết thủy ngân trong bầu khí quyển là do hoạt động của con người. Khu vực công nghiệp hóa bị ô nhiễm hỗn hợp hết sức cao, ảnh hưởng đến sự hình thành các quá trình oxide hóa thủy ngân. Thủy ngân di chuyển từ bầu khí quyển bởi sự ẩm ướt dễ lắng đọng. Tiêu biểu là thủy ngân xuất hiện trong mưa tuyết từ 2–10 mg/lít. Tuy nhiên, mức độ ô nhiễm cao nhất trong khu vực, có thể cao nhất vào lúc 5h sáng, trong vùng công nghiệp. Hàng năm, lượng mưa tuyết 100 mm có mức thủy ngân trung bình là 20mg/lít. Sự lắng đọng này có thể tạo ra một lượng 200g Hg/m2mặt đất. 1.1.5. Độc tính của thủy ngân Tính độc của thủy ngân phụ thuộc vào hợp chất hóa học của nó. Thủy ngân kim loại ở trạng thái lỏng tương đối trơ và độc tính thấp. Nhưng hơi thủy ngân thì rất độc, do thủy ngân ở dạng hơi sẽ dễ dang bị hấp thu ở phổi rồi vào máu và não trong quá trình hô hấp, dẫn đến hủy hoại thệ hệ thần kinh trung ương. Dạng muối thủy ngân (I) Hg22+ có độc tính thấp do khi vào cơ thể sẽ tác dụng với Ion Cl- có trong dạ dày tạo thành hợp chất không tan Hg2Cl2 sau đó bị đào thải ra ngoài. Dạng muối thủy ngân (II) Hg2+ có độc tính cao hơn nhiều so với muối Hg2+, nó dễ dàng kết hợp với aminoaxit có chứa lưu huỳnh trong protein.Hg2+ cũng tạo nên liên kết hemoglobin và albumin trong huyết thanh vì cả hai chất này đều có Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 8 nhóm thiol (SH). Song Hg2+ không thể dịch chuyển qua màng tế bào nên nó không thể thâm nhập vào các tế bào sinh học. Các hợp chất hữu cơ của thuỷ ngân có độc tính cao nhất, đặc biệt là metyl thuỷ ngân CH3Hg+, chất này tan được trong mỡ, phần chất béo của các màng và trong não tuỷ. Đặc tính nguy hiểm nhất của ankyl thuỷ ngân (RHg+) là có thể dịch chuyển được qua màng tế bào và thâm nhập vào mô của tế bào thai qua nhau thai.Khi người mẹ bị nhiễm metyl thuỷ ngân thì đứa trẻ sinh ra thường chịu những tổn thường không thể hồi phục được về hệ thần kinh trung ương, gây bệnh tâm thần phân liệt, co giật, trí tuệ kém phát triển. Khi thuỷ ngân liên kết với màng tế bào sẽ ngăn cản quá trình vận chuyển đường qua màng làm suy giảm năng lượng của tế bảo, gây rối loạn việc truyền các xung thần kinh. Thủy ngân gây thoái hóa tổ chức, tạo thành các hợp chất protein rất dễ tan làm tê liệt chức năng của các nhóm thiol (–SH), các hệ thống men cơ bản và oxi hóa–khử của tế bào. Hít, thở không khí có nồng độ thủy ngân 1mg/m3 trong thời gian dài có thể bị nhiễm độc (từ 1–3mg/m3 có thể gây viêm phổi cấp). Người tiếp xúc lâu dài với nồng độ thủy ngân 0,1mg/m3có nguy cơ nhiễm độc với triệu chứng cổ điển như run rẩy, rối loạn vận động ... Số liệu nghiên cứu khác cho thấy thủy ngân ở nồng độ thấp, từ 0,06–0,1mg/m3, gây ra các triệu chứng như mất ngủ, ăn kém ngon. Người tiếp xúc 8 giờ/ngày trong 225 ngày lao động/năm với nồng độ từ 0,1–0,2mg/m3 có triệu chứng run, còn với nồng độ khoảng 0,05mg/m3 chưa gây ra ảnh hưởng đáng kể. Theo Douris, độc tính của clorua thủy ngân qua đường miệng như sau: - Từ 1g trở lên, một lần: gây nhiễm độc siêu cấp tính, tử vong nhanh. - Từ 150–200mg, một lần: gây nhiễm độc cấp tính, thường tử vong. - Từ 0,5–1,4mg, trong 24 giờ: gây nhiễm độc mãn tính. - 0,007mg trong 24 giờ: có thểgây nhiễm độc cho người kém sức chịu đựng. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 9 Xianua thủy ngân [(Hg(CN)2)]: là tinh thể, khan, không màu, mùi vị gây buồn nôn, rất độc. Một người khỏe mạnh cho uống 0,13g xianua thủy ngân có thể chết sau 9 ngày với các triệu chứng nhiễm độc thủy ngân. Vào năm 1953-1999, tại thành phố Minamata Nhận Bản đã có 2.955 người nhiễm độc thuỷ ngân trong số những người đã ăn phải cá nhiễm thuỷ ngân từ vịnh. Trong số những người bị nhiễm độc, đã có 1.706 người chết Tính tới ngày 30/4/1997, có tới 17.000 người ở hai tỉnh Kumamoto và Kagoshima được xác nhận đã mắc bệnh Minamata. Những khuyết tật về gen đã được quan sát thấy ở trẻ em sơ sinh mà mẹ của chúng ăn hải sản đượckhai thác từ vịnh. Trong cá của vịnh người ta phát hiện thấy có chứa từ 27-102 ppm thuỷ ngân duới dạng metyl thuỷ ngân, nguồn thuỷ ngân này đượcthải ra từ nhà máy hoá chất Chisso, thành phố Minamata, Nhật Bản. 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. Tại Việt Nam đã có nhiều trường hợp nhiễm độc thuỷ ngân, chủ yếu tại các vùng khai thác vàng sử dụng công nghệ tạo hỗn hống với thuỷ ngân. Một trong những biểu hiện nhiễm thuỷ ngân trong những năm gần đây ở Việt Nam là bệnh “tê tê say say” ở Bình Chân – Lạc Sơn – Hoà Bình, có thời điểm số người nhiễm bệnh tới 128 trong số đó có trên 10 người tử vong. Hiện chưa có giải pháp hiệu quả để chữa bệnh Minamata, trong khi người bệnh còn chịu cả những tổn hại về mặt xã hội do mất khả năng lao động và bị phân biệt đối xử. Bệnh Minamata và những bệnh tương tự do bị nhiễm độc thuỷ ngân, cũng xảy ra ở Trung Quốc, Canada, hay ở sông, hồ vùng Amazon và Tanzania,… Dù là một trong những kim loại độc song thuỷ ngân hiện vẫn được sử dụng nhiều và lãng phí trong các ngành công nghiệp giấy, sản xuất sút, các loại. 1.1.6. Một số ứng dụng của thủy ngân Thủy ngân được sử dụng chủ yếu trong sản xuất các loại hóa chất, trong kỹ thuật điện và điện tử. Ngoài ra còn có các ứng dụng khác như: + Máy đo huyết áp chứa thủy ngân (hiện nay đã bị cấm) Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 10 + Thimerosal, một hợp chất hữu cơ được sử dụng như là chất khử trùng trong vaccin và mực xăm (Thimerosal in vaccines). + Phong vũ kế thủy ngân, bơm khuyếch tán, tích điện kế thủy ngân và nhiều thiết bị phòng thí nghiệm khác. Là một chất lỏng với tỷ trọng rất cao, Hg được sử dụng để làm kín các chi tiết chuyển động của máy khuấy dùng trong kỹ thuật hóa học. + Trong một số loại đèn điện tử. + Hơi thủy ngân được sử dụng trong đèn hơi thủy ngân và một số đèn kiểu “đèn huỳnh quang” cho các mục đích quảng cáo. Màu sắc của các loại đèn này phụ thuộc vào khí nạp vào bóng. + Sử dụng để tách vàng, bạc trong các quặng sa khoáng (khai thác vàng, bạc) + Thủy ngân vẫn còn được sử dụng trong một số nền văn hóa cho các mục đích y học dân tộc và nghi lễ. Ngày xưa, để chữa bệnh tắc ruột, người ta cho bệnh nhân uống thủy ngân lỏng (100-200gr). Ở trạng thái kim loại không phân tán, thủy ngân không độc và có tỷ trọng lớn nên sẽ chảy trong hệ thống tiêu hóa và giúp thông ruột cho bệnh nhân. + Chuyển mạch điện tử bằng thủy ngân, điện phân với cathode thủy ngân đề sản xuất NaOH và Cl2, các điện cực trong một số dạng thiết bị điện tử, pin và chất xúc tác, thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu, hỗn hống nha khoa, pha chế thuốc và kính thiên văn gương lỏng. + Trong nông nghiệp, người ta sử dụng lượng lớn các hợp chất thủy ngân hữu cơ để chống nấm và làm sạch các hạt giống, một số hợp chất điển hình dùng cho mục đích này được mô tả ở bảng 1.2: Bảng 1.2:Một số hợp chất hữu cơ thủy ngân điển hình Công thức cấu tạo Tên gọi CH3-Hg-C≡N Metyl nitril thủy ngân CH3-Hg-OOC-CH3 Metyl acetat thủy ngân CH3-Hg-Cl Metyl clorua thủy ngân NH2 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 11