nghiên cứu sự tích tụ và tự đào thải kim loại nặng (cd, as, pb), hợp chất hữu cơ gốc chlor (pcb2, ddt2, endosonfan) đối với nghêu trưởng thành trong môi trường nhân tạo

ỦY BAN NHÂN DAN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
TRUNG TÂM DỊCH VỤ PHÂN TÍCH THÍ NGHIỆM





BÁO CÁO NGHIỆM THU






“NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH TỤ VÀ TỰ ĐÀO THẢI KIM LOẠI NẶNG
(Cd, As, Pb), HỢP CHẤT HỮU CƠ GỐC CHLOR ( PCB
s
, DDT
s
,
ENDOSUNFAN) ĐỐI VỚI NGHÊU TRƯỞNG THÀNH TRONG MÔI
TRƯỜNG NUÔI NHÂN TẠO”

Chủ nhiệm đề tài: ThS . Phạm Kim Phương
Trung tâm Dịch vụ Phân tích Thí nghiệm

Cố vấn khoa học : GS.TS. Chu Phạm Ngọc Sơn
Phó Chủ tịch Liên Hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật
Tp.HCM








THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
THÁNG 11 / 2007


1
Tên đề tài : “NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH TỤ VÀ TỰ ĐÀO THẢI KIM LOẠI
NẶNG (Cd, AS, Pb), HỢP CHẤT HỮU CƠ GỐC CHLOR ( PCB
s
, DDT
s
,
ENDOSUNFAN) ĐỐI VỚI NGHÊU TRƯỞNG THÀNH TRONG MÔI
TRƯỜNG NUÔI NHÂN TẠO”

Chủ nhiệm đề tài : Gs.Ts. Chu Phạm Ngọc Sơn nay đổi lại

Th.S . Phạm Kim Phương ( theo sự đồng ý của Giám đốc Sở và
chủ nhiệm đề tài Chu Phạm Ngọc Sơn ) và G.s.Ts. Chu phạm Ngọc Sơn là cố vấn
khoa học của đề tài

Cơ quan chủ trì : Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm
Thời gian thực hiện đề tài : 10 / 2003 - 10/ 2005 ( thực t
ế 11/ 2007)
Kinh phí được duyệt : 270.000.000 VNĐ
Kinh phí đã cấp : 150.000.000 VNĐ theo thông báo số : 193/TB-SKHCN , ngày
27/10/2003

Mục tiêu đề tà
i ( theo đề cương đã được duyệt)

Nghiên cứu và xác định khả năng tích tụ kim loại nặng ( As, Pb, Cd) và hợp chất
hữu cơ gốc clor ( PCB
s
, DDT
s
, Endosulphan) trong môi trường nuôi nhân tạo.( trong
nước nuôi có hiện diện các kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ gốc Clor ở một số
nồng độ khác nhau , tuy nhiên các nồng độ nghiên cứu này không gây chết nghêu)
Chọn nghêu trưởng thành có chiều dài khoảng 2 – 2,5cm nhằm :
Nghiên cứu và xác định khà năng tích tụ và đào thải kim loại nặng, hợp chất hữu
cơ gốc Clor trong môi trường nước bị nhiễm hoá chất kể trên.
Góp phần đánh giá tác
động ô nhiễm môi trường do các nguồn gây ô nhiễm môi
trường nước có chứa các kim loại nặng và thuốc bảo vệ thực vật họ Clor lên nhuyễn
thể hai mảnh vỏ
Làm cơ sở khoa học cho các nghiên cứu đặc điểm sinh học về sự tích lũy cũng

như đào thải các chất gây ô nhiễm đối với nghêu trưởng thành.
Từ kết qủa nghiên cứu đề xuất các giải pháp nuôi nghêu sạch và th
ời điểm thu hoạch
nghêu đạt vệ sinh an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng và phục vụ xuất khẩu.

Nội dung đề tài
( theo đề cương đã duyệt ):

Đây là một đề tài nghiên cứu cơ bản và ứng dụng đối với nhuyễn thể hai mảnh vỏ.
Đối tượng chọn nghiên cứu là Nghêu. Nội dung chính như sau:
- Tham khảo tài liệu tìm hiểu quá trình sinh trưởng và đời sống của nghêu
- Khảo sát các cơ sở nuôi nghêu nhân tạo và một số bãi nuôi tự nhiên
- Nghiên cứu môi trường nước nuôi nghêu tự nhiên, nhân tạo ( Bùn, nước, thức ăn,
DO, độ mặ
n ) và xây dựng bể nuôi nghêu tại cơ quan


2
- Lựa chọn phương pháp phân tích thích hợp để phân tích định lượng các kim loại
nặng nghiên cứu, các hợp chất hữu cơ Clor ở hàm lượng vi lượng
- Nghiên cứu chọn nồng độ kim loại và thuốc bảo vệ thực vật phù hợp không gây
chết nghêu , thả hoá chất vào hồ nuôi nghêu để cho nghêu nhiễm độc.
Phần nghiên cứu gồm hai giai đoạn : Tích tụ và đào thải

1/ Tích tụ


- Nuôi nghêu trong môi trường nước bị nhiễm hoá chất ở 02 nồng độ muối kim loại
hoặc phức chất kim loại : cao và thấp nhưng không gây chết nghêu trong thời gian
nuôi 1,2,3,4,5 ngày

- Nuôi nghêu trong môi trường nước bị nhiễm hoá chất thuốc bảo vệ thực vật
( PCB
s
, DDT
s
, Endosulphan) ở 02 nồng độ : cao và thấp nhưng không gây chết
nghêu trong thời gian nuôi 1,2,3,4,5 ngày
- Phân tích định lượng các kim loại nặng , hợp chất hữu cơ họ Clor có trong thịt
nghêu, bùn, nước.

2/ Giai đoạn đào thải


- Nuôi nghêu đã bị nhiễm hoá chất nói trên trong môi trường nước sạch trong thời
gian nuôi là 15 ngày để theo dõi sự đào thải các chất ô nhiễm mà nghêu đã hấp thu.
- Phân tích định lượng các chất kể trên trong thịt nghêu, bùn , nước
- Từ kết qủa phân tích được tìm hiểu khả năng tích tụ và tự đào thải các chất ô
nhiễm .
- Thử tìm hiểu cấu trúc phân tử của một hoặc hai kim loại nặng ở dạng cơ
kim và
các chất chuyển hoá hữu cơ gốc clor
- Tính toán xử lý thống kê để rút ra kết luận và đề xuất giải pháp
- Viết báo cáo nghiệm thu đề tài

3
MỤC LỤC


PHẦN I : NGHIÊN CỨU SỰ HẤP THU VÀ ĐÀO THẢI CÁC KIM LOẠI
NẶNG (AS, Pb,Cd )


CHƯƠNG I Trang

TỔNG QUAN VỀ NHUYỄN THỂ HAI MẢNHVỎ - NGHÊU

I.1/ Môi trường sống của nhuyễn thể
8
I.2/ Đặc tính sinh học của nhuyễn thể hai mảnh vỏ 9
I.2.1/ Lọc nước 10
I.2.2/ Hệ hô hấp 10
I.2.3/ Sự tích tụ sinh học 10

I.3/ Khái niệm về kim loại nặng 11
I.3.1/ Tính chất chung về kim loại 11
I.3.2/ Qúa trình tạo sự liên kết giữa các kim loại trong môi trường nước

11 I.3.3. Qúa trình tạo sự liên kết giữa các kim loại trong
môi trường bùn đáy 13
I.4 Khái niệm về các hợp chất hữu cơ gốc Clor : PCB
s
, DDT
s
và
Endosulphan
s
15
I.5/ Thuốc diệt côn trùng dạng hợp chất hữu cơ Clor DDT, DDD. DDE 17
I.5.1 / Tính chất lý, hóa học của DDT
s

18
I.5.2/ Tính chất lý , hóa học của Endosulphan C
9
H
6
Cl
5
O
3
S
19


CHƯƠNG II
MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
19

4
II.1/ Mục đích nghiên cứu
19
II.2/ Nội dung nghiên cứu
19
II.3/ Phương pháp nghiên cứu
23
II.3.1/ Xây dựng mô hình nuôi nghêu 23
II.3.2/ Phân tích đònh lượng kim loại nặng
23
II.3.3/ Phân tích đònh lượng chất hữu cơ 24
II.4/ Xây dựng mô hình nuôi nghêu nhân tạo 24


CHƯƠNG III
THỰC NGHIỆM, KẾT QỦA PHÂN TÍCH VÀ THẢO LUẬN 25
III.1/ Chuẩn bò thí nghiệm 25
III.1.1/ Các giai đoạn nuôi thử nghiệm
III.1.2/ Mô hình nuôi nghêu 26
III.1.3/ Hệ thống hồ nuôi nghêu 26
III.1.4/ Hóa chất 29
III.1.5/ Thiết bò phân tích 29
III.2/ Kết qủa phân tích và thảo luận trong giai đoạn tích tụ và 29
đào thải kim loại nặng của nghêu
III.2.1 Thí nghiệm nuôi nghêu trong môi trường nước có
kim loại nặng ở nồng độ thấp 29
III.2.1.1/ Kiểm tra lại nồng độ kim loại trước khi thả nghêu 29
III.2.1.2/ Sự tích kim loại nặng trong nghêu từ 3- 5 ngày nuôi 30

III.2.1.3/ Sự thải độc của nghêu thời gian sau 5 – 15 ngày 32
III.2.2/ Thí nghiệm nuôi nghêu ở nồng độ cao
( 2,5ppm cho As,Pb và 1ppp cho Cd) 36
III.2.2.1/ Sự tích tụ kim loại nặng 3-5 ngày nuôi 36
III.2.2.2/ Sự thải độc của nghêu thởi gian sau 5- 15 ngày 39

III.2.3/ Thí nghiệm nuôi nghêu trong môi trường nước có cùng ba
kim loại nặng với cùng nồng độ 0,5ppm 49
III.2.4/ Thí nghiệm nuôi nghêu trong môi trường nước có Cd


5
dưới dạng phức Cd-EDTA, Cd-Humat, CdS 51
III.2.4.1/ Tổng hợp phức Cd-EDTA, Cd-Humat, CdS 51
III.2.4.2/ Thí nghiệm nuôi nghêu trong môi trường nước có Cd 54
dưới dạng phức Cd-EDTA.
III.2.4.3/ Thí nghiệm nuôi nghêu trong môi trường nước có Cd
dưới dạng phức Cd-Humát, Cd-S 56



PHẦN 2
NGHIÊN CỨU SỰ HẤP THU VÀ ĐÀO THẢI CÁC DƯ LƯNG THUỐC
TRỪ SÂU HỌ CLOR ( PCB, DDT) VÀ ENDOSULPHAN 59

CHƯƠNG IV
NHẬN DANH METALLOTHIONEIN 61
IV.1/ Phương pháp phân tích Metallothionein 63
IV.1.1/ Nguyên liệu và hoá chất 63
IV.1.2/ Thiết bò sử dụng cho phân tích 63

IV.2/ Kết qủa và thảo luận Metallothionein 64
IV.2.1 / Kết qủa phân tích metallothionein bằng LC/MS/MS 64

CHƯƠNG V
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71
I/ Kết luận 71
II/ Kiến nghò 74


6






DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VIẾT TẮT THUẬT NGỮ TIẾNG VIẾT
ĐC Đối chứng
TN Thí nghiệm
ppm
đơn vị tính theo mg/Kg, mg/L
ppb
đơn vị tính theo µg/Kg, µg/L
Cd kim loại Cadmi
Pb kim loại chì
As kim loại arsenic
PCB
s

Polychlorinated biphenyl
DDT, DDD, DDE
Thuốc trừ sâu họ Clor
Endosulphan thuốc trừ sâu C
9
H
6
Cl
6
O
3
S
EDTA Etylendiamintetraaxetic : Na
2
C
18
O
8
N
2
.2H
2
O
QA Quality assessment
QC Quality control


DANH SÁCH BẢNG

7
SỐ
TÊN BẢNG SỐ LIỆU
trang
1
Mô hình tích lũy sinh học theo TS.A.Walker-1990
10
2
Bảng hàm lượng PCB trong động vật
16
3
Kết qủa LOQ và % RSD của các kim loại nặng nghiên cứu
23
4
Hiệu suất thu hồi của PCB
s
và DDT
s
trên máy GC/ECD
24
5 Kiểm tra nồng độ kim loại có trong nước đối chứng và bước nuôi nghêu 30
6
Theo dõi sự tích tụ kim loại trong nghêu sau 3-5 ngày nuôi ở nồng độ thấp
30
7
Theo dõi sự thải độc của nghêu trong thời gian 15 ngày
32
8
Tích tụ và đào thải kim loại nặng trong thời gian 20 ngày ở nồng độ thấp

35
9 Kiểm tra lại nồng độ kim loại nặng khi cho hoá chất vào hồ 37
10
Hàm lượng kim loại nặng tích tụ trong nghêu sau thời gian 3-5ngày ở
nồng độ lớn
37
11
quả phân tích thải độc kim loại ở nồng độ lớn thời gian sau 5 -20 ngày
39
12
Kết qủa phân tích tích tụ và thải độc kim loại ở nồng độ lớn
41
13
So sánh sự tích tụ và đào thải kim loại nặng của nghêu ở hai nồng độ lớn
( 2,5ppm) và nhỏ ( 1,5ppm)
43
14
Kết qủa phân tích kim loại nặng trong nghêu sau thời gian 3- 5 ngày ,
nước nuôi có cùng nồng độ với Cd, Pb, As ở nồng độ 0,5ppm
49
15 Kết qủa kiểm tra lại nồng độ Cd-EDTA, Cd-Humat, CdS có trong nước
nuôi nghêu
54
16
Kết qủa kim loại nặng có trong nghêu thời gian 3- 5ngày nuôi trong các
hồ Cd-EDTA, Cd-Humat, CdS nước nuôi nghêu
54
17 Kết qủa kim loại Cd có trong nghêu sau thời gian nuôi 3-5 ngày nuôi đối
với Cd-EDTA, Cd-Humat
57

18 Kết quả kim loại Cd sau thời gian nuôi 3- 5 ngày nuôi ở hồ CdS 58
19
Kết qủa kiểm tra lại nồng độ PCB, DDT, Endosulphan có trong nước
nuôi nghêu
60


8
20 Tích tụ và đào thải PCB, DDT, Endosulphan của nghêu 60
21 Các trị số M/Z rút ra từ sắc ký đồ full Scan của metallothioein MT-1 gan
thỏ
65
22 Một số ion đa điện tích suy ra từ những đồng dạng của MT 66
23 Cường độ mũi sắc đồ tương ứng với tổng MT và tổng Cd
7
– MT trong
nghêu
67

DANH SÁCH HÌNH
Hình TÊN HÌNH ẢNH Trang
1.
Kim loại nặng tích trong nghêu (mg/Kg) ở nồng độ thấp 1,5ppm
cho As, Pb và 0,1, 0,5ppm cho Cd
31
2
% kim loại nặng tích tụ trong nghêu ở nồng độ thấp
31
3
Kim loại nặng còn lại trong nghêu sau thời gian đào thải ở nồng

độ thấp 1,5ppm cho as, Pb và 0,1, 0,5ppm cho Cd
33
4
% kim loại còn lại trong nghêu ở nồng độ thấp sau thời gian từ 10-
20 ngày
33
5 Tích tụ và đào thải kim loại ở nồng độ thấp ( mg/Kg) 35
6 % Tích tụ và đào thải kim loại ở nồng độ thấp so với đối chứng 36
7
Kim loại nặng tích trong nghêu (mg/Kg) ở nồng độ lớn 1,5ppm
cho As, Pb và 0,1, 0,5ppm cho Cd
38
8
% Kim loại nặng tích trong nghêu (mg/Kg) ở nồng độ lớn 1,5ppm
cho As, Pb và 0,1, 0,5ppm cho Cd , so với đối chứng
38
9
Hàm lượng kim loại nặng còn lại trong nghêu ở nồng độ lớn sau
thời gian đào thải từ 10- 20 ngày
40
10
% g kim loại nặng còn lại trong nghêu ở nồng độ lớn sau thời gian
đào thải từ 10- 20 ngày, so với đối chứng
40
11 Tích tụ và đào thải kim loại ở nồng độ lớn ( mg/Kg) 42
12 % Tích tụ và đào thải kim loại ở nồng độ lớn so với đối chứng 42


9
13,14,

15
Tích tụ và đào thải của từng kim loại (mg/Kg) và % so với đối
chứng
43 - 44
16
% kim loại trong nghêu có cùng nồng độ 0,5ppm
49
17,18
Tích tụ và đào thải Cd ở dạng Cd-EDTA
55
19
Tích tụ và đào thải Cd ở dạng Cd-Humat
57
20
Tích tụ và đào thải Cd ở dạng CdS
58

CHƯƠNG I


TỔNG QUAN VỀ NHUYỄN THỂ HAI MẢNH VỎ


Động vật hai mảnh vỏ ( bivalve) thuộc lớp mang vỏ ( Lamellibranchia) là động
vật thân mềm còn gọi là nhuyễn thể hai mảnh vỏ ( Mollusca).
Loài động vật thân mềm này gồm có nghêu, sò, hến,trai, hàu xuất hiện rất lâu
trên trái đất từ trước thời đại cổ sinh, có trước cả động vật Canguru và phát triển
cho đến ngày nay. Nhuyễn thể hai mảnh vỏ có khoảng từ 10000 – 15000 loài trên
thế giới , chung sống được cả trong môi trườ
ng nước ngọt và nước mặn.

Động vật thân mềm ( Mollusca) đóng vai trò khá quan trọng trong sản lượng khai
thác thủy sản hàng năm trên thế giới. Theo ước tính về tổng sản lượng thuỷ sản tồn
tại thế giới, động vật thân mềm đứng thứ hai với sản lượng hơn 10 triệu tấn một
năm, trong đó chủ yếu là động vật thân mềm thu từ biển, còn thu
được từ các vùng
nước ngọt là rất ít.

Nghêu có tên khoa học Meretrix lyrata là một trong những loài động vật thân
mềm. Nghêu là loại thực phẩm có dinh dưỡng cao: protein ( 42,9±7,7%) , mỡ
(23,0±7,0%), khoáng (18,9±2,8%), đường (12,2±7,8%) ( theo tài liệu của TS
Trương quốc Phú -tính theo trọng lượng khô của nghêu có bề dài L: 4,9cm) và đặc
biệt là hàm lượng cholesterol trong nghêu thấp hơn nhiều so với cua, ghẹ, tôm.
Ví dụ : Cholesterol trong tôm : 228,6mg/100g, ghẹ: 250mg/100g , và nghêu :
65mg/100g (theo số liệu phân tích tại TTPT -2004).
Nghêu giống nuôi khoảng trên một năm có thể thu ho
ạch. Nhìn chung, nghêu
nuôi dễ không tốn kém đáng kể, thức ăn dựa chủ yếu vào nguồn thức ăn từ môi
trường thiên nhiên. Đời sống và sự phát triển của nghêu phụ thuộc rất nhiều vào
môi trường sống.


10

I.1.MÔI TRƯỜNG SỐNG CỦA NHUYỄN THỂ HAI MẢNH VỎ


Nhuyễn thể hai mảnh vỏ sống trong môi trường nước mặn hoặc nước ngọt và
sống dưới đáy. Thức ăn của nhuyễn thể là các chất phù du tảo, mùn bã hữu cơ Đời
sống của nhuyễn thể tuỳ thuộc vào từng loài và phụ thuộc nhiều vào môi trường
sống như thức ăn, độ mặn, nhiệt độ, pH , DO, độ đục, và các chất độc hạ

i như dư
lượng thuốc trừ sâu, kim lọai nặng Có loài thích nghi sống ở đáy sông (deep
infaunal), loài sống ở đáy nông (shallow infaunal), có loài sống ở mặt đáy(epifaunal).
Tuỳ thuộc theo loài, có loài sống trong nền đáy toàn cát, loài sống trong nền đáy vừa
cát vừa bùn. Loài khác nhau thì môi trường sống ở đáy cũng khác nhau.
Ví dụ :
Nghêu thường sống trong môi trường chủ yếu là cát :
Cát : 89,5% - 90,7%
Sét : 3,3% - 3,5%
Độ mặn : 20,0 ‰ - 22,2 ‰
Sò sống trong môi trường có hàm lượ
ng sét nhiều hơn:
Cát : 47,15% - 48,6%
Sét : 31,19% - 32,86%
Độ mặn : 20,0 ‰ - 22,2 ‰
( các số liệu của TS.Bùi Lai, Trung tâm Môi trường Nhiệt đới)

I.2. ĐẶC TÍNH SINH HỌC CỦA NHUYỄN THỂ HAI MẢNH VỎ


Loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ đã được các nhà nghiên cứu môi trường đánh giá
là loài sinh vật nhạy cảm với môi trường. Chúng có thể được coi như loài sinh vật
học chỉ thị được ứng dụng rộng rãi cho việc quan trắc môi trường nước khi có sự
biến động về môi trường như vết các kim loại, pH, DO, dư lượng thuốc bảo vệ thực
vật vượt quá giới h
ạn dẫn đến tình trạng nghêu chết hàng loạt [1],[2],[3],[4].
Nhuyễn thể hai mảnh vỏ có các đặc tính sinh học như sau:

1.2.1. LỌC NƯỚC

Đặc tính đặc biệt của loài này là lọc nước do cấu tạo có hai siphon : Siphon hút
nước và siphon thóat nước do vậy các nhà nghiên cứu đã ví mang của chúng giống
như một nhà máy lọc nước nhỏ, một con nghêu nặng khoảng 20g một ngày có thể
lọc được 48 lít nước.

1.2.2. HỆ HÔ HẤP

Mang đóng vai trò quan trọng làm nhiệm vụ lọc thức ăn và hô hấp. Sự bắt
mồi của nhuyễn thể hai mảnh vỏ thực hiện theo cách lọc nhờ vào hoạt động của tấm


11
mang. Nhờ có cấu tạo đặc biệt của tấm mang, nhuyễn thể bắt mồi một cách thụ động
và liên tục. Nhuyễn thể chỉ lựa chọn kích thước của thức ăn m không cần kén chọn
loại thức ăn. Tuy nhiên khi đi qua mang thức ăn sẽ được chọn lọc và đi tiếp vào hệ
tiêu hoá, phần còn lại bị đẩy ra ngoài.

1.2.3. SỰ TÍCH TỤ SINH HỌC

Đây là một trong tính chất đặc biệt của nhuyễn thể hai mảnh vỏ so với các loài
khác.
Nhuyễn thể là loài có tích tụ sinh học cao hơn hẳn so với các loài động vật có
xương sống ( Vertebrate) và động vật sống trên cạn đồng thời chúng bài tiết ra
ngoài nhiều hơn. Môi trường để cho nhuyễn thể hấp thụ, bài tiết là môi trường
nước và môi trường bùn đáy.
Bảng 1 dưới đây là kết quả
nghiên cứu của TS.After Walker năm 1990 cho thấy sự
tích lũy và đào thải khác nhau của một số loài.

BẢNG 1
: Mô hình tích lũy sinh học theo TS. A. Walker -1990

hấp thụ đào thải
Loại sinh vật
khuếch tán thức ăn nước uống
khuếch tán chuyển đổi chất
Động vật thân
mềm
( hai mảnh vỏ)
+ + + + + + + + + + +
Cá
+ + + + + đến +++ + + + + + đến + + + +
Động vật trên
cạn
+ + + + + + + + + +

Bảng trên cho thấy sự tích tụ các chất ô nhiễm trong cơ thể của nhuyễn thể xảy
ra cao nhất và khuếch tán qua mang là con đường duy nhất chúng có thể hấp thụ
được từ nước khi các chất ô nhiễm hòa tan trong nước hoặc liên kết với các chất lơ
lửng có kích thước rất nhỏ. Những nghiên cứu này của tác giả phù hợp với những
nghiên cứu của chúng tôi về nghêu, sò tại khu vực biể
n Cần giờ năm 1999-2000
(Phạm kim Phương, Luận văn Thạc Sĩ, Đại học Bách khoa, năm 2001). Tuy nhiên
bảng trên chưa cho thấy sự biến đổi chất khi cơ thể của nhuyễn thể tích lũy chất ô
nhiễm như kim loại nặng, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật

I.3. KHÁI NIỆM VỀ KIM LOẠI NẶNG

I.3.1. TÍNH CHẤT CHUNG VỀ KIM LOẠI NẶNG



12

Kim loại nặng được định nghĩa là những kim loại có tỷ trọng riêng lớn hơn 5g/cm
3
.
Theo độc chất sinh thái thì những kim loại nặng là những kim loại có thể gây ra mối
hiểm nguy cho môi trường và cho sinh vật sống trong môi trường đó. Một số kim
loại có thể kể đến như Cu, Cd, Pb, Zn, Fe, Hg Nhưng cũng không phải tất cả các
kim loại nặng đều có hại mà ngược lại một số kim loại nặng còn đóng một vai trò
cần thiết cho cơ thể sinh vật. Một số kim loại có trong thành phầ
n của Enzym, trong
hệ hô hấp, trong thành phần của máu tạo ra hồng cầu

Ví dụ :
- Cu, Zn là những nguyên tố cần thiết để điều chỉnh sự hấp thụ các chất dinh
dưỡng cho cơ thể và làm cân bằng các chất dinh dưỡng đó trong cơ thể.
- Fe, Mo, Mn, Zn đóng vai trò vận chuyển oxy đi nuôi cơ thể, tạo hồng cầu
- Ni, Co, Se, V, Cr cũng là những kim loại có ích cho một số sinh vật, một số kim
loại này có trong máu nhưng ở nồng độ thấp dưới giới hạn cho phép, ở nồng độ cao
hơn có tác dụng ngược lại.

Riêng các kim loại như Cd, Pb hoặc Hg không đóng vai trò sinh học có ích cho cơ
thể và ngược lại còn gây độc cho cơ thể sinh vật ngay cả ở nồng độ thấp cho nên đây
là những nguyên tố kim loại không cần thiết cho cơ thể sinh vật.

Tuy nhiên các kim loại có lợi hoặc có hại cho c
ơ thể sinh vật nếu vượt quá nồng độ
cần thiết hoặc quá thiếu đối với cơ thể thì chúng cũng gây nguy hiểm, một số ở
dạng hợp chất ( CH
3
Hg, Hg(CN)
2
) trở nên cực kỳ nguy hiểm ( V.U. Devi,
Bioaccumulation and Metabolic Effect of Cadmium on Marine fouling dressinid
Bivalve, Mytilopsis sallei (Recluz), Arch. Environ. Contam.Toxicol.
1996, 31, 47-53.

Các kim loại phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau như từ sự hoạt động của núi lửa,
từ quá trình phân huỷ xác động vật, từ các hoạt động của con người trong quá trình
sản xuất , chế biến …các chất thải đã không được xử lý hoặc có được xử lý nhưng
chưa triệt để và đi vào các nguồn nước, lắng xuống mặt bùn hoặc khuếch tán trong
môi trường nước

I.3.2. QUÁ TRÌNH T
ẠO SỰ LIÊN KẾT GIỮA CÁC KIM LOẠI TRONG
MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Trong nước các kim loại thường tồn tại ở dạng các ion kim loại tự do, hoặc ở dạng
phức chất liên kết kim loại với các thành phần vô cơ và hữu cơ có trong môi trường
nước.


13
pH trong môi trường nước đóng vai trị rất quan trọng, nếu pH thấp khả năng hòa

tan hoặc trao đổi ion của một số kim loại sẽ xảy ra mạnh hơn thay vì kết tủa và lắng
xuống mặt bùn đáy.

pH cao sẽ làm tăng khả năng tạo thành các hydroxýt kim loại hoặc các carbonat
kim loại và đồng thời cũng làm tăng khả năng liên kết các ion kim loại với các chất
hữu cơ có trong môi trường n
ước, chúng tạo thành các bông cặn lắng xuống và hấp
phụ trên bề mặt bùn đáy. Tất nhiên, không phải tất cả các kim loại đều có phản ứng
này ví dụ như ion kim loại Cadmium (Cd) dễ kết hợp với ion Clorua tạo phức
clorua tan trong nước mà không hấp phụ trên bề mặt bùn đáy.

Các kết quả nghiên cứu cho thấy nước của khu vực vùng cửa sông phức tạp và
khó nói lên chính xác kim loại nào ở dạng ion và kim loại nào ở d
ạng kết hợp .
Tuy nhiên thống kê các nghiên cứu cho thấy các sinh vật khu vực vùng cửa sông hấp
thụ các kim loại từ môi trường nước vào trong cơ thể của chúng thường là các kim
loại thuộc dạng ion tự do. Sự hấp thụ các kim loại tăng và tính độc của các kim loại
tăng tỷ lệ nghịch với nồng độ muối trong nước. Độ độc của kim loại nặng phụ thuộc
vào
độ mặn của nước.

Độ mặn của nước giảm sẽ làm thay đổi mức độ liên kết của kim loại nặng trong
nước, tức tăng dạng ion tự do, từ đó sẽ làm tăng độ độc của kim loại nặng đối với
sinh vật nước, cụ thể ở đây là nghêu (R. W. Bruland, Limnol. Oceanogr., 1992,
37
(5),1008-1017 ; J. J. Eaton, J. H. Gentile, C. E. Stephan, D. J. Hansen, G. J. Smith,
C. Roberts, 2000 Update of Ambient Water Quality Criteria for Cadmium, US EPA,
Office of Water, June 2000; E. M. Rodriguez et al, Acute and chronic effects of
cadmium on blood homeostasis of an estuarine crab, Chasmagnathus granulata,
and the modifying effect of salinity, Braz. J. Med. Biol. Res., 2001,34

, 509-518).

Ion Cd tự do sẽ rất độc đối với sinh vật nước đặc biệt là nhuyễn thể hai mảnh vỏ
( nghêu).
Nồng độ các kim loại tìm thấy trong cơ thể sinh vật biển là kết quả của quá trình
tương tác phức tạp và thông qua chuỗi thức ăn. Kim loại nặng tích lũy trong cơ thể
sinh vật biển chủ yếu trong các tế bào cơ, gan, thận và bộ phận tiêu hóa.

Ví dụ : Cd trong ruột nghêu :
3,55mg/kg
Cd trong thịt nghêu : 2,22 mg/kg
Pb trong ruột : 33,1mg/Kg
Pb trong thịt : 27,6 mg/Kg

( kết quả phân tích của Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm năm 2006)



14


I.3.3. QUÁ TRÌNH TẠO SỰ LIÊN KẾT GIỮA CÁC KIM LOẠI NẶNG
TRONG BÙN ĐÁY

Bùn đáy ( sediment) có cấu tạo rất phức tạp về mặt hóa học môi trường. Đó là
một hỗn hợp không đồng nhất bao gồm nhiều thành phần như các chất hữu cơ, vô
cơ và xen kẽ với đó là các phân tử nước, không khí …
Các quá trình lý hóa học của các kim loại nặng trong bùn đáy có thể xảy ra qua
các giai đoạn như sau:

1/ Quá trình hấp phụ và giải hấp phụ hoặc quá trình oxy hóa khử
phụ thuộc vào
tính chất bề mặt của bùn đáy
2/ Sự tạo thành phức chất của kim loại nặng thường thông qua chất mùn Humic
có trong bùn đáy

3/ Kim loại nặng liên kết với các oxýt Fe-Mn chủ yếu thông qua quá trình kết
tủa lắng đọng

4/ Sự di động các kim loại nặng trong cấu trúc tinh thể của sét và của các hợp
chất oxýt kim loại

5/ Sự kết tủa và hòa tan

Nhiều nghiên cứu trước
đây đã cho thấy các kim loại ở dạng vết thường liên kết với
các cấu trúc địa chất ở các pha khác nhau như nhóm oxýt Fe-Mn, , nhóm sulphua,
nhóm carbonat hoặc với các chất hữu cơ. Các quá trình xảy ra như vậy thường dẫn
đến sự tạo thành kết tủa và hấp thụ trên bề mặt của bùn đáy.

Trường hợp 1
: Quá trình kim loại nặng liên kết với các oxýt Fe-Mn có thể xảy ra
hai trường hợp :
1/ Nếu trong điều kiện bùn đáy bị yếm khí (không có Oxy) thì một phần oxýt Fe -
Mn có thể bị khử và giải phóng ra ion kim loại vào môi trường. Fe
+3
có thể bị khử
cho ra Fe
+2
có độc tính cao trong điều kiện pH < 3,5, Mn

4+
chuyển sang Mn
2+
gây
độc cho rễ cây

2/ Nếu trong điều kiện có oxy và pH > 6 thì có sự tạo thành các hydroxýt Fe -
Mn kết tủa ( Fe(OH)
3
, Mn(OH)
4
) đồng thời ion kim loại có trong nước sẽ cùng
hấp phụ hay đồng kết tủa (coprecipitation) và chúng hấp phụ mạnh trên bề mặt của
bùn đáy.


15
Điều này cũng có thể giải thích tại sao các kim loại nặng sau khi nạo vét kênh có
hàm lượng nhỏ hơn trước khi nạo vét. Trong pha này Cu, Ni, Zn thường liên kết
với nhóm oxýt Fe-Mn.


Trường hợp 2
: Trường hợp các ion kim loại liên kết với nhóm sulphua

1/ Trong điều kiện bùn đáy bị yếm khí (không có Oxy) ion sulphua có thể kết hợp
với một phần lớn các ion kim loại nặng có trong nước và tạo thành các sulphua kim
loại. Khả năng hòa tan các sulphua kim loại này rất thấp, vì tích số tan của các
sulphua kim loại rất nhỏ (Tích số tan của FeS = 3,7.10
-19

, Fe
2
S
3
=1.10
-88
,
CuS = 4.10
-38
, Cu
2
S = 2.10
-47
, MnS= 5,6.10
-16
). Nhiều sulphua bền với môi
trường như : FeS, FeS
2
, Fe
n
S
2n+1
, CdS
2/ Trong điều kiện có oxy, phản ứng oxy hóa của các sulphua xảy ra giải phóng
lưu huỳnh và các ion kim loại. Trong trường hợp đặc biệt cation Fe
2+
sẽ bị oxy hóa
tạo thành Fe
3+
. Ion Fe

3+
tiếp tục bị hydrát hóa và có thể kết tủa dưới dạng các
hydroxýt sắt Fe(OH)
3
, hydroxýt này có thể kết hợp với các kim loại nặng thông qua
quá trình hấp phụ và đồng kết tủa.

Trường hợp 3
:

Xuất xứ khác nhau của các chất hữu cơ như các mảnh vụn rau, các chất keo tụ,
các chất lơ lửng …khiến khó xác định cơ chế của sự trao đổi, sự liên kết và giải
phóng kim loại. Nhưng quá trình phức hóa và liên kết giữa kim loại và chất hữu cơ
tạo thành hợp chất cơ kim có khả năng xảy ra, khi các liên kết này đủ mạnh thì các
phức có thể kết tủa và h
ấp phụ trên bề mặt của bùn đáy.

Trường hợp 4 :


Quá trình hoạt động sinh học của các vi khuẩn hiếu khí và yếm khí có mặt trong
bùn đáy tạo ra CO
2
. Hiện tượng này đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành
carbonat kim loại với các ion kim loại hiện diện. pH đóng vai trò quan trọng, nếu
pH > 8 thì khả năng tạo carbonat kim loại có thể xẩy ra, còn pH nhỏ hơn thì ion kim
loại có thể đi vào môi trường nước.
Những yếu tố chính ảnh hưởng đến sự di chuyển của kim loại từ bùn đáy với
nước và ngược lại là pH, độ mặn, quá trình oxy hóa khử
Các kết quả nghiên c

ứu trước đây của chúng tôi cho thấy các kim loại ở hàm lượng
vi lượng ( µg/kg, mg/kg ) trong bùn đáy kết hợp với nhóm hữu cơ, sunfua, nhóm
oxýt Fe-Mn, nhóm carbonat nhiều hơn là hòa tan trong nước.




16
I.4. KHÁI NIỆM VỀ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ GỐC CLOR : PCB
S
, DDT
S
,
ENDOSULFAN
S

I.4.1.TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA PCB
S

PCB
s
gồm 209 cấu tử (congener ) có một số tính chất lý học chung như sau:
PCB
S
có tất cả 209 đồng phân nhưng chỉ có khoảng 130 đồng phân có mặt
trong sản phẩm thương mại. PCB
S
là chất lỏng mầu vàng nhạt hoặc đậm ở nhiệt độ
thường, nhưng ở thể hơi nặng hơn không khí và không tạo hỗn hợp nổ với không khí.
• PCB có khả năng kết dính với hạt rắn. Đây là tính chất quan trọng để giải

thích tại sao PCB có trong bùn đáy, trong các chất lơ lửng trong nước.
• PCB có tính cách điện rất tốt.
• Tỷ trọng nặ
ng hơn không khí.
• Tính bền nhiệt.
• Tính không cháy nổ
• PCB
s
tan rất ít trong nước, dễ liên kết với các chất lơ lửng trong nước tạo
thành chất lơ lửng có chứa PCB. PCB dễ dàng tan trong dầu, mỡ và các hợp
chất hữu cơ. Chính do tính chất ưa béo này mà chúng gây ra mối nguy hiểm
cho sinh vật khi hợp chất của PCB xâm nhập vào cơ thể.

I.4.2. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA PCB
S

PCB
s
có tính chất hóa học rất đặc biệt là trơ với acid, bazơ. Ở điều kiện bình
thường PCB
s
không cho dễ dàng phản ứng hóa học, có thể tồn tại trong điều kiện có
sự hiện diện của Oxy và những kim loại hoạt động. Tuy nhiên PCB
s
cũng có thể bị
phân hủy bởi tác nhân hóa học trong điều kiện đặc biệt và chúng cũng có thể bị phân
hủy bởi tác nhân sinh hóa học.

Trong quá trình thiêu đốt, PCB sẽ sinh ra các độc chất như PCDF (polychloro-
dibenzofurans) và PCDD (polychlorodibenzodioxins) thường gọi tắt là dioxin.

PCB dễ dàng kết hợp với các hợp chất hữu cơ.

I.4.3. ĐẶC TÍNH VÀ SỰ TỒN TẠI CỦA PCB
S
TRONG MÔI TRƯỜNG,

PCB rất độc và nguy hiểm, các nhà khoa học đã chứng minh rằng trong đa số
các trường hợp sự có mặt của PCB dự báo khả năng có mặt của dioxin vì thực tế
quá trình thiêu hủy chất thải bằng lò đốt không đạt nhiệt độ đủ cao, hoặc đốt
nương rẫy mà trong đất có chứa PCB thì PCB có khả năng bị oxýt hóa chuyển thành
PCDF và PCDD.
PCB
S
tồn tại rất lâu trong môi trường tự nhiên, PCB bền, khó bị phân hủy bởi
các tác động của môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, mưa, gió và các vi sinh vật


17
do vậy khả năng tạo nguy hại cho hệ sinh thái rất cao. Theo lý thuyết khả năng phân
bố của PCB
S
trong môi trường như sau :
• Trong không khí : 2,14.10
-3
%
• Trong đất : 50,66%
• Trong nước : 0,39%
• Trong trầm tích : 47,29%
• Trong chất rắn lơ lửng : 17,88.10
-2

%
• Trong rong tảo : 1,05.10
-2
%

Theo các tài liệu của các nhà nghiên cứu phân tích cho thấy PCB
s
có trong nước,
cá, chim, trứng và trong mỡ. Đặc biệt với loài chim ăn cá đã phát hiện thấy PCB
s

có trong các mô mỡ. Hàm lượng PCB
s
tăng dần thông qua chuỗi thức ăn hay mạng
lưới thức ăn (Bảng 2).
Bảng 2
Bảng hàm lượng PCB trong động vật

Tên động vật Hàm lượng PCB (µg/g)
Động vật biển
Hai mảnh vỏ
Hải cẩu
Cá heo

< 0,003-7
3-212
0,012-147
Nước ngọt (USA)
Nước biển
0,1-15

0,03-190
Chim
Nam Mỹ
Châu Âu
Trứng Chim

0,1-14
0,5-9,570
0,1-434
Động vật trong đất
0,01-45
Người
Trong mỡ
Trong huyết tương
Trong huyết tương người tiếp xúc với PCB
Trong sữa

0,3-10,0
0,001-0,029
0,036-1,9
0,01-0,039


I.4.4. TÁC HẠI CỦA PCB
S
ĐỐI VỚI ĐỘNG VẬT VÀ NGƯỜI

Đối với các động vật khi bị nhiễm PCB thì sẽ có sự giảm sút về giống loài, làm
thay đổi hệ miễn dịch, cơ thể chậm phát triển, làm ảnh hưởng đến di truyền, gây hủy
hoại gan … Đối với con người nhiễm PCB chủ yếu qua đường dinh dưỡng. PCB có

trong cơ thể con người thường tích tụ trong các mô mỡ, trong sữa mẹ và có khả


18
năng gây ung thư. PCB cũng làm thay đổi hệ thống miễn nhiễm làm cơ thể chậm
phát triển. Người ta chứng minh được rằng PCB là một trong những nguyên nhân
gây ra các ảnh hưởng độc tố kinh niên và hiện tượng rối loạn sinh lý của Sư tử biển.
Phân tích máu của các con Sư tử biển này cũng cho thấy sự giảm đáng kể lượng
Hoc-mon trong máu và trong tuyến giáp. Hiện tượng này cũng giống như triệu
chứng quan sát được khi cho một số loài động vật gặm nhấm tiếp xúc với PCB dạng
phẳng (CB 9,10,19,36). Các đồng phân của PCB thường có trong các mô mỡ : 118,
153, 179 và 180. Tổng hàm lượng các đồng phân PCB này chiếm khoảng 70% tổng
hàm lượng PCB
S
trong mẫu.

I.5. THUỐC DIỆT CÔN TRÙNG DẠNG HỢP CHẤT HỮU CƠ Clor DDT,
DDE và DDD

Thuốc trừ sâu và diệt côn trùng loại hợp chất hữu cơ Clor cũng không kém nguy
hiểm cho người, động vật và môi trường. Đó là loại thuốc trừ sâu tiêu biểu mà đề tài
của chúng tôi quan tâm như thuốc trừ sâu DDT, DDE v DDD tồn tại khá lâu trong
môi trường tự nhiên.

Các hợp chất hữu cơ Clor có xu hướng tích lũy trong mô mỡ động vật do đó
khó chuyển hóa sinh học hoặc bài tiết ra ngòai. Sự tích lũy sinh họ
c của các hợp chất
không phân cực có thể rất cao, đôi khi sinh vật tích lũy ở nồng độ cao hơn ở mức lũy
thừa từ 10
3

đến 10
6
lần so với nồng độ có trong nước mà chúng đang sống. Đặc tính
bền vững và thích béo của các hợp chất hữu cơ Clor là chỉ tiêu quan trọng để đánh
giá mức độ phát tán trong môi trường. Thông thường các Halogenua hữu cơ có
nồng độ thấp trong nước và cao hơn trong bùn đáy, đất và sinh vật.

DDT, DDE, DDD thuộc nhóm Halogenua hữu cơ. Đây là loại hóa chất được sử
dụng rộng rãi trước đây trong nông nghiệp. Ở n
ước ta, các hợp chất DDT
s
đã bị cấm
sản xuất và không được dùng trong nông nghiệp dù chúng tác dụng diệt côn trùng
nhanh, bảo vệ cây trồng, đảm bảo cung cấp lương thực, thực phẩm cho con người vì
bên cạnh lợi ích thì tác hại của chúng cũng không nhỏ. Tỉ lệ người bị nhiễm độc hóa
chất trừ sâu khá lớn. Ở Việt Nam hàng năm có hàng trăm người bị ngộ độc và
nhiều ca nặng đã dẫn đế
n tử vong.


I.5.1. TÍNH CHẤT LÝ VÀ HỐA HỌC CỦA DDT


DDT dạng bột trắng hay xám nhạt tan rất ít trong nước, được sử dụng dưới dạng
huyền phù, khi phun thuốc này lên cây thì chúng bám vào lá. DDT tan nhiều trong
các dung môi hữu cơ. Nhiệt độ nóng chảy trong khoảng từ 108,5
0
C - 109
0
C. Áp suất

hơi ở 20
0
C là 1,5.10
-7
mmHg. DDT dưới tác dụng của ánh sáng tia cực tím hoặc


19
các vi sinh vật sẽ khử Clor để thành DDD (1,1-dicloro-2,2 –bis p-
chlorophenylethane) hay còn gọi là diclorodiphenyl dicloroethane hoặc có tên
thương mại là Rhothane, đây là một chất diệt côn trùng, tốc độ của phản ứng này
nhanh hơn quá trình tiếp theo khi DDT bị khử Clor và biến đổi thành DDE (1,1-
dichloro-2,2-bis p-clorophenylethylene). DDE tồn trữ lâu hơn, bền hơn và nồng độ
thường cao hơn so với DDT và DDD trong môi trường nhờ khả năng phân hủy của
các sinh vật biến đổi DDT thành DDD và DDE. Người ta sản xuất ra loại thu
ốc
DDD và DDE làm thuốc diệt trừ nhện, chất này cũng được tạo ra từ DDT có trong
cơ thể côn trùng hoặc vi sinh vật kháng DDT. Sự biến đổi của DDT trong môi
trường cũng như trong cơ thể sinh vật là DDT → DDD → DDE.
Người ta cũng tìm thấy DDE có trong mỡ của loài hải cẩu. Sự kiện này một lần
nữa chứng minh cho thấy DDT cũng như các sản phẩm của nó khó đào thải và tích
lũ
y trong các mô mỡ động vật.

DDT là loại thuốc trừ sâu đã bị nghiêm cấm sử dụng từ lâu bởi các tác hại của
DDT khi bị nhiễm vào cơ thể người cũng như các động vật. DDT gây tổn hại đến hệ
thần kinh, làm yếu cơ và co giật, các tai biến bên ngoài thường gặp là ban đỏ, phù
nề, da đỏ. Người tiếp xúc với DDT lâu dài với nồng độ thấp cũng bị nhi
ễm độc như
run tay, gây biến đổi các tổ chức gan và biến đổi nhẹ ở thận. DDT được tích lũy

qua chuỗi thức ăn.

Cũng giống như PCB, thuốc trừ sâu DDT và các hợp chất giảm cấp của nó xâm
nhập vào cơ thể sinh vật thông qua chuỗi thức ăn đối với các động vật sống dưới
nước như : cá, nhuyễn thể hai mảnh vỏ, tôm, cua…DDT và các hợp ch
ất của nó
hòa tan rất ít trong nước thông thường dính kết với các chất lơ lửng có trong nước
còn đối với động vật trên cạn thì xâm nhập vào cơ thể thông qua thức ăn. Đặc biệt
thuốc trừ sâu p.p’-DDT xâm nhập vào trứng của các loài chim, p.p’-DDE và DDD
có thể không ảnh hưởng nhiều đến trứng. Tuy nhiên sự hấp thu các chất độc này
phụ thuộc nhiều vào cơ thể , giống, loài, tuổi và trọng l
ượng. Nhiều thí nghiệm cho
thấy đối với động vật nào có lượng mỡ nhiều thì khả năng tích lũy các chất độc
thuốc trừ sâu và PCB cao hơn những động vật khác và con đực thường bị nhiễm
cao hơn con cái trong cùng một loài (Handbook of Ecotoxicology,(1995).”
Bioaccumulation “).

I.5.2. TÍNH CHẤT LÝ VÀ HỐA HỌC CỦA ENDOSULFAN C
9
H
6
CL
6
O
3
S

Endosulphan là loại thuốc diệt côn trùng với liều lượng độc cho cá LC
50
rất thấp

0,002mg/L, LD
50
cho chuột nhắt cái là 0,0345mg/L và cho chuột nhắt đực là
0,0126mg/L.
Endosulphan là hỗn hợp của hai chất đồng phân α-endosulphan và β -Endosulphan.


20
α-Endosulphan và β - Endosulphan tan ít trong nước ( 0,32-0,33mg/L), tan tốt
trong một số dung môi : ethyl acetate, dichloromethane, toluene, không bị phân huỷ
bởi ánh nắng mặt trời.
Trong môi trường đất và nước, α-β - Endosulphan tồn dư trong thời gian
khoảng từ 30 – 70 ngày và sẽ chuyển một phần thành endosulphan sulphat. Khi
động vật bị nhiễm Endosulphan thì sau 48 giờ sinh vật sẽ bài tiết ra lượng
Endosulphan mà chúng hấp thụ tuy nhiên sự bài tiết này phụ thuộc vào liều lượng
và đồng phân của endosulphan vì endosulphan cũ
ng sẽ bị chuyển hóa thành
endosulphan sulphat .
Endosulphan thường tích tụ ở thận nhiều hơn là ở mỡ. Endosulphan độc đối với
cá và động vật ngay cả với người khi bị nhiễm cũng gây ra tình trạng hôn mê, ói ,
làm tê liệt thần kinh và nguy hiểm hơn là sự biến đổi chất của Endosulphan thành
Endosulphan sulphat (Clive D. S. Tomlin, The Pesticide Manual, 1994)



CHƯƠNG II

MỤC ĐÍCH , NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU

II.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU


Đề tài nhằm nghiên cứu sự tích tụ và sự đào thải kim lọai nặng ( Pb, Cd, As),
hợp chất hữu cơ gốc clor như PCB
s
, DDT
s
, α -Endosulphan trong cơ thể nghêu ở
môi trường nuôi nhân tạo. Đề tài nghiên cứu được chia làm hai phần:

- Phần thứ nhất :
nghiên cứu sự tích lũy kim loại nặng ở các nồng độ khác nhau với các kim loại
nặng ở dạng muối vơ cơ, riêng đối với Cd có độc tính rất cao, nghiên cứu được thực
hiện thêm với Cd ở dạng phức chất với EDTA và axit Humic, d
ạng sulphua
không tan. Tiếp theo là khảo sát sự đào thải các kim loại nặng mà nghêu đã hấp
thụ trong môi trường nuôi nhân tạo. Tổng thời gian nghiên cứu cho cả hai giai đoạn
là hai mươi ngày.

- Phần thứ hai :


21
Nghiên cứu sự tích lũy và sự đào thải ở dạng hữu cơ gốc chlor : PCBs và một số
thuốc bảo vệ thực vật như , DDT
s
, α -Endosulphan trong môi trường nuôi nhân tạo

trong thời gian hai mươi ngày.

II.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU


1/ Tham khảo tài liệu của các tác giả đi trước đã làm về mô hình nuôi, về nồng độ
các hóa chất cho vào hồ ở ngưỡng không gây chết cho nghêu [ 5], [6], [7], [8],
2/ Nghiên cứu mô hình nuôi nghêu nhân tạo có các điều kiện gần giống như môi
trường sống tự nhiên của nghêu như : Nước, DO, thức ăn , nhiệt độ …

3/ Nghiên cứu phương pháp phân tích và thiết bị phân tích để đo các hàm lượng
kim loại nặ
ng và hợp chất hữu cơ với độ nhạy tốt nhất .
4/ Thực hiện QA , QC cho mỗi chỉ tiêu phân tích ( xem bảng 3 và bảng 4 bên dưới)

5/ Nghiên cứu nồng độ hóa chất cho vào hồ nuôi nghêu để trong hầu hết các trường
hợp nghêu không chết trong quá trình thử nghiệm là 20 ngày với thời gian 5 ngày
đầu là nghiên cứu sự tích tụ và từ ngày thứ 6 cho đến ngày 20 là nghiên cứu sự
đào thải hóa chất mà nghêu đ
ã hấp thụ đối với các kim lọai như Cd, Pb, As

ở hai
nồng độ:

*Nồng độ cao : 2,5mg/L cho Pb, As và 1,0 mg/L cho Cd.
*Nồng độ thấp : 1,5 mg/L cho Pb, As và 0,1mg/L, 0,5mg/L đối với Cd



Lý do chọn các nồng độ trên:

- Vẹm Mytilus edulis được phơi nhiễm chì ở nồng độ 5-5000µg/L trong 6 tuần
để theo dõi mức độ tích luỹ chì (M. Schulz-Baldes, Lead Uptake from Sea Water
and Food, and Lead Loss in the Common Mussel Mytilus edulis, Mar. Biol , 25
,
177-193,(1974)

- Nghiên cứu của Georges và đồng nghiệp cho thấy LD
50
Cd khoảng 1,5 đến
2mg/L cho vẹm Mytilus edulis (S. G. George , T. L. Coombs, The Effects of
Chelating Agents on the Uptake and Accumulation of Cadmium by Mytilus edulis,
Mar. Biol, 39
, 261-268, (1977)

- Nghiên cứu của Patel và Anthony về ảnh hưởng của nhiều loại muối Cd trên 6
loại nhuyễn thể trong đó có Meretrix casta cho thấy LC
50
96giờ đạt cao nhất
3,5µg/ml với muối CdCl
2
( B.Patel, K. Anthony, Uptake of cadmium in tropical


22
marine lamellibranchs and effects on physiological behavior, Mar. Biol.108(3),
457-470 , (1991)

- K.A. High trong luận án Tiến sĩ năm 1997, đã cho vẹm nước ngọt phơi nhiễm
Cd ở nồng độ 500µg/L (K. A. High, Metal-Specific HPLC Detection Approaches

for the characterization of Metallothionein-Like Proteins from Fresh water Mussels,
PhD thesis, Mc Gill University, Canada (1997)

- Nhuyễn thể hai mảnh vỏ Ruditapes decussatus được cho phơi nhiễm muối Cd
40 ngày ở nồng độ 100 v 400µg/L, M. J. Bebianno, M.A. Serafim and D. Simes,
Metallothioneins in the clam Ruditapes decussatus: an overview, Analusis, 28
(5)
386-390, (2000)

- Một nghiên cứu của Ciocan và Rotchell trn vẹm Mytilus edulis đã cho vẹm phơi
nhiễm 20 ngày với Cd ở nồng độ 200 v 400µg/L ( C. Ciocan, J. M. Rotchell,
Cadmium Induction of Metallothionein Isoforms in Juvenile and Adult Mussel
(Mytilus edulis), Environ. Sci. Technol., 38, 1073-1078, ( 2004)

- Nhuyễn thể hai mảnh vỏ Meretrix lusoria được phơi nhiễm Cd ở nồng độ 50,
200, 1000µg/L trong 1, 3, 5, 7 ngày để theo dõi sự hình thành metallothionein (Y. T.
Chang, K. J. Jong , B. K. Liao, S. M. Wu, Cloning and expression of
metallothionein cDNA in the hard clam (Meretrix lusoria) upon cadmium exposure,
Aquaculture, , 262
, 504-513 , (2007)

- Nồng độ tối đa Cd và Pb cho phép trong nhuyễn thể hai mảnh vỏ là 1mg/L
cho cả chì lẫn Cd (quy định Châu Âu EC 466/2001 ngày 8/3/2001)
6/ Nghiên cứu thử nghiệm sự tích tụ và đào thải ion Cd ở các dạng khác nhau:
*Sulphua cadmium ( CdS) ở một nồng độ tương ứng với hàm lượng Cd là
2mg/kg bùn đáy.
*Phức chất hữu cơ Cd-EDTA : ứng với Cd ở hai nồng độ 1mg/L và 0,5mg/L
trong nước
*Phức Cd với axít Humic
tương ứng với nồng độ Cd 1 mg/L trong nước.

Sở dĩ chúng tôi nghiên cứu thêm phức Cd-EDTA, Cd-Humic là vì có tài liệu cho
biết là độ độc giảm nhiều lần khi Cd có dưới dạng phức Cd-Humic (giảm độ độc
5 lần) hoặc phức Cd-EDTA (F.Corami et al, Annali di Chimica, 2006, 97
(1-2),
25-27; J. P. Gaur, N. Noraho, Biomed. Environ. Sci., 1995, 8
(3), 25-27).

Chúng tôi cũng muốn đánh giá thêm mức độ nghêu tích tụ và đào thải Cd ở dạng
muối rất ít tan CdS , tức Cd ở dạng không phải là ion tự do trong nước.



23
7/ Nghiên cứu sự cạnh tranh của các ion kim loại đối với quá trình tích tụ và đào
thải kim lọai nặng với hỗn hợp gồm cả 3 kim lọai Cd, Pb, As có cùng nồng độ :
0,5mg/l.

8/ Nghiên cứu quá trình hấp thụ , đào thải đối với một số hợp chất hữu cơ Clor như
DDT, Endosulphan, PCB được cho vào hồ nuôi nghêu trong thời gian 20 ngày.

Tổng số lần cho tất cả các thí nghi
ệm : 30 lần nuôi nghêu ở các nồng độ ion kim
loại khác nhau và các dạng ion kim lọai khác nhau.
Số lần phân tích chất hữu cơ và kim loại : hơn 300 lần

9/ Tất cả các kết quả phân tích được xử lý thống kê

10/ Từ các kết quả phân tích rút ra:

*những kết luận về sự tích lũy và đào thải các kim lọai nặng, các hợp
chất hữu cơ Clor đối với nghêu tr
ưởng thành
*những kiến thức thực tiễn cho nghiên cứu độc chất sinh thái môi
trường và ứng dụng cho vấn đề xử lý môi trường bằng sinh vật
*một số khuyến cáo hũu ích cho xuất khẩu và tiêu dùng trong nước
đối với nghêu.





II.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

II.3.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH NUÔI NGHÊU


1/ Nước biển, nghêu Meretrix Lyrata lấy tại Cần thạnh - Cần Giờ, nghêu được
nuôi dưỡng 3 ngy trong môi trường nước biển Cần Giờ cho nghêu thuần với môi
trường mới; nước nuôi nghêu được cho nhiễm độc kim loại nặng Cd, Pb, As và hợp
chất hữu cơ gốc Clor như PCBs, DDTs, Endosulfan ở hai nồng độ : nồng độ cao và
nồng độ thấp. Nuôi nghêu trong môi trường đó trong thời gian liên tục
đến 5 ngày
(lấy mẫu phân tích sau 03 ngày và sau 05 ngày) để theo dõi sự tích tụ kim loại
nặng và hợp chất hữu cơ. Sau đó, nuôi nghêu thêm 15 ngày trong môi trường
nước sạch, lấy mẫu và đo các chỉ tiêu ở thời điểm sau 10, 15, 20 ngày để theo dõi
sự tự đào thải các hóa chất nói trên của nghêu.

24
2/ Nghiên cứu khả năng nghêu tích tụ, đào thải kim loại nặng, hợp chất
hữu cơ ở nồng độ thấp và nồng độ cao.

II.3.2. PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG


Ở các dạng khác nhau trong nước, cơ thể nghêu được phân tích để đánh giá sự
tích tụ và đào thải kim loại của nghêu.
Thiết bị sử dụng cho phân tích kim lọai nặng :
-Máy quang phổ phát xạ Plasma ICP có khả năng đo vết các kim loại nặng ở hàm
lượng ppb ( µg/kg, µg/L), sử dụng để phân tích Cd, Pb trong nước, bùn đáy, nghêu.
-Máy quang phổ hấp thu nguyên tử AAS với bộ Hydrua sử dụng đo As trong
nướ
c, bùn đáy và nghêu.


BẢNG 3
: Kết quả LOQ và % RSD của các kim loại nặng nghiên cứu

Nguyên tố Bước sóng
nm
LOQ ( bùn )
mg/Kg
MLOD
nghêu
mg/kg
% RSD
Cd – ICP 228,802 0,01 0,2 0,5
Pb – ICP 220,353 0,03 0,048 0,5

As – AAS 197,7 0,01 0,02 0,3


II.3.3. PHÂN TÍCH CHẤT HỮU CƠ

Trong nước, thịt nghêu được phân tích để đánh giá sự tích tụ và đào thải chất hữu
cơ của nghêu.
Thiết bị sử dụng cho phân tích chất hữu cơ:
- Máy sắc ký khí với đầu dò cộng kết điện tử GC/ECD sử dụng để đo các hợp
chất hữu cơ Clor như DDT, PCB, Endosulphan có trong nước, thịt nghêu.

BẢNG 4
: Hiệu suất thu hồi của PCB
s
và DDT
s
trên thiết bị GC/ECD

Cấu tử Hiệu suất thu
hồi lần 1 (%)
Hiệu suất thu
hồi lần 2 (%)
Hiệu suất thu
hồi lần 3 (%)
Hiệu suất
trung bình
(%)

PCB -52 71,93 79,4 78,02 77
PCB- 101 90,15 90,74 92,4 91,1

PCB- 153 78,5 80,7 79,8 79,7
PCB- 180 100,2 100,16 100,7 100,3