ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------

Bùi Thị Hoa

NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG
TRONG KHÔNG KHÍ TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI
BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PIXE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------

Bùi Thị Hoa

NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG
TRONG KHÔNG KHÍ TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI
BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PIXE

Chuyên ngành : Vật lý nguyên tử
Mã số: 60440106

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐẶNG QUANG THIỆU

Luận văn thạc sĩ

i


Bùi Thị Hoa

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1. Các hệ số dùng trong tính toán

và

.................................................30

Bảng 2. 2. Bảng giá trị hệ số Bi .................................................................................32
Bảng 2. 3. Thông số thí nghiệm sử dụng trong luận văn ..........................................42

Bảng 3. 1. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 1 .............................................................48
Bảng 3. 2. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 2 .............................................................49
Bảng 3. 3. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 3 .............................................................50
Bảng 3. 4. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 4 .............................................................51
Bảng 3. 5. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 5 .............................................................52
Bảng 3. 6. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 6 .............................................................53
Bảng 3. 7. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 7 .............................................................54

Luận văn thạc sĩ

ii



Luận văn thạc sĩ

iii


Bùi Thị Hoa

Hình 2. 16. Vị trí các điểm treo mẫu rêu...................................................................39
Hình 2. 17. Các khay đựng mẫu ................................................................................41
Hình 2. 18. Sơ đồ bố trí thí nghiệm...........................................................................41
Hình 2. 19. Giao diện chương trình GUPIX .............................................................43

Hình 3. 1 Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 1a, 1b và 1c .........................48
Hình 3. 2. Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 2a, 2b và 2c ................ Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 3. Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 3a, 3b và 3c ........................50
Hình 3. 4. Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 4a, 4b và 4c ........................51
Hình 3. 5. Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 5a, 5b và 5c ........................52
Hình 3. 6. Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 6a, 6b và 6c ........................53
Hình 3. 7. Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 7a, 7b và 7c ........................54

Luận văn thạc sĩ

iv


Bùi Thị Hoa

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
PIXE: Particle induced X-rays Emission

Nguyên nhân gây ô nhiễm không khí .....................................................4

1.1.3.

Hậu quả của ô nhiễm không khí .............................................................8

1.1.4.

Ngăn chặn, khắc phục tình trạng ô nhiễm không khí .............................9

1.2.

Các phương pháp nghiên cứu chất lượng không khí ...................................10

1.2.1. Phương pháp nghiên cứu chất lượng không khí sử dụng các trạm quan
trắc môi trường ................................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.

Khái niệm chất chỉ thị sinh học ...................................................................11

1.3.1.

Khái niệm ..............................................................................................11

1.3.2.

Các tiêu chí lựa chọn chất chỉ thị sinh học ...........................................12

1.3.3.


2.3.4.2. Xác suất dịch chuyển eletron giữa các mức .........................................30
2.3.4.3. Hiệu suất huỳnh quang ..........................................................................31
2.3.5. Các loại mẫu và hướng phân tích .............................................................33
2.3.6. Công thức tính suất lượng tia X trong phân tích mẫu dày .......................34
2.3.4. Detector ....................................................................................................35
2.3.5. Tấm lọc .....................................................................................................36
2.3.7. So sánh với chùm electron .......................................................................37
2.4. Phương pháp thực nghiệm ..............................................................................38
2.4.1. Các bước chuẩn bị mẫu và xử lý mẫu ......................................................38
2.4.2. Tiến hành phép đo ....................................................................................41
2.4.3. Phần mềm phân tích phổ PIXE – GUPIX ................................................42
a, Giao diện phần mềm GUPIX..........................................................................42
2.4.4. Xử lý số liệu .............................................................................................45
Chương III - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................47
3.1. Kết quả ............................................................................................................47
3.2. Kết luận ...........................................................................................................55
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................1

Luận văn thạc sĩ

vii


Bùi Thị Hoa

Luận văn thạc sĩ

viii




Luận văn thạc sĩ

1


Bùi Thị Hoa

được lắp đặt ở một số nơi, chưa có tính đại diện cho tất cả các khu vực “nóng”
về môi trường không khí. Hiện nay, một số trạm quan trắc tự động đã tạm dừng
hoạt động do thiếu kinh phí duy trì, vận hành và hết thời gian khấu hao.
Ngoài ra, các bơm hút khí cũng được sử dụng để nghiên cứu ô nhiễm
không khí bằng cách hút một lượng khí qua một tấm lọc và giữ lại các nguyên
tố kim loại tại nơi cần khảo sát. Sau đó, người ta sẽ phân tích hàm lượng của
các nguyên tố kim loại bằng các phương pháp phân tích hiện đại ở các phòng
thí nghiệm chuyên dụng. Kỹ thuật phân tích hạt nhân trên lò phản ứng hoặc trên
các máy gia tốc thường được áp dụng cho bài toán này. Phương pháp này cho
phép đánh giá tức thời và liên tục chất lượng môi trường không khí, đồng thời
có khả năng vận hành liên tục trong khoảng thời gian dài. Tuy nhiên, bên cạnh
các ưu điểm, phương pháp này còn tồn tại một số nhược điểm như phức tạp
trong công tác vận hành, bảo trì, bảo dưỡng; cần đội ngũ vận hành, bảo trì, bảo
dưỡng có chuyên môn cao về thiết bị và chi phí đầu tư ban đầu cao.
Trong bối cảnh này, phương pháp sử dụng chất chỉ thị sinh học rêu xuất
hiện như là một phương pháp bổ sung để đo lường tiêu chuẩn của các chất gây
ô nhiễm không khí. Tại các khu đô thị, rêu mọc tự nhiên thường khan hiếm
hoặc thậm chí không có sẵn, thay vào đó kỹ thuật túi rêu đã được phát triển để
đánh giá ô nhiễm không khí [21]. Các khía cạnh liên quan đến các bước trong
kỹ thuật, lựa chọn và chuẩn bị rêu, chuẩn bị túi rêu và phương pháp phân tích
sau phơi nhiễm đã được kiểm tra và đã đạt được những kết quả nhất định.
Chính vì những lý do trên mà tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ô

một số kết luận: 09 trang.

Luận văn thạc sĩ

3


Bùi Thị Hoa

CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.1.

Tìm hiểu về ô nhiễm không khí

1.1.1. Khái niệm về ô nhiễm môi trƣờng không khí
Ô nhiễm không khí được định nghĩa là sự có mặt một chất lạ hoặc một
sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho không khí không
sạch hoặc gây ra sự tỏa mùi, có mùi khó chịu, giảm tầm nhìn xa, gây biến đổi
khí hậu, gây bệnh cho con người và cũng có thể gây hại cho các sinh vật khác
như động vật, cây lương thực, làm biến đổi môi trường tự nhiên [49].
Chất gây ô nhiễm không khí là những chất mà sự có mặt của nó trong
không khí gây ra những ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, sự sinh trưởng
và phát triển của động thực vật,… Chất gây ô nhiễm bao gồm hai loại đó là chất
ô nhiễm xâm nhập trực tiếp vào môi trường từ nguồn phát sinh như SO2, CO2,
CO, bụi,… được gọi là chất ô nhiễm sơ cấp và chất ô nhiễm thứ cấp là chất
thâm nhập vào môi trường thông qua phản ứng giữa các chất ô nhiễm sơ cấp và
phản ứng thông thường của khí quyển, ví dụ SO3 sinh ra từ phản ứng SO2 + O2
hoặc H2SO4 sinh ra từ phản ứng SO2 + O2 + H2O,…

Bên cạnh sự phun trào của núi lửa thì các đám cháy rừng, đám cháy đồng
cỏ, quá trình bão bụi, quá trình nước biển bốc hơi cũng tạo ra nhiều bụi và khí
lan truyền rộng vào môi trường.
Ngoài ra, các quá trình phân huỷ xác động - thực vật tự nhiên cũng phát
thải nhiều chất khí, các phản ứng hoá học giữa những khí tự nhiên hình thành
các khí sunfua, nitrit, các loại muối,... Các loại bụi và khí này đều gây ô nhiễm
không khí.

Luận văn thạc sĩ

5


Bùi Thị Hoa

b) Ô nhiễm không khí từ nguồn nhân tạo
Có thể nói nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng
như hiện nay phần lớn đều do các hoạt động từ sinh hoạt, công nghiệp mà con
người tạo ra. Từ những hoạt động đơn giản như nấu nướng, giao thông vận tải
cho đến những hoạt động sản xuất, nhà máy công nghiệp đã ngày càng gây ảnh
hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Vấn đề bảo vệ môi trường luôn được đặt
lên cao tại các nước phát triển, tuy nhiên đối với các nước đang phát triển nó
vẫn đang là một mối nguy hại bởi sự đầu tư của một loạt các công ty, các tập
đoàn sản xuất lớn đã khiến cho không khí bị ô nhiễm nhanh chóng và tồi tệ.
Nguồn gây ô nhiễm lớn nhất do con người gây ra chính là các hoạt động
công nghiệp. Quá trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu, khí đốt
tạo ra các chất khí độc hại (CO2, CO, SO2, NOx, các chất hữu cơ chưa cháy hết
như muội than, bụi). Tùy thuộc vào quy mô sản xuất và nhiên liệu sử dụng thì
lượng chất độc hại và loại chất độc hại sẽ khác nhau. Hình 1.2 là hình ảnh khí
thải bốc lên nghi ngút từ hàng chục ống khói của nhà máy luyện thép ở thành


Luận văn thạc sĩ

7


Bùi Thị Hoa

Ngoài ra, các hoạt động đun nấu sử dụng nhiên liệu như than, củi cũng
tạo ra các khí độc hại gây ô nhiễm cục bộ trong hộ gia đình và các hộ xung
quanh.
1.1.3. Hậu quả của ô nhiễm không khí
Ô nhiễm không khí gây nên những hậu quả vô cùng nặng nề cho cả sinh
vật và con người. Các khí độc hại như SO2, CO2, CO, bụi,… gây hại trực tiếp
cho thực vật khi đi vào khí quyển, làm hư hại hệ thống giảm thoát nước và giảm
khả năng kháng bệnh. Đa số cây ăn quả rất nhạy đối với HF, khi tiếp xúc với
nồng độ HF lớn hơn 0,002 mg/m3 thì lá cây sẽ bị cháy đốm và rụng lá. Sự nóng
lên của Trái đất do hiệu ứng nhà kính cũng gây ra những thay đổi đối với cả
động vật và thực vật.
Các chất gây ô nhiễm không khí có tính acid sẽ kết hợp với các giọt
nước trong đám mây làm cho nước có tính acid. Khi những giọt nước rơi xuống
mặt đất sẽ gây hại cho môi trường: giết chết cây cối, động vật,… Mưa acid cũng
làm thay đổi tính chất của nước ở các sông, suối, làm tổn hại đến những sinh vật
sống dưới nước. Ngoài ra, mưa acid còn tác động gián tiếp lên thực vật (làm cây
thiếu thức ăn như Caxi), giết chết các sinh vật sống bên trong lòng đất, làm ion
nhôm (Al) giải phóng vào nước làm hại rễ cây và làm giảm hấp thụ thức ăn và
nước của cây.
Đối với con người, khi hít phải nguồn không khí có chứa các kim loại
độc hại trong bụi khí có thể dẫn đến các bệnh về hô hấp, các bệnh về mắt, da,
bệnh tim mạch và đặc biệt là ung thư. Nồng độ khí SO2 và NO2 lớn có thể gây

thời giảm mức khói bụi thải ra ngoài môi trường.
- Giáo dục người dân các biện pháp nhằm nâng cao ý thức cũng như
giảm đi những hành động gây ra ô nhiễm không khí.
- Thay đổi thói quen sử dụng phương tiện công cộng thay cho phương
tiện di chuyển cá nhân, thực hiện các chính sách ưu tiên, khuyến khích
người dân sử dụng các phương tiện công cộng một cách thường xuyên
hơn.
- Phủ xanh không gian sống bằng cách tích cực trồng cây xanh, lên án
và nghiêm khắc trừng trị những đối tượng tàn phá môi trường, lâm
tặc,…
Trên đây là một số nguyên nhân gây ô nhiễm không khí cũng như các
giải pháp khắc phục tình trạng ô nhiễm hiện nay nhưng trên hết vẫn là ý thức
của con người cũng như các chính sách, biện pháp quản lý từ lãnh đạo, đồng

Luận văn thạc sĩ

9


Bùi Thị Hoa

thời cần giám sát chất lượng không khí để đưa ra các cảnh báo kịp thời, đề xuất
các biện pháp phù hợp để quản lý, bảo vệ môi trường.
1.2.

Các phƣơng pháp nghiên cứu chất lƣợng không khí hiện nay

Với tình hình ô nhiễm môi trường không khí như hiện nay, việc quan
trắc, giám sát môi trường là rất cần thiết. Một trong những phương pháp nghiên
cứu chất lượng không khí hiện nay đó là xây dựng hệ thống quan trắc môi

nào?,…). Tuy nhiên cũng giống như trạm quan trắc môi trường không tự động,
chi phí ban đầu và chi phí vận hành của trạm quan trắc tự động rất cao, chưa có
yêu cầu kỹ thuật chung cho thiết bị đo, phương pháp đo, phần mềm kết nối
truyền dữ liệu,… dẫn tới việc khó chia sẻ, so sánh, đánh giá và trao đổi dữ liệu.
Đứng trước những hạn chế trên, phương pháp giám sát chất lượng không
khí sử dụng chất chỉ thị sinh học đang nổi lên như là một phương pháp cực kỳ
hiệu quả và kinh tế bởi các phép đo không khí trên một diện rộng. Điều này đặc
biệt thích hợp cho việc nghiên cứu chất lượng không khí trên một diện rộng
[33]. Hiệu quả của rêu trong việc ngiên cứu hàm lượng kim loại nặng hay các
nguyên tố vết trên những vùng địa lý khác nhau đã được thảo luận và chứng
minh trong một vài công bố [27].
1.3.

Khái niệm chất chỉ thị sinh học

1.3.1.

Khái niệm

Theo dõi chất độc hại gây ô nhiễm không khí là rất cần thiết để hiểu sự
phân bố không gian và thời gian của chúng, mục đích cuối cùng để giảm thiểu
tối đa tác hại của chúng đối với con người và sinh vật. Ngoài các phương pháp
giám sát chất lượng không khí mà tác giả đã nêu trên, phương pháp sử dụng
chất chỉ thị sinh học như các loại thực vật có mao mạch (rêu, nấm và địa y)
cũng là một phương pháp để đánh giá rủi ro gây ra bởi ô nhiễm không khí [40]
và đã được sử dụng trong nhiều năm ở Châu Âu và Bắc Mỹ [17].
Quan trắc sinh học (Biomonitoring) được định nghĩa là việc sử dụng
những sinh vật để đạt được những thông tin về đặc trưng của bầu khí quyển.
Các sinh vật được sử dụng sẽ được gọi là “chỉ thị sinh học (bioindicator)” hoặc
“giám sát sinh học (biological monitor)” [28]. Có sự khác biệt đáng kể giữa hai

- Sinh vật được chọn phải có độ phổ biến cao trong môi trường.
- Sinh vật được chọn phải có sẵn trong tự nhiên tại tất cả các mùa trong
năm. Bởi vì một số thực vật phân chia bậc thấp phải phát triển để
chống trọi lại thời tiết khắc nghiệt.
- Sinh vật được chọn nên có khả năng chịu đựng ô nhiễm ở các mức độ
khác nhau.

Luận văn thạc sĩ

12


Bùi Thị Hoa

Bên cạnh những tiêu chí quan trọng, còn có những yêu cầu khác như [13]:
- Sự thay đổi sinh học của sinh vật được chọn nên được giới hạn.
- Sinh vật được chọn phải có hàm lượng các nguyên tố thấp hoặc không
có.
- Đảm bảo không có sự hấp thụ nguyên tố từ các nguồn khác ngoài
không khí.
- Phương pháp lấy mẫu và treo mẫu nên đơn giản và nhanh chóng.
1.3.3.

Rêu là sinh vật chỉ thị

Rêu là một loại thực vật không có hoa, phát triển mạnh trong môi trường
ẩm ướt và đã được sử dụng như một sinh vật chỉ thị để nghiên cứu ô nhiễm
không khí. Rêu có các tính chất phù hợp để trở thành một sinh vật chỉ thị như:
- Rêu có khả năng tích tụ các kim loại nặng hiệu quả [21, 42].
- Rêu hấp thụ các chất gây ô nhiễm chủ yếu theo cách thụ động thông

những năm 1980 – 1990, nghiên cứu được mở rộng trên khắp các nước Bắc Âu
và hầu hết các nước Châu Âu [10]. Các loại rêu được sử dụng để thu nhận
thông tin về sự lắng đọng của các kim loại nặng của một khu vực, sự thay đổi
mô hình lắng đọng, sự lan tỏa của các chất phát thải và nguồn gốc phát thải
khu vực.
Một lượng lớn các nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng sử dụng rêu tại
các vùng miền khác nhau cũng đã được thực hiện ở Bắc Mỹ [32]. Ngoài các
cuộc điều tra quốc gia, một số cuộc điều tra khu vực cũng được thực hiện trên
các yếu tố khác ảnh hưởng đến hàm lượng [42]. Tại Winscosin (Mỹ), công nghệ
túi rêu đã được sử dụng để giám sát ô nhiễm kim loại nặng, lưu huỳnh và nito
sử dụng loại rêu Sphagnum [26]. Các nghiên cứu tương tự cũng được thực hiện
ở Rumani, Nga và Bulgari [14]. Hình 1.4 là hình ảnh túi rêu được treo tại
Belgrade, Serbia (a) và tại Phần Lan (b).

Luận văn thạc sĩ

14


Bùi Thị Hoa

Hình 1. 4. Hình ảnh treo mẫu rêu tại Belgrade, Serbia (a) và tại Phần Lan (b)
Ấn Độ là một nước có nhiều hình dạng địa lý khác nhau giúp duy trì một
hệ thực vật đa dạng. Tại đây, phương pháp quan trắc sinh học sử dụng rêu cũng
đã được tiến hành để giám sát hàm lượng các nguyên tố vết [12, 13]. Nghiên
cứu đã được tiến hành ở Mumbai, một đô thị ở miền Tây Ấn Độ.
b) Tại Việt Nam
Hiện nay ở nước ta đã có một số công trình nghiên cứu chất lượng không
khí sử dụng chất chỉ thị sinh học rêu. Trong những năm từ 2002 đến 2005,
TS.Nguyễn Việt Hùng (Trường Đại học Y tế Công cộng) khi thực hiện đề tài