Asenic (As) là một kim loại có độc tính tồn tại trong nhiều loại môi trường trong đó có bụi lắng đọng từ khí quyển. As trong bụi có nguồn gốc từ cả tự nhiên lẫn nhân tạo. Khí thải do con người tạo ra từ các hoạt động luyện kim, đốt nhiên liệu, sản xuất nguyên vật liệu chiếm khoảng hai phần ba tổng lượng As thải ra khí quyển. Trong khi đó, nguồn gốc phát thải tự nhiên của As vào khí quyển bao gồm núi lửa, cháy rừng và bụi muối biển [1]. Các nghiên cứu cho thấy nồng độ As trong khí quyển ở khu vực đô thị và công nghiệp cao hơn đáng kể so với vùng nông thôn. Ở châu Âu, nồng độ As trong khí quyển dao động từ 0,2-1,5 ng/m-3 ở khu vực nông thôn và 0,5-3 ng/m-3 ở khu vực đô thị, và thường dưới 50 ng/m-3 ở khu vực công nghiệp [2]. Những dạng As trong khí quyển có liên kết với các hạt bụi sẽ dần lắng đọng bên trên mặt đất và góp phần cấu tạo nên bụi đường phố. Chúng có thể xâm nhập, vận chuyển đến do nước mưa và tràn trong mùa bão, làm lây lan ô nhiễm dư lượng không thể lường trước [3]. Nghiên cứu ở một khu vực công nghiệp đông dân cư cũng cho thấy sự gia tăng về bụi mịn và As liên kết với bụi mịn trong khoảng thời gian hoạt động sản xuất diễn ra. Yếu tố này tác động đến trạng thái chất lượng không khí, gây ảnh hưởng xấu cho sức khỏe con người, vì bụi có thể được hít sâu vào phế nang và được hấp thụ trực tiếp vào hệ thống tuần hoàn phổi [4] hoặc đi vào trong hệ tiêu hóa thông qua chuỗi thức ăn. Tuy nhiên, độc tính và độ linh động của As có liên quan mật thiết với đặc tính và trạng thái oxy hóa của nó trong môi trường. Nhìn chung, các loại As vô cơ độc hơn các loại As hữu cơ và As (III) có độc tính và khả năng linh động trong môi trường cao hơn so với As (V) [5].

Tùy thuộc vào đặc tính của môi trường (đặc biệt là pH và điều kiện oxy hóa-khử) cũng như tính chất hóa học của các hợp chất As cụ thể mà các dạng khác nhau của asen có thể được chuyển đổi qua lại. Không khí xung quanh là một phần đặc biệt của môi trường, chịu tác động của nhiều biến đổi vật lý và hóa học mà chủ yếu là các hình thái khí tượng như độ ẩm, nhiệt độ và bức xạ mặt trời. Nổi trội nhất trong số các tác động này là quá trình oxy hóa As (III) thành As (V) bởi oxy trong khí quyển, đặc biệt là ở pH cao [6]. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, ozon trong khí quyển có thể đóng vai như oxy. Mặc dù nồng độ của ozon trong không khí thấp hơn oxy và biến động liên tục, nhưng ozon có tính oxy hóa mạnh hơn. Hầu hết As trong khí quyển có thể được tìm thấy ở pha rắn; < 10% hiện diện ở pha hơi. Khí thải do hoạt động của con người gây ra, ví dụ như từ luyện kim hoặc đốt nhiên liệu hóa thạch, đưa một lượng đáng kể As bay hơi vào khí quyển (chủ yếu là oxit As), phân tử này ưu tiên hấp phụ hoặc ngưng tụ trên các hạt mịn. Do đó, so với hàm lượng As nền có trong vỏ trái đất, As trong bụi có thể được làm giàu gấp nhiều lần [6].

Các hạt bụi chứa As cũng có thể bắt nguồn từ quá trình tái sinh bụi từ các hoạt động xây dựng, giao thông đô thị. Nồng độ và thành phần hóa học của bụi và các dạng As liên kết với bụi chủ yếu phụ thuộc vào vị trí phát thải. Ở các khu vực công nghiệp, nơi khí thải công nghiệp đóng vai trò chủ đạo, nồng độ As (và các dạng của As) sẽ chỉ bị chi phối bởi dạng khí thải này. Trong khi đó, các khu vực có nguồn phát thải đa dạng như khu vực ngoại ô, trung tâm thành phố, nồng độ As (và các dạng As) chủ yếu được định hình bởi khí thải từ các hoạt động đô thị hoặc khí thải giao thông đường bộ [7].

Phân tích X-quang mẫu bụi từ khu vực công nghiệp cho thấy dạng As liên kết với bụi tồn tại dạng: Ca3Sr2(AsO4)2.5(PO4)0.5(OH); As2O3; As2O5 [8], trong đó As vô cơ hóa trị V là dạng chiếm ưu thế trong bụi [9], và nồng độ As trong bụi ở các khu công nghiệp sẽ có xu hướng cao hơn so với khu vực đô thị [7–10].

Trong số các phương pháp phân tích nguyên dạng các hợp chất As, kỹ thuật sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) đã được chứng minh là rất phù hợp cho việc phân tách các dạng As mà đặc biệt là các dạng As vô cơ (As hoá trị III - AsIII, As hoá trị V - AsV) và hữu cơ (monomethylarsonic acid - MMA và dimethylarsinic acid - DMA). Quy trình phân tích bao gồm giai đoạn chiết mẫu bằng các dung môi phù hợp sau đó tiêm vào hệ thống HPLC kết nối ICP-MS (Phổ khối-plasma kết hợp cảm ứng). Tuy nhiên, kỹ thuật này gặp hạn chế do yêu cầu phải trang bị hệ thống HPLC-ICP-MS khá phức tạp, đòi hỏi chi phí vận hành cao và thời gian phân tích mẫu kéo dài [11].

Một phương pháp đơn giản hơn có thể phân tích riêng dạng As vô cơ đó là phương pháp chiết lỏng - lỏng. Phương pháp này dựa trên khả năng tạo phức tốt giữa AsIII (As hoá trị III) và ammonium pyrrolidine-dithiocarbamate (APDC) trong môi trường pH từ 1,5-5, AsV không tham gia tạo phức với APDC ở điều kiện này. Phức AsIII - APDC được chiết qua pha hữu cơ là các dung môi như CCl4, CHCl3, hay MIBK [12]. Ưu điểm của phương pháp này là APDC chỉ tạo phức chọn lọc với AsIII, loại As có độc tính cao nhất thường được tập trung nghiên cứu, mà không tạo phức với các dạng As khác. Do đó, ta có thể xác định riêng rẽ dạng AsIII trong nên mẫu đồng thời có thể áp dụng để loại bỏ nền mẫu phức tạp như bụi, đất, bùn lắng, trầm tích, ….Hiện nay, ở Việt Nam việc phân tích nguyên dạng AsIII, AsV trong bụi chưa được quan tâm đúng mức, một phần có thể do chi phí phân tích dựa trên kỹ thuật HPLCICP-MS là rất tốn kém. Do đó, nghiên cứu tối ưu quy trình phân tích AsIII, AsV trong bụi dựa trên kỹ thuật chiết lỏng - lỏng đơn giản, chi phí thấp và dễ áp dụng có vai trò tiên phong trong việc phát triển hướng nghiên cứu về đặc tính ô nhiễm các dạng As trong bụi.

Đặc tính của As trong bụi rất quan trọng vì nó có thể cung cấp thông tin về mức độ gây hại cho sinh vật sau khi tiếp xúc qua đường hô hấp hoặc tiêu hóa. Hơn nữa, Asen vô cơ có độc tính cao hơn dạng hữu cơ và AsIII độc hơn AsV do đó cần có một biện pháp hữu hiệu để có thể nghiên cứu, đánh giá những tác động của hoạt động dân sinh đến sự tồn tại và phân bố của các từng dạng As vô cơ trong bụi. Mặc dù bụi đô thị thuộc một trong những môi trường được nghiên cứu nhiều nhất, nhưng phương pháp phân tích nguyên dạng As trong các mẫu bụi vẫn còn khá khan hiếm, đặc biệt là nhóm các phương pháp dựa trên kỹ thuật chiết lỏng – lỏng. Do đó, nghiên cứu sẽ thực hiện các mục tiêu như sau: Khảo sát điều kiện ly trích các dạng As vô cơ từ bụi và tối ưu quy trình chiết lỏng - lỏng xác định riêng dạng AsIII và AsV; Đánh giá khả năng loại trừ chất gây nhiễu của phương pháp phân tích; Áp dụng quy trình được tối ưu để phân tích hàm lượng riêng các dạng As vô cơ trong bụi ở khu vực nhà máy phối trộn xi măng ở thành phố Hồ Chí Minh.

Qua quá trình nghiên cứu, có thể kết luận: Nghiên cứu đã tối ưu quy trình phân tích riêng dạng As vô cơ (AsIII, AsV) trong bụi đường, các thông số tối ưu đảm bảo cho quá trình chiết hoàn toàn AsIII với APDC. Bên cạnh đó, quá trình ly trích As vô cơ linh động đã được thiết kế để không làm ảnh hưởng đến lượng As ly trích được cũng như sự ổn định của AsIII và AsV. Quy trình được nghiên cứu có các ưu điểm so với các quy trình đã được công bố trên thế giới [17] như: 1-Chỉ cần sử dụng những thiết bị xử lý mẫu cơ bản mà không cần đến thiết bị phá mẫu vi sóng hiện đại; 2-Quá trình chiết AsIII, AsV được thực hiện dựa trên phương pháp chiết lỏng - lỏng đơn giản hơn so với kỹ thuật sắc ký lỏng hiệu năng cao. Mặc dù quy trình đề xuất có ưu điểm là dễ thực hiện với chi phí thấp, tuy nhiên cũng có một số nhược điểm khi so sánh với kỹ thuật HPLCICP-MS đó là không thể phân tích đồng thời các dạng asen hữu cơ và thời gian phân tích kéo dài.

Phương pháp sau khi chứng minh được độ chọn lọc và độ đúng, thông qua việc phân tích mẫu chứa các chất gây nhiễu như Al, Fe, Ca, DMA, MMA và so sánh với phương pháp chiết tiêu chuẩn [17], đã được ứng dụng vào phân tích các riêng dạng As vô cơ linh động trong mẫu bụi đường ở khu vực nhà máy phối trộn bê tông ở Thành phố Hồ Chí Minh. Mặc dù kết quả phân tích hàm lượng As tổng trong các mẫu bụi đường đều thấp hơn mức quy định 15 mg/kg (QCVN 03-MT:2015/BTNMT) và cũng thấp hơn mức trung bình chung của thế giới [18–20]. Tuy nhiên, dựa vào sự phân bố hàm lượng AsIII ở khu vực khảo sát, nghiên cứu đã chỉ ra rằng hoạt động phối trộn bê tông đã góp phần làm phát tán một lượng AsIII vào môi trường.

Từ những kết quả nghiên cứu hiện tại, nghiên cứu đề xuất mở rộng khu vực lấy mẫu, đa dạng hoá mẫu từ các nguồn phát thải khác nhau, cũng như theo dõi sự biến động hàm lượng As vô cơ theo mùa. Từ đó để hiểu rõ hơn các yếu tố tác động đến hàm lượng các dạng As vô cơ trong bụi đường, phát hiện các nguy cơ tiềm tàng và đưa ra các cảnh báo kịp thời cho cộng đồng.