Nghiên cứu sự ô nhiễm MANGAN trong nước giếng khoan và sự tích lũy trong cơ thể người dân tại xã thượng cát huyện từ liêm hà nội
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.24 MB, 84 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN
-----------------------
Trần Hồng Mai
NGHIÊN CỨU SỰ Ơ NHIỄM MANGAN TRONG
NƢỚC GIẾNG KHOAN VÀ SỰ TÍCH LŨY TRONG CƠ THỂ
NGƢỜI DÂN TẠI XÃ THƢỢNG CÁT, HUYỆN TỪ LIÊM, HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - 2012
1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN
-----------------------
Trần Hồng Mai
NGHIÊN CỨU SỰ Ơ NHIỄM MANGAN TRONG
NƢỚC GIẾNG KHOAN VÀ SỰ TÍCH LŨY TRONG CƠ THỂ
NGƢỜI DÂN TẠI XÃ THƢỢNG CÁT, HUYỆN TỪ LIÊM, HÀ NỘI
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã sớ: 60 44 29
ḶN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TS Phạm Hùng Việt
Hà Nội - 2012
2
Lời cảm ơn
Lời đầu tiên, em bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn thầy GS.TS Phạm Hùng Việt,
người đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em hồn thành luận văn này.
Em trân trọng cảm ơn cô TS Phạm Thị Kim Trang đã dìu dắt và tạo mọi điều
kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn này.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các anh chị và các bạn trong trung tâm
Nghiên Cứu Công Nghệ Môi Trường và Phát Triển Bền Vững, trường Đại học
Khoa Học Tự Nhiên đã nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt quá trình làm việc, học tập
và nghiên cứu.
Xin được cảm ơn sự hỗ trợ về kinh phí và thiết bị của dự án “Nghiên cứu các
nguồn nước ở Việt Nam” (VietAs – pha II) và đề tài “Đánh giá mức độ ô nhiễm
mangan trong nước giếng khoan và nguy cơ tác động sức khoẻ người dân tại
vùng đồng bằng sông Hồng, miền Bắc Việt Nam” mã số 105.09.59.09 do Quỹ
phát triển khoa học và công nghệ quốc gia NAFOSTED tài trợ.
Em xin gửi tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Đại
học Quốc Gia Hà Nội đặc biệt là các thầy cô trong khoa Hóa Học lịng tri ân sâu
sắc.
Cuối cùng, từ sâu thẳm trái tim mình, con cảm ơn gia đình, cảm ơn bố mẹ đã
luôn ở bên quan tâm, ủng hộ, động viên để con có được ngày hơm nay.
Hà Nội ngày 25/3/2012
Học viên
Trần Hoàng Mai
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN .................................................................................... 2
1.1. Khái quát về mangan ......................................................................................... 2
1.1.1. Tính chất vật lý và tính chất hóa học ............................................................. 2
1.1.2. Những ứng dụng chính của mangan và các hợp chất của mangan ................ 3
1.1.3. Vai trò của mangan đối với sự sống .................................................................... 4
1.2. Vấn đề ô nhiễm mangan trong nƣớc ngầm ...................................................... 5
1.2.1. Ô nhiễm mangan trong nƣớc ngầm trên thế giới ........................................... 5
1.2.2. Ô nhiễm mangan trong nƣớc ngầm ở Việt Nam .......................................... 10
1.3. Mangan đối với cơ thể ngƣời ......................................................................... 13
1.3.1. Sự hấp thụ và chuyển hóa mangan trong cơ thể ngƣời ............................... 13
1.3.2. Nhiễm độc mangan và những ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời .............. 14
1.3.3. Sự tích lũy mangan trong tóc ....................................................................... 16
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 21
2.1. Địa điểm và đối tƣợng nghiên cứu .................................................................. 21
2.1.1. Địa điểm nghiên cứu .................................................................................... 21
2.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu................................................................................... 22
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................. 23
2.2.1. Phƣơng pháp lấy mẫu......................................................................................... 23
2.2.2. Phƣơng pháp vô cơ hóa mẫu tóc .................................................................. 23
2.2.3. Phƣơng pháp phân tích mangan bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS . 25
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM ............................................................................ 27
3.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị .............................................................................. 27
3.1.1. Hóa chất ....................................................................................................... 27
3.1.2. Dụng cụ ........................................................................................................ 27
3.1.3. Thiết bị ......................................................................................................... 27
3.2. Thực nghiệm ................................................................................................... 28
3.2.1. Phân tích mẫu nƣớc ...................................................................................... 28
3.2.1.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu ........................................................................ 28
3.2.1.2. Xây dựng đƣờng chuẩn phân tích mangan................................................ 29
3.2.1.3. Chuẩn bị dung dịch kiểm chứng ............................................................... 29
3.2.1.4. Chuẩn bị mẫu phân tích............................................................................. 30
3.2.2. Phân tích mẫu tóc ......................................................................................... 30
3.2.2.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu ........................................................................ 30
3.2.2.2. Xử lí mẫu ................................................................................................... 30
3.2.3. Hiệu suất thu hồi và độ lặp lại ...................................................................... 32
3.2.3.1. Xác định hiệu suất thu hồi ......................................................................... 32
3.2.3.2. Kiểm tra độ lặp lại của qui trình phân tích mẫu tóc .................................. 33
3.2.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu ............................................................................ 33
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 34
4.1. Độ tin cậy của qui trình phân tích ................................................................... 34
4.1.1. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của thiết bị .................................. 34
4.1.2. Đƣờng chuẩn phân tích mangan................................................................... 34
4.1.3. Hiệu suất thu hồi trên nền mẫu tóc kiểm chứng .......................................... 35
4.1.4. Hiệu suất thu hồi trên nền mẫu tóc thêm chuẩn ........................................... 36
4.1.4. Độ lặp lại của qui trình phân tích mẫu tóc ................................................... 37
4.2. Ơ nhiễm mangan trong nƣớc giếng khoan tại khu vực nghiên cứu ................ 38
4.3. Sự tích lũy mangan trong tóc ngƣời dân tại khu vực nghiên cứu ................... 44
4.3.1. Hàm lƣợng mangan trong tóc ngƣời tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân ........... 44
4.3.2. Ảnh hƣởng của độ tuổi đến sự tích lũy mangan trong tóc ........................... 51
4.3.3. Ảnh hƣởng của giới tính đến sự tích lũy mangan trong tóc ......................... 54
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 57
KIẾN NGHỊ ........................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 59
PHỤ LỤC ........................................................................................................................ 65
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
* AAS: Atomic Absorption Spectroscopy- quang phổ hấp thụ nguyên tử
* CRM: Cetificate Reference Material
* P.P: polypropylen
* MMT: Methylcyclopentadienyl Mangan Tricacbonyl
* SOD: enzym superoxide dismutase
* WHO: World Health Organization- tổ chức y tế thế giới
* PMS: triệu chứng tiền kinh nguyệt ở phụ nữ
DANH MỤC HÌNH
Hình số
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Nội dung
Bản đồ phân bố nồng độ Mn tại vùng Araihazar, Băng-la-đét
Bản đồ phân bố nồng độ Mn trong nƣớc giếng khoan tại một số tỉnh đồng
bằng sông Hồng
Bản đồ phân bố nồng độ Mn trong nƣớc giếng khoan tại một số tỉnh
đồng bằng sơng Mê-kơng
Trang
7
11
12
Hình 2.1
Địa điểm nghiên cứu
21
Hình 2.2
Sơ đồ khối thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS
25
Hình 3.1
Lọc mẫu nƣớc
28
Hình 3.2
Qui trình phân tích Mn trong mẫu tóc
31
Hình 3.3
Một số hình ảnh xử lí mẫu tóc
32
Hình 4.1
Đƣờng chuẩn Mn trên thiết bị AA-6800
35
Hình 4.2
Sự phân bố nồng độ Mn tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân
39
Hình 4.3
Ơ nhiễm Mn trong nƣớc giếng khoan tại Thƣợng Cát
40
Hình 4.4
So sánh nồng độ Mn tại Thƣợng Cát với một số khu vực khác
41
Hình 4.5
Sự phân bố Mn theo độ sâu
43
Hình 4.6
Sự phân bố Mn trong mẫu tóc ngƣời tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân
44
Hình 4.7
Hàm lƣợng Mn trung bình trong tóc ngƣời tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân
45
Hình 4.8
So sánh hàm lƣợng Mn trong tóc ngƣời ở Thƣợng Cát với một số khu vực
47
Hình 4.9
Sự phân bố Mn trong tóc ngƣời tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân
48
Hình 4.10 So sánh hàm lƣợng Mn trong mẫu tóc tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân
49
Hình 4.11 Nguy cơ gây ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời do nhiễm độc Mn
50
Hình 4.12 Ảnh hƣởng của độ tuổi đến sự tích lũy Mn trong tóc
53
Hình 4.13 Ảnh hƣởng của giới tính đến sự tích lũy mangan trong tóc
56
DANH MỤC BẢNG
Bảng số
Nội dung
Bảng 1.1
Một số thông số vật lí quan trọng của Mn
2
Bảng 1.2
Tiêu chuẩn Mn trong nƣớc uống của một số tổ chức, quốc gia
6
Bảng 1.3
Tóm tắt một số nghiên cứu về ô nhiễm Mn trong nƣớc ngầm ở Việt Nam
10
Tóm tắt một số nghiên cứu về sự tích lũy Mn trong tóc do phơi nhiễm từ
Bảng 1.4
nguồn nƣớc
Trang
17
Bảng 2.1
Các mẫu nƣớc và mẫu tóc tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân
22
Bảng 2.2
Chƣơng trình xử lí mẫu tóc trong lị vi sóng
24
Bảng 4.1
Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của thiết bị
34
Bảng 4.2
Hiệu suất thu hồi trên mẫu tóc kiểm chứng
35
Bảng 4.3
Hiệu suất thu hồi trên nền mẫu tóc thêm chuẩn
36
Bảng 4.4
Độ lặp lại của qui trình phân tích mẫu tóc
37
Bảng 4.5
Nồng độ Mn trong nƣớc giếng khoan tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân
38
Bảng 4.6
Hàm lƣợng Mn trong tóc ngƣời tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân
44
Bảng 4.7
Hàm lƣợng Mn trung bình trong các nhóm tuổi khác nhau
51
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
MỞ ĐẦU
Mangan là nguyên tố phổ biến thứ 12 trong sinh quyển. Hàm lƣợng của nó
trên bề mặt trái đất chiếm khoảng 0,098% về khối lƣợng. Mangan có mặt trong
nhiều đối tƣợng mơi trƣờng nhƣ đất, nƣớc, trầm tích và trong các vật chất sinh học
khác nhau. Đây là nguyên tố rất cần thiết cho sự phát triển của sinh giới.
Tuy vậy, mangan cũng trở thành kim loại có tính độc hại khi đƣợc hấp thụ ở
nồng độ cao. Với con ngƣời, mangan gây ra hội chứng đƣợc gọi là “manganism”,
gây ảnh hƣởng đến hệ thần kinh trung ƣơng, bao gồm các triệu chứng nhƣ đau đầu,
mất ngủ, viêm phổi, run chân tay, đi lại khó khăn, co thắt cơ mặt, tâm thần phân liệt
và thậm chí ảo giác. Nó cũng có thể ảnh hƣởng tiêu cực đến hệ sinh thái thông qua
chuỗi thức ăn. Với nồng độ quá cao trong nƣớc, mangan cùng với sắt là nguyên
nhân gây ra hiện tƣợng nƣớc cứng, hiện tƣợng nhuộm màu các dụng cụ nấu nƣớng,
đồ dùng nhà tắm và quần áo, gây mùi trong thức ăn và nƣớc uống.
Nhiều tài liệu nghiên cứu chỉ ra rằng mangan đã đƣợc tìm thấy trong nguồn
nƣớc ngầm ở nhiều quốc gia trên thế giới. Ví dụ Băng-la-đét, Cam-pu-chia,
Newzealand, Việt Nam…Tại Việt Nam, hàng chục triệu ngƣời dân sống tại vùng
nông thôn đang dùng giếng khoan để khai thác nƣớc ngầm tầng nơng phục vụ cho
mục đích sinh hoạt. Do đó, nguy cơ phơi nhiễm mangan từ nƣớc ăn uống gây ảnh
hƣởng tới sức khỏe là rất lớn.
Với mong muốn đánh giá mức độ ô nhiễm mangan trong nƣớc giếng khoan và
nguy cơ tác động đến sức khỏe ngƣời dân, luận văn đƣợc thực hiện với chủ đề:
“Nghiên cứu sự ô nhiễm mangan trong nước giếng khoan và sự tích lũy trong cơ
thể người dân tại xã Thượng Cát, huyện Từ Liêm, Hà Nội” gồm các mục tiêu cụ
thể sau:
1. Xác định nồng độ mangan trong nƣớc giếng khoan tại xã Thƣợng Cát, huyện
Từ Liêm, Hà Nội.
2. Nghiên cứu sự tích lũy mangan trong tóc ngƣời dân xã Thƣợng Cát, huyện
Từ Liêm, Hà Nội.
Luận văn Thạc sĩ khoa học
1
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Khái quát về mangan
1.1.1. Tính chất vật lý và tính chất hóa học
Mangan là một kim loại màu trắng bạc, có kí hiệu Mn và có số hiệu ngun
tử 25 [43]. Mangan có một số dạng thù hình khác nhau về mạng lƣới tinh thể và tỉ
khối, bền nhất ở nhiệt độ thƣờng là dạng α với mạng lƣới lập phƣơng tâm khối [5].
Dƣới đây là một số thông số vật lý quan trọng của mangan.
Bảng 1.1. Một số thông số vật lý quan trọng của Mn
Số hiệu nguyên tử
25
Khối lƣợng nguyên tử
54,938045 g.mol-1
Cấu hình electron
[Ar] 4s2 3d5
Tỉ trọng
7,21 g.cm−3 (gần nhiệt độ phịng)
Điểm nóng chảy
1246 0C
Điểm sơi
2061 0C
Năng lƣợng hóa hơi
221 kJ.mol−1
Bán kính ngun tử
127 pm
Độ cứng (thang Moxơ)
5÷6
Độ dẫn điện (Hg=1)
5
Mangan rất cứng và rất dễ vỡ nhƣng dễ bị oxi hóa. Các trạng thái oxi hóa phổ
biến nhất của Mangan là +2, +3, +4, +6 và +7. Trong đó, trạng thái ổn định nhất là
Mn+2 [5].
Mangan là kim loại tƣơng đối hoạt động. Nó dễ bị oxi hóa trong khơng khí bởi
các chất oxi hóa mạnh nhƣ O2, F2, Cl2 tạo nên các hợp chất Mn2O3, Mn3O4, MnF4,
MnCl2. Ở dạng bột nhỏ, mangan tác dụng với nƣớc giải phóng hidro theo phản ứng:
Luận văn Thạc sĩ khoa học
2
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
Mn + 2H2O -> Mn(OH)2 +H2
Phản ứng này xảy ra mãnh liệt khi trong nƣớc có muối amoni vì Mn(OH)2 tan
trong dung dịch muối amoni
Mn(OH)2 + 2NH4+ -> Mn2+ + 2NH3 +2H2O
Mangan tác dụng mạnh với dung dịch các axit loãng nhƣ HCl, H2SO4 giải
phóng hidro, nhƣng lại thụ động hóa trong dung dịch HNO3 đặc, nguội. Nó chỉ tan
trong dung dịch HNO3 đặc, nóng theo phản ứng
3Mn +8HNO3 -> 3Mn(NO3)2 +2NO + 4H2O
Mangan cũng phản ứng với các nguyên tố không kim lọai nhƣ lƣu huỳnh, niơ,
photpho, cacbon và silic ở nhiệt độ cao. Nhờ tính chất này nên mangan có vai trò
của chất loại oxi trong luyện kim [5].
1.1 2. Những ứng dụng chính của mangan và các hợp chất của mangan
Ứng dụng lớn nhất của mangan là trong công nghiệp sản xuất sắt, gang, hợp
kim thép, nhất là trong việc chế tạo thép khơng gỉ [38].
Mangan có khả năng loại oxi, loại lƣu huỳnh trong thép, gang và có khả năng
tạo hợp kim với sắt tạo thành thép đặc biệt nên truyền cho thép những tính chất tốt
nhƣ khó gỉ, cứng và chịu mài mòn. Khoảng 85 - 90% lƣợng mangan đƣợc sản xuất
để phục vụ cho việc sản xuất gang, thép trong ngành luyện kim [5]. Ứng dụng lớn
thứ hai của mangan là sản xuất các hợp kim nhôm [43]. Hợp kim nhơm với hàm
lƣợng mangan khoảng 1,5% có khả năng chống lại sự ăn mịn. Mangan cũng có thể
đƣợc thêm vào vàng, bạc, bismuth, đồng… để phục vụ cho các mục đích rất cụ thể,
thƣờng liên quan đến ngành công nghiệp điện tử .
Các hợp chất của mangan đƣợc ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
Mangan dioxit (MnO2) và các hợp chất có tính oxi hóa đƣợc sử dụng để phục vụ
cho việc làm sạch, khử màu và cho mục đích tẩy uế. MnO2 cũng đƣợc sử dụng
trong sản xuất oxi và clo. Mangan(II) clorua (MnCl2) đƣợc dùng trong phẩm
nhuộm, pin, ắc qui và là một chất làm khô sơn [37]. Mangan(II) oxit (MnO) đƣợc
sử dụng trong việc in các sản phẩm dệt, ceramic, sơn, thủy tinh màu, phân bón
Luận văn Thạc sĩ khoa học
3
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
…Methylcyclopentadienyl mangan tricacbonyl (MMT), một hợp chất mangan hữu
cơ là tác nhân làm tăng chỉ số octan trong xăng khơng chì ở Canada, Hoa Kỳ, châu
Âu, châu Á và Nam Mỹ [38].
1.1.3. Vai trị của mangan đối với sự sống
Mangan đƣợc tìm thấy trong nhiều loại thức ăn khác nhau, bao gồm: các loại
quả, hạt, trái cây, các cây họ đậu, trà, các loại rau nhiều lá, sữa bột sơ sinh, một vài
loại thịt và cá [39]. Đây là một nguyên tố cần thiết cho tất cả các lồi.
Cơ thể ngƣời trung bình chứa khoảng 12 mg mangan, đƣợc lƣu trữ chủ yếu ở
trong xƣơng, gan, thận và tuyến tụy [43]. Con ngƣời chỉ có thể hấp thụ mangan ở
dạng hịa tan của nó đó là Mn+2 [30],[43]. Mangan là một thành phần của enzym
superoxit dimutat (SOD), loại enzym chống oxy hóa chủ yếu có trong ti thể, giúp
chống lại các gốc tự do. Các gốc tự do xuất hiện một cách tự nhiên trong cơ thể
nhƣng lại có thể làm hỏng màng tế bào và DNA, gây nên sự lão hóa, bệnh tim và
ung thƣ. Sự có mặt của SOD giúp trung hịa các gốc tự do này, làm giảm thậm chí
ngăn ngừa một số tác hại mà các gốc tự do gây ra [43].
Mangan kích hoạt các enzym mà các enzym ấy đóng vai trị thiết yếu trong
việc sử dụng một số chất dinh dƣỡng quan trọng nhƣ biotin, thiamin, axit ascobic và
cholin. Nó là một chất xúc tác trong tổng hợp axit béo và cholesterol, tạo điều kiện
cho sự trao đổi protein, cacbohydrat, tham gia vào việc sản xuất hooc mơn giới tính
và duy trì sức khỏe sinh sản. Ngồi ra, mangan cũng kích hoạt các enzym trong việc
hình thành xƣơng. Cũng có giả thuyết đƣợc đƣa ra là mangan tham gia vào việc sản
xuất các hooc môn tuyến giáp đƣợc gọi là thyroxin và duy trì sức khỏe của các tế
bào thần kinh.
Mangan còn giúp làm giảm các triệu chứng tiền kinh nguyệt ở phụ nữ (PMS).
Trong một nghiên cứu lâm sàng, phụ nữ ăn 5 - 6 mg mangan trong khẩu phần ăn
của mình mỗi ngày ít có thay đổi tâm trạng và chuột rút hơn so với những ngƣời chỉ
ăn 1 mg Mn/ngày.
Luận văn Thạc sĩ khoa học
4
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
Vì mangan đóng vai trò quan trọng trong một loạt các hệ thống enzym nên chế
độ ăn uống thiếu mangan có thể tác động tới nhiều quá trình sinh lý. Ở ngƣời, thiếu
mangan dẫn đến các triệu chứng: buồn nôn, nôn, kém dung nạp glucozơ, phát ban
da, mất màu tóc, mức cholesterol thấp, chóng mặt, nghe kém và bị tổn thƣơng chức
năng của hệ thống sinh sản. Thiếu mangan nặng ở trẻ có thể gây ra tê liệt, co giật,
mù lòa và điếc. Ở động vật thí nghiệm, thiếu mangan dẫn đến chậm tăng trƣởng, bất
thƣờng xƣơng, gây sai sót trong q trình chuyển hóa cacbohydrat và chất béo.
Ngồi ra, con cái của động vật thí nghiệm cho ăn theo chế độ thiếu mangan sẽ phát
triển mất cân bằng và bị rối loạn chuyển động. Mangan cũng đóng vai trị quan
trọng trong tổng hợp lignin, chuyển hóa axít thephenolic và trong q trình quang
hợp ở thực vật.
1.2.
Vấn đề ô nhiễm mangan trong nƣớc ngầm
1.2.1. Ô nhiễm mangan trong nước ngầm trên thế giới
Mangan có mặt trong hơn 100 loại khống khác nhau, ví dụ: hausmanit
(Mn3O4) chứa khoảng 72% mangan, pyrolusite (MnO2) chứa khoảng 63% mangan
[4]. Thơng qua q trình rửa trơi, phong hóa của đất đá và các hoạt động của con
ngƣời mangan sẽ đƣợc tích tụ trong các nguồn nƣớc khác nhau nhƣ ao, hồ sông,
suối, biển… gọi chung là nƣớc bề mặt rồi từ nƣớc bề mặt mangan sẽ đƣợc ngấm
vào những mạch nƣớc trong lòng đất mà ta gọi là nƣớc ngầm. Đó là lí do vì sao
mangan nói riêng và nhiều nguyên tố kim loại nặng nói chung hiện nay đã có mặt
trong nguồn nƣớc ngầm của nhiều quốc gia trên thế giới. Tại các giếng có độ sâu
lớn, nƣớc có sự liên hệ, trao đổi với đá trong một thời gian dài nên làm cho nồng độ
mangan ở những giếng này thƣờng cao hơn [30].
Ngoài điều kiện địa hóa của khống vật, nồng độ mangan trong nƣớc ngầm
cịn chịu ảnh hƣởng bởi điều kiện hóa học của nƣớc và hoạt động của các vi sinh
vật [30]. Hóa học của nƣớc bao gồm: pH, thế khử (Eh), hàm lƣợng oxi hòa tan, hàm
lƣợng cac bon hữu cơ hòa tan là các yếu tố ảnh hƣởng đến sự di động của mangan,
điều khiển dạng tồn tại cũng nhƣ nồng độ mangan trong môi trƣờng nƣớc. Mangan
Luận văn Thạc sĩ khoa học
5
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
tồn tại ở trạng thái khử hòa tan Mn2+ ở pH và Eh thấp hơn nhƣng bị oxi hóa thành
dạng kết tủa khi có mặt oxi và tại pH cao hơn. Vì thế, trong điều kiện cân bằng,
mangan tồn tại ở dạng Mn2+ ở pH < 7 và Eh khoảng 800mV [30]. Nồng độ mangan
dƣới điều kiện kỵ khí, điển hình là ở tầng ngậm nƣớc nơng nói chung là thấp. Lí do
là vì trong điều kiện kỵ khí, mangan đƣợc tìm thấy ở trạng thái oxi hóa bền vững
của nó, thƣờng là MnO2 - một hợp chất ít tan [30]. Các vi sinh vật cũng đóng vai trị
quan trọng vào sự di động của mangan và có thể làm tăng hoặc giảm nồng độ của
mangan trong nƣớc ngầm. Sự ảnh hƣởng này có thể trực tiếp bằng cách thơng qua
các xúc tác enzym trong các tế bào đến sự khử, sự oxi hóa hay dạng tồn tại của
mangan hoặc gián tiếp bằng cách thay đổi điều kiện pH và Eh [30].
Sự có mặt của mangan ở nồng độ thấp trong các nguồn nƣớc tự nhiên là cần
thiết cho sức khỏe của con ngƣời. Tuy nhiên, ở nồng độ cao, mangan lại gây ra
nhiều tác động tiêu cƣc. Dựa trên những số liệu về nguy cơ ảnh hƣởng tới sức khỏe
của mangan, tổ chức Y Tế Thế Giới WHO đã đề nghị hạ mức tiêu chuẩn cho phép
của mangan trong nƣớc uống (WHO, 2008) là 0,4 mg/L thay cho tiêu chuẩn trƣớc
đó (WHO, 2004) là 0,5 mg/L [26]. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cụ thể, mỗi đất
nƣớc đã áp dụng tiêu chuẩn này một cách khác nhau. Chẳng hạn, Scotland đang áp
dụng tiêu chuẩn 0,05 mg/L, cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ (USEPA, 2003) và
Thụy Điển áp dụng tiêu chuẩn 0,3 mg/L, ở Việt Nam qui chuẩn mangan trong nƣớc
ăn uống do bộ Y Tế ban hành (QCVN 01:2009/BYT) là 0,3 mg/L [1].
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn Mn trong nước uống của một số tổ chức, quốc gia
STT Tên tổ chức, quốc gia
Mn (mg/L)
1
Việt Nam QCVN 01:2009/BYT
0,3
2
Newzealand
0,5
3
Tổ chức Y tế thế giới (2008)
0,4
4
Cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ (2003) và Thụy Điển
0,3
5
Scotland
0,05
6
Băng-la-đét
0,1
7
Canada
0,05
Luận văn Thạc sĩ khoa học
6
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
Tình trạng ơ nhiễm mangan trong nƣớc ngầm đang xảy ra tại nhiều quốc gia
trên thế giới, trong đó đáng chú ý nhất là ở Băng-la-đét, Cam-pu-chia và đồng bằng
sơng Mê-kơng. Có thể nói rằng đối với Băng-la-đét đây thực sự là một thảm họa.
Tầng ngậm nƣớc nông là nguồn cung cấp nƣớc ăn uống chính cho một lƣợng lớn
dân cƣ (khoảng 140 triệu ngƣời) ở vùng ngoại ô và vùng đô thị. Tuy nhiên, điều
đáng lo ngại hiện nay là, khi vấn đề ơ nhiễm asen vẫn cịn đang là điểm nóng ở đất
nƣớc này thì trong một cuộc khảo sát đƣợc tiến hành gần đây đã cho kết quả hơn
một nửa số giếng ở Băng-la-đét có nồng độ vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép về
mangan và sắt. Nồng độ mangan trong 3534 mẫu nƣớc ngầm dao động trong
khoảng từ < 0,001 mg/L đến 9,98 mg/L. Giá trị trung bình và trung vị lần lƣợt là
0,554 mg/L và 0,287 mg/L. 27% số mẫu có nồng độ nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép
của Băng-la-đét (0,1 mg/L). 32% số mẫu có nồng độ mangan trong khoảng 0,1 -0,4
mg/L. 25% số mẫu có nồng độ trong khoảng 0,4 - 1,0 mg/L. 17% số mẫu có nồng
độ mangan > 1,0 mg/L và 10 mẫu có nồng độ mangan vƣợt quá 5 mg/L [18]. Nhiều
giếng ở vùng Araihazar, Băng-la-đét có nồng độ mangan nằm trong khoảng 0,4 - 9
mg/L. Nồng độ mangan trung bình trong tổng số 1299 giếng khoan đƣợc thu thập
trên diện tích khoảng 26 km2 là 1,28 mg/L ( hình 1.1).
Hình 1.1. Bản đồ phân bố nồng độ Mn tại vùng Araihazar, Băng-la-đét
Luận văn Thạc sĩ khoa học
7
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
Ảnh hƣởng nguy hại của sự ô nhiễm nguồn nƣớc tới sức khỏe cộng đồng đã
đƣợc tác giả Frisbie và cộng sự cảnh báo trong cơng trình nghiên cứu năm 2008 ở
vùng tây Băng-la-đét. Hơn 60 triệu ngƣời dân sống tại khu vực này đang phải sử
dụng nguồn nƣớc uống không đảm bảo mức an toàn của một hoặc nhiều nguyên tố
kim loại. Số giếng có hàm lƣợng vƣợt tiêu chuẩn của WHO về mangan là 78%, asen
là 33% và uran là 48% (n = 71) [16]. Tƣơng tự nhƣ ở Băng-la-đét, việc sử dụng
nƣớc ngầm ở Cam-pu-chia cũng đang gặp nguy hiểm bởi sự ô nhiễm các kim loại
nặng độc hại, mà điển hình là asen và mangan. Theo nghiên cứu của Johanna và các
cộng sự [12], các gia đình có sử dụng nƣớc giếng khoan đã đƣợc lựa chọn để lấy
mẫu trên diện tích khoảng 3700km2, với mật độ 1 mẫu /30 km2. Kết quả phân tích
cho thấy có 75 (57% số giếng) trong tổng số 131 mẫu nƣớc có nồng độ mangan
vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép của WHO (0,4 mg/L). Ô nhiễm mangan trong nƣớc
giếng khoan cũng đã đƣợc phát hiện năm 2008 ở các tỉnh Preyveng và Kandal,
Cam-pu-chia. 32% số mẫu nƣớc (n = 28) có hàm lƣợng mangan > 0,4mg/L. Hơn
một nửa số mẫu ô nhiễm mangan lại không ô nhiễm asen [33].
Vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc hiện nay là một điểm nóng đối với đồng bằng
châu thổ sơng Mê-kơng rộng lớn (diện tích khoảng 62000km2). Asen trong nƣớc
ngầm đƣợc dùng làm nƣớc uống có nồng độ dao động trong khoảng 0,1-1340 µg/L,
với 37% số giếng nghiên cứu có nồng độ asen >10 µg/L, 50% số giếng có nồng độ
mangan vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép của WHO (0,4mg/L). Do đó, mangan đƣợc
đánh giá là chất gây ô nhiễm quan trọng thứ hai trong nƣớc ngầm sau asen ở đồng
bằng Mê-kông. Khoảng 2 triệu ngƣời dân sinh sống ở đây đang chịu sự ô nhiễm từ
những nguồn nƣớc ngầm khơng qua xử lí. Điều đáng lƣu ý là các giếng có nồng độ
asen thấp lại có hàm lƣợng mangan cao và ngƣợc lại. Vì vậy, nƣớc ngầm có thể an
tồn về ngun tố này nhƣng lại khơng an tồn đối với ngun tố khác [11].
Nồng độ mangan cao cũng đƣợc tìm thấy trong nƣớc ngầm ở một số quốc gia
khác. Trong 475 mẫu nƣớc đƣợc tác giả Homoncik và cộng sự (2010) thu thập ở
Scotland thì có 30% số mẫu có nồng độ mangan vƣợt quá giới hạn cho phép trong
nƣớc uống (0,05 mg/L), 9% số mẫu vƣợt quá tiêu chuẩn của WHO (0,4 mg/L) [20].
Luận văn Thạc sĩ khoa học
8
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
Ở Thụy Điển, ngƣời dân đang phải sử dụng nƣớc sinh hoạt có nồng độ mangan
trung bình là 0,15 ± 0,51 mg/L, với giá trị lớn nhất lên tới 30 mg/L. Khoảng 20%
trong tổng số 12000 mẫu nƣớc có nồng độ cao hơn tiêu chuẩn cho phép (0,3 mg/L)
[26]. Cũng với tiêu chuẩn mangan trong nƣớc uống là 0,3 mg/L (USEPA, 2003),
3% trong tổng số 982 nguồn nƣớc ngầm đƣợc dùng để cung cấp nƣớc sinh hoạt cho
ngƣời dân ở Hoa Kỳ có nồng độ mangan > 0,3 mg/L [26]. Trong một nghiên cứu
khác đƣợc thực hiện bởi tổ chức Khảo Sát Địa Chất Hoa Kỳ năm 2002, nồng độ
mangan trong 14 mẫu nƣớc giếng ở vùng Ottawa County nằm trong khoảng từ 0,15
- 9,8 mg/L, với trung vị là 3 mg/L [42]. Ô nhiễm mangan cũng đã đƣợc phát hiện ở
New Zealand khi phân tích 10000 nguồn nƣớc ngầm với 15% số mẫu vƣợt quá tiêu
chuẩn sức khỏe của quốc gia này (0,5 mg/L) [23]. Tại Ghana, nhiều nguồn nƣớc
ngầm không đƣợc sử dụng do chất lƣợng nƣớc quá thấp. Theo nghiên cứu của
Rossiter và các cộng sự (2007) có lần lƣợt 21%, 11%, 6,7% trong tổng số 195 mẫu
có nồng độ vƣợt ngƣỡng cho phép về NO3-, Mn (0,4 mg/L) và F-. Ngồi ra, nƣớc
ngầm ở đất nƣớc này cịn bị ô nhiễm bởi các nguyên tố khác nhƣ: As, Pb, U, Al, Cl[33]. Do đó, nƣớc sạch trở thành tài ngun vơ cùng q giá ở Ghana. Nƣớc ngầm ở
vùng đầm lầy Naadermeer- Hà Lan đang bị ô nhiễm mangan. Nồng độ trung bình
trong 1042 mẫu nƣớc là 1,2 ± 1,9 mg/L, nằm trong khoảng từ < 0,01-13 mg/L [34].
Nhƣ vậy, từ các quốc gia có nền kinh tế phát triển mạnh nhƣ: Hoa Kỳ, Thụy
Điển, Newzealand, Hà Lan…tới các quốc gia đang phát triển nhƣ: Cam-pu-chia,
Băng-la-đét, Ghana…, từ châu Âu, châu Mỹ tới châu Á, châu Phi, ô nhiễm nƣớc
ngầm nói chung và ơ nhiễm mangan nói riêng đang trở thành vấn đề mang tính thời
sự, tồn cầu. Con ngƣời khơng thể sống thiếu nƣớc. Vì vậy, với việc sử dụng tài
nguyên nƣớc ngầm nhƣ hiện nay thì nguy cơ phơi nhiễm mangan, gây ảnh hƣởng
tới sức khỏe con ngƣời là rất lớn. Do đó, các các nhà khoa học trên thế giới khuyến
cáo cần phải tiếp tục điều tra nghiên cứu về vấn đề ô nhiễm mangan trong nƣớc một
cách sâu rộng hơn nữa.
Luận văn Thạc sĩ khoa học
9
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
1.2.3. Ơ nhiễm mangan trong nước ngầm ở Việt Nam
Ở Việt Nam, các tầng nƣớc ngầm của đồng bằng sông Hồng và sông Mê-kông
đang đƣợc khai thác trên quy mô lớn để sử dụng làm nguồn nƣớc sinh hoạt. Hiện
nay, có khoảng 17 triệu ngƣời đang sống ở đồng bằng sông Mê-kông [13] và
khoảng 16,6 triệu ngƣời đang sống ở đồng bằng sông Hồng [40]. Trong khi đó theo
một số báo cáo của các nhà khoa học trong và ngồi nƣớc đƣợc trình bày dƣới đây
cho chúng ta thấy nƣớc ngầm ở Việt Nam đang đe dọa sức khỏe hàng triệu ngƣời do
bị ô nhiễm mangan. Tuy nhiên, những nghiên cứu về vấn đề ô nhiễm mangan trong
nƣớc ngầm hoặc trong nƣớc giếng khoan tại Việt Nam hiện nay còn khá hạn chế.
Bảng 1.3. Tóm tắt một số nghiên cứu về ơ nhiễm Mn trong nước ngầm ở Việt Nam
Địa điểm
Số mẫu
Nồng độ TB
Khoảng nồng độ
Tác giả
(mg/L)
Gia Lâm, Hà Nội
11
1,5
2,7.10-3 – 5,5
Agusa (2005)
Thanh Trì, Hà Nội
14
1,3
25,2. 10-3 – 4,2
Agusa (2005)
Vĩnh Trụ, Hà Nam
0,7
0,1 – 1,7
N.V.Anh (2009)
Bồ Đề, Hà Nam
0,5
0,3 – 1,3
N.V.Anh (2009)
Hòa Hậu, Hà Nam
0,7
0,1 – 1,8
N.V.Anh (2009)
Nhân Đạo, Hà Nam
0,8
0,1 – 1,2
N.V.Anh (2009)
An Giang
107
1,6
< 10-3 – 14,0
H.T.Hanh (2010)
Đồng Tháp
86
1,1
4.10-3 – 11,0
H.T.Hanh (2010)
Kiên Giang
123
0,6
10-3 – 9,6
H.T.Hanh (2010)
Long An
89
0,7
< 10-3 – 9,1
H.T.Hanh (2010)
Agusa và cộng sự (2005) đã tìm thấy nồng độ asen, mangan và bari cao khi
phân tích 25 mẫu nƣớc giếng khoan tại 2 huyện vùng ngoại ô Hà Nội là Gia Lâm và
Luận văn Thạc sĩ khoa học
10
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
Thanh Trì. Giá trị trung vị của nồng độ mangan ở cả Gia Lâm và Thanh Trì đều lớn
hơn 1 mg/L, 76% số mẫu nƣớc ngầm có nồng độ mangan cao hơn tiêu chuẩn cho
phép của WHO (0,4 mg/L). Xét trên từng huyện, số mẫu nƣớc đƣợc thu thập tại Gia
Lâm là 11, tại Thanh Trì là 14[8]. Với số mẫu khá ít nhƣ trên thì những kết quả đem
lại nói chung chỉ mang tính chất khảo sát sơ bộ. Một nghiên cứu trên các xã nằm
dọc hai bên bờ sông Hồng thuộc địa phận Hà Nội năm 2005 (từ xã Thƣợng Cát, Từ
Liêm tới xã Duyên Hà, Thanh Trì) với số lƣợng mẫu nƣớc giếng khoan khá lớn
(n=83) cho thấy: hàm lƣợng mangan trung bình là 0,8 mg/L [31] cao hơn qui chuẩn
về mangan trong nƣớc ăn uống do bộ Y Tế Việt Nam ban hành năm 2009 là 0,3
mg/L.
Hình 1.2. Bản đồ phân bố nồng độ Mn trong nước giếng khoan tại một số tỉnh
đồng bằng sông Hồng[39]
Một tỉnh khác ở đồng bằng sông Hồng là Hà Nam cũng đã ghi nhận thấy sự ô
nhiễm mangan trong nƣớc. 66 mẫu nƣớc ngầm đƣợc thu thập ở 4 xã Vĩnh Trụ,
Nhân Đạo, Bồ Đề, Hịa Hậu. Trong đó, Vĩnh Trụ, Bồ Đề và Hòa Hậu nằm dọc theo
Luận văn Thạc sĩ khoa học
11
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
sơng Châu Giang cịn xã Nhân Đạo nằm bên cạnh sơng Hồng. Điều đáng nói ở đây
là hơn 70% số mẫu nƣớc ngầm có nồng độ mangan vƣợt quá qui chuẩn cho phép
trong nƣớc ăn uống của Việt Nam (0,3 mg/L). Khơng có sự khác biệt lớn về nồng
độ mangan trong nƣớc ngầm ở 4 xã. Nồng độ mangan nằm trong khoảng 0,1 - 1,7
mg/L (trung bình 0,7 mg/L) ở Vĩnh Trụ; 0,3 - 1,3 mg/L (trung bình 0,5 mg/L) ở Bồ
Đề; 0,1 - 1,8 mg/L (trung bình 0,7 mg/L) ở Hịa Hậu; 0,1 - 1,2 mg/L (trung bình 0,8
mg/L) ở Nhân Đạo [31].
Tình trạng ơ nhiễm nƣớc ngầm ở đồng bằng sơng Mê-kơng, miền nam Việt
Nam có phần nặng nề hơn so với đồng bằng sơng Hồng.
Hình 1.3. Bản đồ phân bố nồng độ Mn trong nước giếng khoan tại một số tỉnh
đồng bằng sông Mê-kông[12]
Một nghiên cứu đã đƣợc tiến hành vào năm 2007 - 2008 tại 4 tỉnh An Giang
(n=107), Đồng Tháp (n=86), Kiên Giang (n=122) và Long An (n=89) với tổng số
mẫu thu thập đƣợc là 404 mẫu. Khoảng nồng độ mangan trong nƣớc thay đổi từ <
0,01 mg/L đến 14 mg/L. Trong đó, khi xét chung tồn đồng bằng thì 74% số mẫu
nƣớc ngầm có nồng độ > 0,05mg/L. Tình hình ơ nhiễm ở các tỉnh cũng rất khác
Luận văn Thạc sĩ khoa học
12
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
nhau. Hơn một nửa số mẫu ở An Giang và Đồng Tháp có nồng độ mangan >
0,05mg/L. Phần trăm số mẫu không an toàn về asen hay mangan ở An Giang và
Đồng Tháp lần lƣợt là 93% và 76% [22].
Tuy nhiên, các con số này vẫn có thể thay đổi khi cỡ mẫu tăng lên hoặc khi xét
riêng từng tỉnh, huyện, xã. Đây là những bằng chứng ban đầu về tình trạng ơ nhiễm
mangan trong nƣớc giếng khoan tại Việt Nam. Tƣơng tự nhƣ ở Băng-la-đét hay
Cam-pu-chia, ô nhiễm mangan ở Việt Nam cũng xuất hiện tại những vùng có dân
cƣ tập trung đơng đúc đó là đồng bằng sơng Hồng và đồng bằng sông Mê-kông. Các
tác giả đã thực hiện lấy mẫu trên các xã liền kề nhau hoặc trên một vài huyện, tỉnh
với số mẫu từ vài chục đến hàng trăm mẫu nhƣng hầu hết chỉ dừng lại ở hiện trạng
ô nhiễm mà chƣa có các đánh giá về ảnh hƣởng của các yếu tố khác đến nồng độ
mangan trong nƣớc. Mặt khác, các nghiên cứu chủ yếu đƣợc tiến hành trên diện
rộng, chƣa tập trung lấy mẫu với số lƣợng lớn tại một khu vực cụ thể nào. Vì vậy,
những điểm hạn chế trên đây sẽ đƣợc bổ sung ở trong luận văn này.
1.3. Mangan đối với cơ thể ngƣời
1.3.1. Sự hấp thụ và chuyến hóa mangan trong cơ thể người
Mangan đƣợc hấp thụ vào cơ thể ngƣời thông qua 3 con đƣờng: hơ hấp, tiếp
xúc và tiêu hóa. Trong đó, sự hấp thụ qua đƣờng hơ hấp là nhanh nhất, thƣờng xảy
ra với những công nhân làm việc tại các khu công nghiệp sản xuất gang thép và chế
tạo ắc qui…Lƣợng mangan hít vào sẽ đƣợc vận chuyển trực tiếp đến não nên làm
cho những ảnh hƣởng thần kinh diễn ra nhanh hơn và gây nguy hiểm nhiều hơn
[38]. Cịn đối với con ngƣời nói chung, mangan đƣợc hấp thụ thông qua ăn uống là
chủ yếu. Thông thƣờng, sự hấp thụ này đƣợc điều khiển bằng các quá trình vật lí
giúp cân bằng lƣợng mangan trong cơ thể nên rất ít khi xảy ra trƣờng hợp thiếu hụt
mangan. Sự hấp thụ mangan liên quan mật thiết với sự hấp thụ sắt và canxi. Các
bữa ăn thiếu hụt sắt làm tăng nhu cầu tiêu thụ của cả sắt và mangan. Trong khi đó,
sự hấp thụ mangan lại tỉ lệ nghịch với hàm lƣợng canxi có trong thực phẩm [39].
Luận văn Thạc sĩ khoa học
13
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
Tƣơng tự nhƣ vậy, các loại thức ăn xơ, chất tanin trong trà, axit oxalic và các axit
phytic cũng có xu hƣớng làm giảm sự hấp thụ mangan.
Sau khi đƣợc hấp thụ, mangan sẽ đƣợc vận chuyển qua máu đến các cơ quan
trong cơ thể. Sự phân bố mangan có thể bị chi phối bởi nhiều yếu tố khác nhau nhƣ:
lứa tuổi, sự đồng phơi nhiễm các kim loại khác, dạng hóa học của mangan và trạng
thái dinh dƣỡng của từng cá nhân [36]. Hàm lƣợng mangan cao nhất thƣờng đƣợc
tìm thấy trong xƣơng, gan, cật, tụy, tuyến thƣợng thận, các mô giàu ti thể và sắc tố
[36]. Sự tập trung hàm lƣợng mangan thấp nhất là ở mỡ [39].
Vì là một nguyên tố kim loại, mangan không trải qua sự biến đổi hóa học
thành các sản phẩm khác. Nó có khả năng tồn tại ở một vài trạng thái oxi hóa khác
nhau trong cơ thể ngƣời. Một phần nhỏ mangan hấp thụ tồn tại ở dạng ion tự do.
Ngoài ra, mangan cũng dễ dàng tạo phức với nhiều phối tử hữu cơ và vô cơ khác
nhau. Các phức chất đƣợc tạo thành bao gồm: các phức có khối lƣợng phân tử nhỏ
với các phối tử bicacbonat, citrat…, phức có thể trao đổi với albumin và các phức
liên kết chặt chẽ với protein….Sau khi thực hiện các quá trình trao đổi chất, mangan
đƣợc thải loại ra khỏi cơ thể. Hầu hết đƣợc bài tiết qua phân, chỉ một lƣợng nhỏ
mangan (0,1 - 2%) đƣợc bài tiết qua nƣớc tiểu. Mồ hơi, tóc và sữa mẹ cũng góp
phần vào sự loại bỏ mangan [38], [39].
1.3.2. Nhiễm độc mangan và những ảnh hưởng tới sức khỏe con người
Hầu hết các trƣờng hợp nhiễm độc mangan xảy ra đối với công nhân công
nghiệp làm việc trong các nhà máy sản xuất gang thép hoặc trong các khu khai thác
mỏ. Mangan đƣợc hấp thụ vào cơ thể thông qua hô hấp sẽ làm tổn thƣơng phổi với
các mức độ khác nhau nhƣ: ho, viêm phế quản cấp tính, viêm cuống phổi… Theo
nghiên cứu của Roth và Garrick (2003), mangan đƣợc xem nhƣ là nguyên tố quan
trọng thứ hai gây bệnh viêm phổi sau kim loại đồng [35]. Sau khi hít vào, mangan
đƣợc vận chuyển trực tiếp lên não, gây ảnh hƣởng tới hệ thần kinh trung ƣơng.
Thông thƣờng, các dấu hiệu nhiễm độc đặc trƣng nhƣ ù tai, run chân tay và tính dễ
Luận văn Thạc sĩ khoa học
14
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
bị kích thích sẽ xuất hiện sau vài năm nhƣng một số ngƣời có thể có biểu hiện sau
thời gian từ 1 đến 3 tháng [39].
Sự nhiễm độc mangan cũng xuất hiện khi con ngƣời sử dụng nguồn nƣớc ăn
uống có nồng độ mangan cao trong một thời gian dài. Nghiên cứu của Woolf và
cộng sự (2002) đã đƣa ra bằng chứng nhiễm độc đó là khả năng ghi nhớ dƣới mức
trung bình ở một cậu bé 10 tuổi dùng nƣớc sinh hoạt có nồng độ mangan cao gấp 3
lần so với tiêu chuẩn cho phép của WHO (0,4 mg/L) trong thời gian 5 năm [41].
Chính vì các cơ quan trong cơ thể chƣa thực sự hồn thiện nên độc tính thần kinh
mà mangan gây ra đối với trẻ em thƣờng nặng nề hơn. Nhiễm độc mangan từ nƣớc
uống làm giảm khả năng ngơn ngữ, giảm trí nhớ, giảm khả năng vận dụng sự khéo
léo của đôi tay và tốc độ chuyển động của mắt [26]. Những trẻ em (n=28) sử dụng
nguồn nƣớc máy bị ơ nhiễm mangan (trung bình 0,61 mg/L) có các biểu hiện chống
đối, tính hiếu động thái quá nhiều hơn so với những trẻ em (n=18) sử dụng nguồn
máy có nồng độ mangan đáp ứng tiêu chuẩn cho phép của WHO (trung bình 0,16
mg/L) [26]. Phơi nhiễm mangan lâu dài (hơn 10 năm) đã dẫn đến những triệu chứng
thần kinh khơng bình thƣờng ở ngƣời cao tuổi (n=77) miền Tây Bắc Peloponnesos,
Hy Lạp. Nhóm ngƣời này đã sử dụng nguồn nƣớc bị ô nhiễm mangan, với nồng độ
nằm trong khoảng 1,8 - 2,3 mg/L, trong khi tiêu chuẩn mangan trong nƣớc uống của
tổ chức Y Tế Thế Giới là 0,4 mg/L. Các tác giả còn nhận thấy rằng sự tăng lên của
nồng độ mangan trong nƣớc uống có mối liên hệ với sự tăng các biểu hiện thần kinh
do phơi nhiễm mangan mãn tính [39]. Nói chung, cơ chế gây độc của mangan đối
với hệ thần kinh đến nay vẫn chƣa đƣợc giải thích một cách rõ ràng.
Tóm lại, nhiễm độc mangan mãn tính có thể do hít phải bụi và hơi mangan
trong một thời gian dài, cũng có thể do sử dụng nguồn nƣớc ăn uống bị ô nhiễm
mangan. Các triệu chứng nhiễm độc thƣờng xuất hiện từ từ. Ban đầu thƣờng là nhức
đầu, ngủ kém, rối loạn thăng bằng, dáng đi vụng về. Trong hình thức tồi tệ nhất có
thể dẫn đến rối loạn thần kinh lâu dài với các triệu chứng tƣơng tự nhƣ bệnh
Parkinson bao gồm run chân tay, đi lại khó khăn, co thắt cơ mặt, tâm thần phân liệt
và thậm chí ảo giác. Hội chứng này đƣợc gọi là “manganism”.
Luận văn Thạc sĩ khoa học
15
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
Nhiễm độc mangan cịn có thể xảy ra ở những ngƣời bị bệnh gan mãn tính vì
gan đóng vai trị quan trọng trong việc loại bỏ mangan ra khỏi cơ thể. Cá nhân nào
có hệ bài tiết suy yếu sẽ càng nhạy cảm với độc tính của mangan. Nhóm này bao
gồm ngƣời già và ngƣời rất trẻ - những ngƣời có các cơ quan còn yếu và chƣa phát
triển một cách đầy đủ. Khả năng gây đột biến và gây ung thƣ do phơi nhiễm
mangan chƣa đƣợc biết đến ở ngƣời. Nhiễm độc mangan làm giảm khả năng sinh
sản đồng thời làm tăng khả năng xuất hiện các bất thƣờng ở thai nhi [36]. Nhƣ vậy,
những ảnh hƣởng sức khỏe mà mangan gây ra phụ thuộc vào con đƣờng phơi
nhiễm, dạng hóa học, thời gian phơi nhiễm và trạng thái sức khỏe của từng cá nhân
[38].
1.3.3. Sự tích lũy mangan trong tóc
Tóc đƣợc tạo thành từ các sợi keratin (còn gọi là sừng) cứng gồm các nguyên
tố hóa học chủ yếu là C, H, O, N và một số kim loại khác trong đó có mangan với
hàm lƣợng thƣờng là < 0,3 mg/kg [37]. Tuy nhiên, khi gặp phải những điều kiện bất
thƣờng nhƣ: sử dụng nguồn nƣớc bị ơ nhiễm hoặc hít phải hơi mangan trong một
thời gian dài thì hàm lƣợng mangan trong tóc sẽ có sự thay đổi, thƣờng là theo
chiều hƣớng tăng lên.
Đã có nhiều nghiên cứu về sự phơi nhiễm mangan ở ngƣời sử dụng các chỉ thị
sinh học khác nhau nhƣ: máu, nƣớc tiểu, móng chân, móng tay và tóc. Trong đó
phân tích tóc đem lại nhiều ích lợi. Thứ nhất, việc lấy mẫu tóc thực hiện rất dễ dàng,
không gây đau đớn, dụng cụ lấy mẫu đơn giản, việc bảo quản mẫu không tốn kém.
Thứ hai, cũng là điều quan trọng nhất đó là những thơng tin mà việc phân tích tóc
mang lại vơ cùng thú vị. Trong q trình phát triển, sợi tóc đã tích lũy trong mình
nó tất cả những chất do máu và bạch huyết mang tới bao gồm các kim loại nguy
hiểm trong đó có mangan. Những kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy thơng qua
sợi tóc, các bác sĩ có thể phát hiện khơng chỉ tình trạng sức khỏe mà cả tình hình
nhiễm độc, thiếu thừa nguyên tố vi lƣợng nào, bị nhiễm độc kim loại nào của ngƣời
bệnh. Những điều này phân tích máu và nƣớc tiểu khơng làm đƣợc. Do tóc mọc dài
Luận văn Thạc sĩ khoa học
16
ĐHKHTN - ĐHQGHN
Trần Hồng Mai
Lớp K20 - Hóa phân tích
thêm mỗi tháng khoảng 1cm nên thơng qua việc phân tích đoạn tóc có chất độc,
ngƣời ta có thể tính đƣợc ngày bị đầu độc. Chỗ tóc bắt đầu có chất độc càng xa chân
tóc thì ngày đầu độc càng lâu. Cịn nếu sợi tóc chia thành những đoạn xen kẽ có
chất độc và khơng có chất độc, nghĩa là tác dụng của chất độc không liên tục và nạn
nhân bị đầu độc nhiều lần ngắt quãng.
Khi vào cơ thể, mangan sẽ đƣợc lƣu giữ và tích lũy trong tóc với nồng độ cao
hơn hàng trăm lần so với trong các loại mô khác [37]. Sự có mặt của mangan trong
tóc giúp chúng ta xác định đƣợc tình trạng nhiễm độc khơng chỉ ở thể cấp tính mà
cả nhiễm độc trƣờng diễn [9]. Do đó, tóc đƣợc xem là một chỉ thị hữu hiệu cho việc
nghiên cứu sự nhiễm độc mangan mãn tính với thời gian phơi nhiễm lâu dài nhƣ sự
phơi nhiễm mangan từ nƣớc ngầm.
Bảng 1.4. Tóm tắt một số nghiên cứu về sự tích lũy Mn trong tóc do phơi
nhiễm từ nguồn nước
Mn
(mg/L)
Địa điểm
Đối tƣợng
Peloponnesos, Hy Lạp
ngƣời già (n=77)
1,8 - 2,3
Shanxi, Trung Quốc
trẻ em (n=92)
0,2 - 0,4
Mn
(mg/kg)
Tác động sức khỏe Tác giả
11,0
thần kinh
Kondakis,
1989
thần kinh
He, 1994
trí tuệ giảm
Boston, Hoa Kỳ
trẻ em (n=1)
1,2
3,1
trí nhớ giảm
Woolf, 2002
thị giác giảm
Gia Lâm, Việt Nam
ngƣời dân (n=20) 1,5
15,5
Agusa, 2005
Thanh Trì, Việt Nam
ngƣời dân (n=39) 1,3
38,9
Agusa, 2005
Araihazar, Băng-la-đét
trẻ em (n=142)
trí tuệ giảm
0,8
ngơn ngữ giảm
Qbec, Canada
trẻ em (n=46)
Luận văn Thạc sĩ khoa học
6,2 ± 4,7 chống đối
hiếu động thái quá
0,6
17
Wasserman,
2006
Bouchard,
2007
ĐHKHTN - ĐHQGHN
