Đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong không khí của hà nội sử dụng chỉ thị sinh học rêu bằng phương pháp phân tích pixe

Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14
Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14

ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG KHƠNG KHÍ CỦA HÀ NỘI SỬ DỤNG
CHỈ THỊ SINH HỌC RÊU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PIXE
ACTIVE MOSS BIOMONITORING TECHNIQUE FOR ATMOSPHERIC ELEMENTAL
CONTAMINATION IN HANOI USING PROTON INDUCED X-RAY EMISSION
NGUYỄN HỮU QUYẾT1, DƯƠNG VĂN THẮNG1*, LÊ HỒNG KHIÊM2*, PHẠM ĐỨC KHUÊ1, PHẠM TUẤN
NAM1, NGUYỄN VĂN KHÁNH1, NGUYỄN THỊ OANH1, LÊ THỊ HÒA1, CAO ĐỨC VIỆT1

(1) Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, 179 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội, Việt Nam.
(2) Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ, 18 Hồng Quốc Việt, Hà Nội, Việt Nam
*Email:
Tóm tắt: Phương pháp đánh giá ô nhiễm không khí sử dụng chỉ thị sinh học rêu được thực hiện trong nghiên cứu này ở
khu vực Hà Nội. Rêu Sphagnum girgensohnii thu thập ở những khu vực khơng ơ nhiễm, sau đó được tạo thành các túi mẫu
treo ở vị trí cần khảo sát. Có 45 vị trí được lựa chọn để treo mẫu tại Hà Nội. Sau 2 tháng tương tác với khơng khí, các túi
mẫu được thu gom để phân tích hàm lượng 27 nguyên tố kim loại nặng, bằng phương pháp PIXE tại Trung tâm Nghiên cứu
Cylotron của Đại học Y khoa Iwate, Nhật Bản. Kết quả phân tích được so sánh với một số thành phố ở Châu Âu, thể hiện
mức độ báo động về ô nhiễm kim loại nặng ở Hà Nội. Dựa trên giá trị hệ số ơ nhiễm, có thể kết luận khơng khí ở Hà Nội: ơ
nhiễm V và Se nặng; ô nhiễm Cl, Cr, As, Br, Zr, Nb, Mo, Hg ở mức vừa phải; ô nhiễm nhẹ Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Fe, Cu,
Zn, Ga, Rb, Sr, Mo, Ba, W, Pb. Phân tích thống kê áp dụng cho bộ dữ liệu hàm lượng gốc của các ngun tố phân tích, qua
đó xác định nguồn gốc và luận giải ngun nhân có thể gây ra các ơ nhiễm nêu trên.
Từ khóa: Chỉ thị sinh học rêu, ơ nhiễm kim loại nặng, PIXE, Hà Nội.
Abstract: For the first time, the active moss biomonitoring technique has been used in Vietnam for investigation of
atmospheric elemental contamination in the air of Hanoi region. The Sphagnum girgensohnii moss harvested in the clean
area were used to produce the moss-bags. After 2 months of expose in 45 different sites in Hanoi area, the moss samples
were prepared and the concentration of 27 heavy metal elements were determined by proton induced X-ray emission at
Cyclotron Research Center of Iwate Medical University (Japan). The comparison of the obtained results with those in
several cities in Europe shows that Hanoi’s air pollution of heavy metal is much more serious. Based on the values of
contamination coefficient, it is shown that Hanoi’s air is seriously polluted by V and Se; moderately polluted by Cl, Cr, As,
Br, Zr, Nb, Mo and Hg; slightly polluted by Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Mo, Ba, W and Pb. Statistical

analysis has been applied to the original concentration data of the detected elements to find the possible pollution sources.
Keywords: Active moss biomonitoring, Elemental contamination, PIXE, Hanoi.

1. MỞ ĐẦU

Các trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động có một số nhược điểm: Chi phí đầu tư và vận hành
lớn; Địi hỏi cán bộ vận hành có trình độ chun mơn cao; và làm việc ở những nơi có nguồn cấp điện ổn
định. Phương pháp sử dụng chỉ thị sinh học rêu đã khắc phục những hạn chế nêu trên, được sử dụng từ
những năm 1960 ở Châu Âu [1, 2] cho đến nay. Bản chất của việc nghiên cứu ô nhiễm khơng khí dùng chỉ
thị sinh học là: lựa chọn loại sinh vật thích hợp, thu thập chúng tại các điểm cần nghiên cứu và mang về
phịng thí nghiệm để phân tích. Một số lồi rêu thường được sử dụng để giám sát các kim loại nặng trong
khơng khí là: Dicranum polysetum, Dicranum scoparium, Hycomium splendens, Hypnum cupressiforme,
Pleurozium schreberi, Pohlia nuntans [3].
Nghiên cứu ơ nhiễm khơng khí ở Việt Nam qua chỉ thị sinh học rêu đang được triển khai. Trong giai
đoạn 2002 - 2005, TS. Nguyễn Việt Hùng đã cùng nhóm nghiên cứu của Cộng hịa Pháp triển khai đề tài
nghiên cứu ơ nhiễm khơng khí sử dụng cây rêu loại Barbula Indica tại Hà Nội và Thái Nguyên [4, 5].
Nhóm nghiên cứu đã hợp tác với Viện LHNCHN Dubna, Nga để phân tích hàm lượng của các nguyên tố
kim loại. Tuy nhiên, đề tài dừng ở mức thăm dò khả năng áp dụng kỹ thuật này ở Việt Nam với số lượng
mẫu phân tích khiêm tốn. Từ năm 2014, Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt
Nam đã tham gia vào chương trình nghiên cứu ô nhiễm các nguyên tố kim loại nặng trong khơng khí sử
dụng cây rêu trên thế giới thơng qua Phịng thí nghiệm Vật lý neutron của Viện LHNCHN Dubna, và
nghiên cứu này là một phần trong dự án.
Ô nhiễm khơng khí tại các thành phố lớn ở Việt Nam đang ở tình trạng báo động, đặc biệt là Hà Nội
[6]. Đề có phương án giảm thiểu ơ nhiễm, cần có số liệu quan trắc tốt để luận giải nguồn gốc ô nhiễm.
Trong nghiên cứu này, rêu Sphagnum girgensohnii sạch được thu thập ở vùng núi cao trên Lào Cai, sau đó
được chế tạo thành các túi mẫu, phân bố khắp Hà Nội trong 2 tháng. Sau thời gian tương tác với khơng khí
210


Tiểu ban C: Ghi đo bức xạ, An toàn bức xạ và Quan trắc môi trường

Section C: Radiation measurement, Radiation safety and Environmental

Hà Nội, các mẫu được thu thập và phân tích hàm lượng 27 nguyên tố bằng phương pháp Proton Induced Xray Emission (PIXE) tại Trung tâm Nghiên cứu Cyltron tại Đại học Y Khoa Iwate, Morioka, Nhật Bản. Kết
quả phân tích hàm lượng được xử lý bằng phân tích thống kê để dự đốn nguồn gốc gây ơ nhiễm.
2. NỘI DUNG
2.1. Đối tượng và phương pháp
Khu vực khảo sát

Địa điểm khảo sát ô nhiễm là thành phố Hà Nội, ở vĩ độ 21,0278 Bắc, và kinh độ 105,8342 Đơng,
diện tích 3359 km2. Thành phố này nằm ở vùng nhiệt đới, với đặc trưng thời tiết nhiệt đới gió mùa ẩm,
nóng và mưa to vào mùa hè, lạnh và mưa nhỏ vào mùa đơng. Mùa nóng kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9,
kèm với mưa lớn. Nhiệt độ trung bình hàng năm là 23,6 0C. Do ảnh hưởng của biển, Hà Nội có độ ẩm
tương đối cao. Dân số của Hà Nội ước tính khoảng 8 triệu người vào cuối năm 2019. Với vai trị kinh tế
chính trị đặc thù, ảnh hưởng của ô nhiễm rất lớn tới sự phát triển của thành phố.
Thu thập rêu và chuẩn bị treo mẫu

Trong nghiên cứu này, Sphagnum girgensohnii được lựa chọn làm chỉ thị sinh học. Lý do của lựa
chọn này là vì loại rêu này mọc tự nhiên trên các đỉnh núi cao ở tỉnh Lào Cai, phía bắc Việt Nam, một cách
tự nhiên, và dễ dàng thu gom để chế tạo túi rêu. Vùng địa lý thu thập mẫu rêu này rất sạch, khơng có nguồn
ơ nhiễm, và khơng có các tác động của con người. Khoảng 20 kg rêu tươi được thu thập trong phạm vi 50
m2 trong một thung lũng ở độ cao trên 2000 m, và được vận chuyển đến phịng thí nghiệm để chế tạo túi
rêu.

Hình 11. Các vị trí đặt túi rêu tại Hà Nội (bên trái) và vị trí của Hà Nội trong bản đồ Việt Nam (bên phải)

Phần ngọn còn tươi được sử dụng làm túi rêu, phần cuống và hạt bám dính được loại bỏ. Phần sử dụng
được rửa 3 lần bằng nước cất. Sau khi rửa sạch, rêu được để khơ trong khơng khí vài ngày. Trước khi đưa vào
túi, rêu được đồng nhất hóa để đảm bảo khơng có sự khác biệt về thành phần giữa các túi với nhau. Túi nylon có
kích thước 10x10 cm, mắt lưới 2 mm được sử dụng. Túi cũng được làm sạch bằng nước cất để ngăn chặn bám
bẩn trước khi đưa 3 gram rêu khơ vào, sau đó được vận chuyển đến địa điểm cần khảo sát. Các túi rêu được treo

ở ban công, với độ cao 3 m so với bề mặt sàn, trong khoảng thời gian 2 tháng, từ tháng 12 năm 2017 đến tháng
01 năm 2018. Tổng cộng 45 túi rêu được đặt tại Hà Nội, vị trí cụ thể được mơ tả trong Hình 1.
Xác định hàm lượng nguyên tố bằng phương pháp PIXE

Sau 2 tháng phơi mẫu, túi rêu được tập hợp tới phịng thí nghiệm, đặt vào các lọ đựng mẫu sạch làm
bằng nhựa và bịt kín bởi băng keo. Các lọ mẫu đó được đưa đến Trung tâm Nghiên cứu Cyclotron, thuộc
Địa học Y khoa Iwate ở Morioka, Nhật Bản để phân tích bằng PIXE. Mỗi mẫu được làm khô ở nhiệt độ
dưới 60oC đến khi khối lượng khơng thay đổi, sau đó được tách ra làm 2 phần. Một thứ nhất được xử lý
dưới dạng bột và dùng làm bia chiếu. Phần thứ 2 được xử lý mịn và đồng nhất hơn bằng phương pháp
chuẩn nội tro hóa nhờ axit nitric rồi mới dùng làm bia chiếu. Cách xử lý mẫu đó được thực hiện để xác
định hàm lượng các nguyên tố nhẹ, trừ clo, bị mất do tro hóa bằng hóa học.

211


Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14
Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14

Hình 12. Phương pháp xử lý mẫu bằng lị vi sóng

Một thiết bị Cyclotron cỡ nhỏ cung cấp chùm proton với năng lượng 2,9 MeV, cường độ dịng 100
nA, chiếu vào mẫu phân tích sau khi đi qua hệ chuẩn trực làm bằng graphite. Hai đầu do Si(Li) được sử
dụng để ghi nhận phổ tia X, một đầu dị khơng có chất hấp thụ và một đầu dị có chất hấp thụ phía trước bề
mặt. Phổ ghi nhận bởi đầu dị thứ nhất khơng có chất thấp thụ được dùng để xác định hàm lượng các
nguyên tố nhẹ trong vùng từ Na đến K. Do tiết diện tương tác ion hóa của các nguyên tố nhẹ đủ lớn và các
proton Rutherford không ảnh hưởng đến miền năng lượng thấp.

Hình 13. Bố trí thí nghiệm phân tích PIXE sử dụng 2 detector Si(Li)

Đối với đầu dò thứ 2, 2 loại chất hấp thụ được sử dụng. Loại thứ chất được chế tạo từ Mylar có bề

dày 500 µm và phổ ghi nhận tương ứng với loại chất hấp thụ này được dùng để xác định hàm lượng của
các nguyên tố trong vùng từ Ca đến Zn. Loại chất hấp thụ thứ 2 được thiết kế đặc biệt để xác định hàm
lượng các nguyên tố có Z > 30. Lý do sử dụng loại chất hấp thụ thứ 2 là do trong nhiều trường hợp đã ghi
nhận được hàm lượng sắt rất cao trong nhiều mẫu, và các đỉnh "pile-up" tia X lớp K của sắt cản trở việc
phân tích các một số ngun tố có trong mẫu, ví dụ như Hg và Pb. Với việc sử dụng chất hấp thụ đặc biệt
thứ 2, giới hạn phân tích các nguyên tố tăng lên.
Thời gian phân tích mỗi mẫu là 5 phút. Để phân tích phổ PIXE thu được, SAPIX phát triển ở Trung
tâm Nghiên cứu Cyclotron và được sử dụng. Cần chú ý rằng, để xác định tất cả các nguyên tố, cường độ
Kα được sử dụng, ngoại trừ 2 nguyên tố Hg và Pb sẽ được xác định nhờ cường độ Lα. Đối với những đỉnh
chồng chập, phương pháp khử tích chập (de-convolution method) được áp dụng để thu được cường độ của
các đỉnh thành phần.
212


Tiểu ban C: Ghi đo bức xạ, An toàn bức xạ và Quan trắc môi trường
Section C: Radiation measurement, Radiation safety and Environmental

Kiểm sốt chất lượng phân tích

Chất lượng phân tích PIXE được kiểm tra đối với từng cách thức xử lý mẫu. Trước tiên, các vật liệu
tham chiếu chứng nhận của NBS là 1577a Bovine Liver và 1566 Oyster Tissues được xử dụng để đánh giá
độ chính xác của phân tích đối với các mẫu xử lý theo phương pháp chuẩn nội tro hóa nhờ axit nitric. Các
kết quả thu được trình bày trong Bảng 1. Giá trị phân tích phù hợp với những tiêu chuẩn đã chỉ ra.
Bảng 3. Tính chính xác của phương pháp phân tích so sánh với phương pháp chuẩn nội tro hóa bằng axit nitric

Ngun
tố

1566
Giá trị chuẩn

Giá trị phân tích
(ppm)
(ppm)
Ca
1500±200
1583±113
Mn
17,5±1,2
21,5±1,7
Fe
195,0±34,0
197,4±13,8
Cu
63,0±3,5
74,2±5,6
Zn
852,0±14,0
996,4±69,4
As
13,4±1,9
13,0±1,2
Se
2,1±0,5
3,3±0,7
Mo
ND*
ND*
Ru
4,5±0,1
4,0±1,0

Sr
10,4±0,6
10,9±2,9
*ND: Not detected (Khơng phát hiện)

Giá trị chuẩn
(ppm)
120,0±7,0
9,9±0,8
194,0±20,0
158,0±7,0
123,0±8,0
0,05±0,006
0,7±0,07
3,5±0,5
12,5±0,1
0,1±0,0003

1577a
Giá trị phân tích
(ppm)
126,7±11,4
9,5±0,8
201,3±8,6
162,9±7,0
131,3±5,6
ND*
ND*
3,8±2,0
12,6±1,9

ND

Thứ hai, độ chính xác khi phân tích các mẫu xử lý theo phương pháp chuẩn nội dạng bột được kiểm
tra bằng cách phân tích cho vật liệu tham chiếu chứng nhận INST Tomato Leaves [9]. Độ chính xác phù
hợp của phương pháp phân tích được xác nhận khi so sánh giá trị hàm lượng thu được từ tính tốn với các
chỉ tiêu viện dẫn.
Phân tích dữ liệu thống kê

Phân tích thống kê sử dụng phần mềm MSTM Excel, áp dụng cho bộ dữ liệu hàm lượng nguyên tố có
trong 45 mẫu rêu đặt ở thành phố Hà Nội. Các thơng số chính bao gồm: giá trị trung bình, độ lệch chuẩn,
trung vị, giá trị cực đại, giá trị cực tiểu, hệ số biến thiên (%), độ nhiễu và độ lệch.
Một trong những mục tiêu quan trọng của nghiên cứu là chỉ ra nguồn gây ô nhiễm của mỗi nguyên
tố. Mục tiêu này có thể đạt được bằng cách phân tích tương quan (correlation analysis) và phân tích nhân tố
(factor analysis). Phân tích tương quan đưa ra thông tin về mối quan hệ giữa các nguyên tố có trong các
mẫu rêu và giúp luận giải bộ dữ liệu hàm lượng để tìm kiếm các nguồn nhiễm bẩn tiềm năng. Phân tích
nhân tố là cơng cụ thống kê hữu dụng, cho phép đưa ra một bộ dữ liệu mới với các biến không tương quan
ở mức độ nhỏ hơn (được gọi là nhân tố - factor), mô tả bộ dữ liệu phức tạp ban đầu thông qua nhiều biến
tương quan, hỗ trợ phân tích ở các bước tiếp theo. Với việc giảm kích thước của bộ dữ liệu gốc, việc luận
giải dữ liệu ô nhiễm trở nên đơn giản hơn [10]. Trong phân tích nhân tố, mối quan hệ giữa các biến ban đầu
và nhân tố được thể hiện thông qua giá trị của trọng số nhân tố (factor loading) và giá trị của nhân tố đó
nằm trong dải từ -1,0 đến 1,0. Các trọng số nhân tố có thể được sử dụng để chỉ ra nguồn ơ nhiễm tiềm
năng. Đóng góp của các nhân tố tới thành phần nguyên tố ở địa điểm khảo sát được biểu diễn bởi thang
điểm của nhân tố đó. Chi tiết về phương pháp thống kê này được trình bày trong các cơng trình của Schang
và các cộng sự [10]. Trong nghiên cứu này, phân tích nhân tố sử dụng công cụ STATISTICA-8.
Chỉ số nhiễm bẩn

Để đánh giá mức độ ô nhiễm các nguyên tố kim loại nặng ở Hà Nội, đại lượng thường được sử dụng là
chỉ số nhiễm bẩn (CF - Contamination Factor) [11, 12]. Giá trị của CF được tính tốn theo cơng thức (1)
𝐶

𝐶𝐹𝑖 = 𝐺𝑖

𝑖

(1)

trong đó, Ci là hàm lượng trung bình của một ngun tố quan tâm trong các mẫu rêu. Gi là hàm lượng
trung bình của ngun tố đó trong 3 mẫu thấp nhất ở vùng đang khảo sát (được coi là mức nền). Thang
đánh giá mức độ ô nhiễm dựa trên giá trị của CF gồm 6 mức, cụ thể:
213


Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14
Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14

Mức I. CF ≤ 1: Không ô nhiễm
Mức II. 1 < CF ≤ 2: Có khả năng ơ nhiễm
Mức III. 2 < CF ≤ 3,5: Mức độ ô nhiễm nhẹ;
Mức IV. 3,5 < CF ≤ 8: Mức độ ô nhiễm vừa phải;
Mức V. 8 < CF ≤ 27: Ô nhiễm nghiêm trọng;
Mức VI. CF > 27: Ô nhiễm rất nhiêm trọng.
Để đánh giá sự tích lũy của các nguyên tố, hệ số tích lũy tương đối (RAF) được tính tốn sử dụng
cơng thức (2).

RAF = (Cexposed - Cunexposed)/Cunexposed

(2)

trong đó Cunexposed là hàm lượng nguyên tố có trong mẫu ban đầu, trước khi phơi chiếu, và C exposed là
hàm lượng của nguyên tố đó có trong mẫu rêu sau phơi chiếu.

2.2. Kết quả

Hàm lượng 27 nguyên tố trong 45 mẫu rêu phân tích bằng phương pháp PIXE được trình bày trong
Bảng 2. Hệ số tích lũy tương đối (RAF) và chỉ số nhiễm bẩn (CF) được tính tốn và trình bày trong Bảng 3.
Bảng 2. Các thơng số chính của thống kê mơ tả 27 nguyên tố trong 45 mẫu rêu ở Hà Nội

NT
Mg
Al
Si
P
S
Cl
K
Ca
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Cu
Zn
Ga
As
Se
Br
Rb
Sr
Zr
Nb

Mo
Ba
Hg
Pb

MEAN (µg/kg)
1484
2361
5966
412,5
2283
1321
6327
7321
110,3
2,57
6,64
374,2
1236
11,09
129,9
2,67
2,78
3,68
8,99
57,20
21,41
7,17
1,95
1,65

197,7
37,82
19,73

SD
662,0
1686
3458
115,0
964,8
686,1
2748
3732
71,69
1,95
4,38
101,2
796,7
4,58
63,2
1,02
1,72
2,33
4,91
24,41
11,42
5,56
1,38
1,10
66,55

22,73
9,74

MED
1378
1609
5058
376,4
2131
1254
5215
6076
91,55
1,96
5,52
360,3
964,4
9,88
111,5
2,79
2,59
3,28
8,16
50,65
17,96
5,79
1,48
1,51
192,0
30,69

19,14

MIN
358,0
663,5
2064
180,6
1011
18,42
2550
3367
36,27
0,16
1,05
228,9
355,4
4,86
52,88
1,04
0,15
0,35
0,46
18,89
6,71
1,15
0,27
0,16
57,97
7,22
5,05

MAX
4189
7550
20311
634,6
5836
4097
12999
22268
430,2
8,19
27,75
683,0
4794
27,08
388,8
5,09
7,10
11,49
28,34
120,1
51,43
23,52
6,70
3,92
349,4
100,4
50,75

KUR
5,14
0,54
5,97
-0,46
2,92
5,16
-0,28
5,31
8,05
1,28
11,82
0,73
7,74
3,68
5,68
0,49
0,32
1,67
5,24
-0,36
0,80
2,91
4,58
0,59
-0,37
0,30
2,37

SKEW

1,69
1,16
2,04
0,43
1,39
1,46
0,84
2,02
2,38
1,22
2,90
0,84
2,18
1,67
2,01
0,38
0,70
0,95
1,73
0,81
1,21
1,71
1,74
0,91
0,13
0,98
1,24

CV (%)
44,6

71,4
58,0
28,0
42,3
52,0
43,4
51,0
65,0
76,0
66,0
27,0
64,5
41,3
48,6
38,0
61,8
63,3
54,6
42,7
53,3
77,5
70,6
66,4
33,7
60,1
49,4

Unexposed
1593
774,6

3133
364,1
1030
1187
5565
3475
34,02
0,32
2,37
272,1
387,8
4,33
64,09
ND
2,0
5,14
3,18
50,77
6,26
7,17
ND
1,10
58,46
ND
ND

ND: Không phát hiện, hàm lượng nguyên tố trong mẫu thấp hơn giới hạn phát hiện của phương pháp phân tích.

214

Tiểu ban C: Ghi đo bức xạ, An toàn bức xạ và Quan trắc môi trường
Section C: Radiation measurement, Radiation safety and Environmental

Bảng 3. Giá trị hệ số tích lũy tương đối (RAF) và chỉ số nhiễm bẩn (CF)
của 27 nguyên tố phân tích trong các mẫu rêu ở Hà Nội

Nguyên tố
Mg
Al
Si
P
S
Cl
K
Ca
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Cu
Zn
Ga
As
Se
Br
Rb
Sr
Zr

Nb
Mo
Ba
Hg

RAF
-0,069
2,048
0,904
0,133
1,215
0,112
0,137
1,107
2,242
7,047
1,801
0,375
2,187
1,563
1,026
1,569
0,391
-0,285
1,831
0,127
2,422
-0,977
6,217
0,504

2,382
4,238
2,907

CF
2,6
3,4
2,5
1,9
1,1
6,1
2,3
2,1
3,0
8,4
3,8
1,6
3,1
2,2
2,2
2,1
5,7
8,2
4,9
2,3
3,1
3,9
5,0
4,4
3,3

4,4
3,0

Mức ô nhiễm
III
III
III
II
II
IV
III
III
III
V
IV
II
III
III
III
III
IV
V
IV
III
III
IV
IV
IV
III
IV

III

2.3. Bàn luận

Hàm lượng của các nguyên tố trong mẫu rêu được sắp xếp theo thứ tự Ca > K > Si > Al > S > Mg >
Cl > Fe > P > Mn > Ba > Zn > W > Ti > Rb > Hg > Sr > Pb > Cu > Br > Zr > Co > Cr > Se > As > Ga > V
> Nb > Mo. Các nguyên tố phổ biến nhất trong các mẫu này là Na, Ca, K, Si, Al, S, Mg, Cl và Fe, trong đó
có 8 nguyên tố phổ biến nhất trong vỏ trái đất, trừ S và Cl. Điều đó chứng tỏ mật độ bụi tinh thể trong
khơng khí Hà Nội rất cao, và loại bụi này là một trong những nguồn ơ nhiễm chính. Điều này dễ dàng được
lý giải là do tốc độ đô thị hóa của Hà Nội rất nhanh.
Giá trị của hệ số tích lũy tương đối của 3 nguyên tố Mg, Se và Zr nhỏ hơn 0, phù hợp với những phát
hiện gần đây về mất mát Mg, Se, Zr của tác giả Madadzada và các cộng sự [13]. Cũng từ Bảng 3 có thể
thấy mức độ ơ nhiễm nghiêm trọng V và Se (mức V); Ô nhiễm vừa phải Cl, Cr, As, Br, Zr, Nb, Mo và Hg
(mức IV); Ô nhiễm mức nhẹ với Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Mo, Ba, W và Pb (mức III);
và có khả năng ơ nhiễm P, S và Mn (mức 2).
Phân tích tương quan hàm lượng các nguyên tố ghi nhận được trong quá trình khảo sát có thể đưa ra
thơng tin về nguồn gốc của ngun tố. Các hệ số tương quan Pearson với mức trọng số p = 0,05 giữa giá trị
hàm lượng các nguyên tố có trong mẫu rêu ở Hà Nội được mơ tả. Có nhiều cặp nguyên tố tương quan
mạnh với nhau, ví dụ K và Rb (r = 0,95), Ti và Fe (r = 0,91), Ca và Fe (r = 0,89), Ca và Ti (r = 0,95), Ca và
Sr (r = 0,86). Tương quan của sắt với các nguyên tố khác rất mạnh, ví dụ với Al (r = 0,8), với Si (r = 0,86),
với Sr (r = 0,8). Các nguyên tố tương quan mạnh có thể có cùng nguồn gốc. Phân tích tương quan hàm
lượng cũng chỉ ra rằng có một số nguyên tố liên hệ rất yếu với các nguyên tố khác, như As và Hg.
Trong 27 nguyên tố được ghi nhận, phân tích nhân tố chỉ áp dụng cho 19 nguyên tố, do có thể kết
hợp với nhau tạo thành các nhóm, thể hiện những nguồn ơ nhiễm tiềm năng trong vùng đang khảo sát. Mg,
Se và Zr khơng được xem xét vì hệ số tích lũy tương đối nhỏ hơn 0. Những nguyên tố P, V, Cr, Ga và Ba
khơng được phân tích nhân tố vì tương quan của chúng với những nguyên tố còn lại yếu. Năm nhân tố (có
215


Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14

Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14

giá trị Eigen lớn hơn 1) được xác định luận giải đến 82% tổng độ biến thiên. Cụ thể, mức độ biến thiên
đóng góp bởi các nhân tố 1, 2, 3, 4 và 5 lần lượt là 45,44%, 16,76%, 8,42%, 6,18% và 5,16%. Các trọng số
nhân tố được in đậm trong Bảng 4 khi lớn hơn 0,5.
Bảng 4. Kết quả phân tích nhân tố: giá trị Eigen, độ biến thiên, tích lũy của các nhân tố
và trọng số nhân tố đối với mỗi nguyên tố (Giá trị lớn hơn 0,5 được in đậm)

Nguyên tố
Nhân tố 1 Nhân tố 2 Nhân tố 3 Nhân tố 4 Nhân tố 5
Al
0,16
-0,09
0,02
0,56
0,80
Si
0,33
0,22
0,01
-0,08
0,78
S
0,08
-0,10
-0,09
0,04
0,93
Cl
0,21

-0,08
-0,06
0,05
0,83
K
0,12
0,04
0,03
0,17
0,90
Ca
0,14
-0,03
0,10
0,03
0,90
Ti
0,26
0,05
0,17
-0,02
0,83
Fe
0,42
0,05
0,06
-0,03
0,87
Cu
0,01

0,12
0,37
-0,15
0,79
Zn
-0,01
-0,16
0,14
-0,18
0,74
As
-0,09
0,14
-0,05
0,12
0,93
Br
0,06
0,080
-0,09
0,06
0,85
Rb
0,15
-0,01
0,00
0,12
0,90
Sr
0,00

0,07
0,15
-0,05
0,86
Nb
0,28
0,09
-0,43
0,19
0,75
Mo
-0,14
0,06
0,15
-0,15
0,92
Hg
0,20
-0,04
-0,02
0,15
0,92
Pb
-0,30
-0,11
0,14
-0,29
0,69
Mn
0,07

-0,80
-0,04
0,08
0,12
Giá trị Eigen
8,63
3,18
1,60
1,17
1,00
Độ biến thiên (%)
45,44
16,76
8,42
6,18
5,16
Tích lũy (%)
45,44
62,20
70,61
76,79
81,95

Nhân tố 1 đóng góp chủ yếu bởi S (0,93), Ca (0,90), Fe (0,87), Sr (0,86), Cl (0,83), Br (0,85), Cl
(0,83), Ti (0,83), Cu (0,79), Si (0,78), Zn (0,74), Pb (0,69) và Al (0,56), tương ứng với 45,44% tổng mức
biến thiên. Si, Al, Ca, Ti và Fe nằm trong nhóm 10 nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất [14]. Đồng thời, Al,
Si, Ti, Fe, Ca và K là những yếu tố điển hình của đất đá [15]. Việc xây dựng các cơng trình cơ sở hạ tầng,
nhà ở, đường xá và các khu công nghiệp diễn ra khắp nơi, do đó bụi đất và bụi xây dựng là nguồn đóng góp
tiềm năng vào nhân tố 1. Zr, Cu, Pb, S và Sr là bụi kim loại, liên quan đến các nguồn nhân tạo như giao
thông và công nghiệp. Zr, Cu và Pb chắc chắn bắt nguồn từ phương tiện giao thông [16, 17]. Sr và S liên

quan đến việc tiêu thụ than và dầu [18]. Lưu huỳnh được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp
khác nhau. Các nguyên tố kim loại cũng xuất phát từ hoạt động công nghiệp. Cl và Br rất giàu trong biển
[19], do đó các nguyên tố này có thể có nguồn gốc từ biển. Hà Nội nằm trên một vùng đất thấp, cách bờ
biển khoảng 100 km, do đó chịu ảnh hưởng mạnh bởi gió biển (sea spray).
Nhân tố 1 chỉ ra nguồn hỗn hợp các nguyên tố tinh tể và bụi kim loại phát thải từ giao thông, công
nghiệp và ảnh hưởng của gió biển. Nhân tố 2 trọng số cao ở Al (0,80), K (0,90) và Rb (0,90); K và Rb có
thể bắt nguồn từ việc đốt sinh khối [20, 21, 22, 23]. Nhân tố 3, 4, và 5 rất yếu và số lượng các tham số rất ít.
Nói chung, những nhân tố này không thể luận giải nguồn gốc xuất hiện của các nguyên tố.
3. KẾT LUẬN

Nghiên cứu đã thực hiện xác định mức độ ô nhiễm và bước đầu đánh giá nguồn gốc gây ra ô nhiễm
kim loại nặng trong khơng khí tại thành phố Hà Nội. Tổng cộng có 45 túi rêu Sphagnum girgensohnii được
chuẩn bị và treo ở 45 vị trí khác nhau trong thời gian 2 tháng. Hàm lượng của 27 nguyên tố trong các mẫu
rêu được xác định bằng phương pháp phân tích PIXE. Các phương pháp phân tích thống kê (phân tích
thống kê mơ tả, phân tích tương quan, và phân tích nhân tố) được áp dụng để tìm kiếm các nguồn ơ nhiễm
khả dĩ, cụ thể:
216