Endosulfan là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu về Endosulfan

Endosulfan là một hợp chất thuốc trừ sâu thuộc nhóm organochlorine cyclodiene, được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp từ thập niên 1950. Chất này từng giữ vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sâu hại trên nhiều cây trồng có giá trị kinh tế như bông, cà phê và các loại cây công nghiệp khác. Đặc tính phổ tác dụng rộng và chi phí thấp khiến Endosulfan được ưu tiên ở nhiều quốc gia đang phát triển trong bối cảnh thiếu các giải pháp phòng trừ sinh học và hóa chất an toàn hơn.

Endosulfan tồn tại dưới dạng hỗn hợp của hai đồng phân alpha và beta, với tỉ lệ thông thường khoảng 70 phần trăm alpha và 30 phần trăm beta. Hai đồng phân này có sự khác biệt nhẹ về độ bền và khả năng phân hủy trong môi trường, góp phần tạo nên tính chất tồn lưu cao của hợp chất. Khi phát tán vào môi trường, hỗn hợp đồng phân có thể chuyển hóa thành endosulfan sulfate, một chất có độc tính tương đương hoặc cao hơn hợp chất ban đầu.

Trong lịch sử sử dụng, nhiều quốc gia ghi nhận mức tiêu thụ Endosulfan vượt trội so với các thuốc trừ sâu khác, do khả năng kiểm soát đa dạng nhóm côn trùng. Một số lý do phổ biến khiến Endosulfan được ứng dụng rộng rãi gồm:

• Hiệu quả trên nhiều nhóm sâu ăn lá, sâu chích hút và sâu hại quả.
• Chi phí sản xuất và phân phối thấp.
• Khả năng trộn chung với các loại thuốc trừ sâu khác để mở rộng phổ kiểm soát.

Cấu trúc hóa học và tính chất vật lý

Endosulfan có công thức phân tử $C_{9}H_{6}Cl_{6}O_{3}S$, thuộc nhóm các hợp chất hữu cơ chứa nhiều nguyên tử clo, đặc trưng bởi độ ổn định hóa học cao. Hai đồng phân của Endosulfan được phân biệt dựa trên trạng thái không gian của các nhóm chức trong phân tử, dẫn đến sự khác nhau về khả năng bay hơi, độ tan và tốc độ phân hủy. Cơ chế gắn clo vào cấu trúc carbon tạo cho nó độ bền đặc biệt trước tác động của ánh sáng và nhiệt độ.

Độ tan trong nước của Endosulfan rất thấp, chỉ ở mức microgram trên lít, trong khi độ tan trong dung môi hữu cơ như acetone, hexane hoặc toluene lại rất cao. Điều này cho thấy khả năng tích tụ trong mô mỡ và các hệ sinh học giàu lipid. Áp suất hơi của Endosulfan thấp nhưng vẫn đủ để chất này có thể bay hơi từ đất hoặc bề mặt lá và di chuyển trong khí quyển trên phạm vi xa.

Bảng dưới đây tóm tắt một số tính chất vật lý quan trọng của Endosulfan:

Thuộc tính	Giá trị đặc trưng
Khối lượng phân tử	406.93 g/mol
Nhiệt độ nóng chảy	79 đến 106°C tùy đồng phân
Áp suất hơi	7.2 x 10^-7 mmHg tại 25°C
Độ tan trong nước	0.32 mg/L tại 22°C

Cơ chế tác động sinh học

Endosulfan tác động lên hệ thần kinh của côn trùng thông qua việc ức chế hoạt động của thụ thể GABA, vốn chịu trách nhiệm điều hòa kênh dẫn ion chloride. Khi Endosulfan gắn vào vị trí này, dòng chloride không được kiểm soát, dẫn đến hiện tượng kích thích liên tục của tế bào thần kinh. Sự mất cân bằng ion học trong tế bào gây nên co giật, tê liệt và chết ở côn trùng.

Mặc dù mục tiêu chính là hệ thần kinh của côn trùng, cơ chế này cũng có thể ảnh hưởng đến động vật có vú. GABA là một chất dẫn truyền thần kinh ức chế quan trọng ở người, vì vậy tiếp xúc liều cao Endosulfan có thể gây ra các triệu chứng thần kinh tương tự, tùy mức độ phơi nhiễm. Mức độc tính được phân loại cao đối với cả đường uống và đường hô hấp.

Các yếu tố khiến Endosulfan có tác động sinh học mạnh bao gồm:

1. Độ bền hóa học cao khiến thời gian phân hủy kéo dài.
2. Khả năng tan mạnh trong lipid giúp tích lũy trong mô thần kinh.
3. Cơ chế tấn công trực tiếp vào kênh chloride dẫn đến rối loạn hệ thần kinh.

Ứng dụng trong nông nghiệp

Trong thời kỳ được sử dụng rộng rãi, Endosulfan đóng vai trò quan trọng trong chiến lược phòng trừ sâu hại tại nhiều quốc gia có ngành nông nghiệp dựa nhiều vào cây công nghiệp. Thuốc đặc biệt hiệu quả đối với các loài sâu ăn lá và sâu hại bông vốn có khả năng kháng nhiều hoạt chất khác. Các tài liệu kỹ thuật cũ mô tả khả năng ứng dụng đa dạng của Endosulfan trên nhiều loại cây trồng, bao gồm bông, cà phê, chè, lúa, điều và rau màu.

Phương thức sử dụng phổ biến nhất là phun trực tiếp lên tán lá hoặc xử lý hạt giống. Tần suất sử dụng cao trong các khu vực trồng bông đã góp phần nâng năng suất ao ước ở các vùng có tỷ lệ sâu hại lớn. Một số nông dân ưa chuộng Endosulfan vì thời gian tác dụng kéo dài và khả năng kiểm soát đồng thời nhiều loài côn trùng.

Danh sách các nhóm sâu hại từng được kiểm soát bằng Endosulfan:

• Sâu xanh da láng (Helicoverpa armigera).
• Bọ trĩ và rệp hại hoa màu.
• Sâu đục quả trên bông và cà chua.
• Một số loài côn trùng chích hút sống ở mặt dưới lá.

Độc tính đối với con người

Endosulfan được phân loại là chất độc thần kinh mạnh, có khả năng gây hại đối với con người qua đường hô hấp, đường tiêu hóa và tiếp xúc qua da. Khi xâm nhập vào cơ thể, Endosulfan ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thần kinh trung ương thông qua cơ chế ức chế thụ thể GABA. Quá trình này làm tăng mức độ kích thích thần kinh và khiến cơ thể rơi vào trạng thái mất kiểm soát dẫn truyền thần kinh. Ở mức phơi nhiễm đủ lớn, sự kích thích quá mức dẫn đến co giật, nhịp tim không ổn định và suy hô hấp.

Trong các báo cáo y tế, một số triệu chứng cấp tính thường gặp bao gồm nhức đầu, chóng mặt, nôn mửa và co giật toàn thân. Ở trường hợp nặng, người bệnh có thể đối mặt với rối loạn nhịp tim, tụt huyết áp, phù phổi cấp và hôn mê. Các ca ngộ độc rải rác tại một số vùng nông nghiệp cho thấy mức độ nguy hiểm của Endosulfan ở điều kiện không được bảo hộ an toàn. Trẻ em và phụ nữ mang thai được ghi nhận là các nhóm nguy cơ cao, do hệ thần kinh và nội tiết dễ bị tổn thương hơn.

Nhiều nghiên cứu dài hạn đã đề cập khả năng Endosulfan gây ảnh hưởng mạn tính như rối loạn nội tiết, suy giảm chức năng sinh sản và tổn thương gan thận. Một số tài liệu khoa học ghi nhận mối liên quan giữa phơi nhiễm Endosulfan và rối loạn phát triển thần kinh ở trẻ em tại các khu vực sử dụng thuốc trừ sâu quy mô lớn. Dưới đây là bảng tóm tắt các dạng độc tính thường gặp:

Nhóm độc tính	Biểu hiện
Cấp tính	Co giật, nôn, rối loạn nhịp tim, suy hô hấp
Mạn tính	Rối loạn nội tiết, suy giảm chức năng gan thận
Ảnh hưởng lâu dài	Khả năng chậm phát triển thần kinh ở trẻ em

Tác động môi trường

Endosulfan được xếp vào nhóm chất ô nhiễm hữu cơ bền do khả năng tồn lưu nhiều tháng đến nhiều năm trong đất và nước. Khi được phun trên đồng ruộng, Endosulfan có thể bám vào hạt đất, sau đó ngấm xuống tầng đất sâu hoặc bị rửa trôi vào thủy vực. Tính chất bán bay hơi cho phép hợp chất này bay hơi lên khí quyển rồi ngưng tụ và lắng đọng ở vùng xa nơi sử dụng, kể cả các khu vực hầu như không có hoạt động nông nghiệp.

Trong hệ sinh thái nước, Endosulfan đặc biệt nguy hiểm đối với cá và các loài thủy sinh, với mức độc tính cao hơn nhiều so với phần lớn thuốc trừ sâu thông dụng khác. Tích lũy sinh học là một yếu tố đáng lo ngại, vì Endosulfan có thể tập trung trong mô mỡ của sinh vật ở mức cao hơn hàng trăm lần so với nồng độ trong môi trường nước. Khi đi vào chuỗi thức ăn, hợp chất này có thể truyền từ các loài nhỏ lên các loài lớn hơn, gây nguy cơ đối với chim ăn cá và thú săn mồi.

Quá trình phân hủy của Endosulfan trong môi trường thường tạo thành Endosulfan sulfate, một chất có độc tính tương đương và thậm chí bền hơn. Điều này khiến việc đánh giá rủi ro môi trường trở nên phức tạp hơn, vì ngay cả khi nồng độ Endosulfan nguyên bản giảm, dạng sulfate vẫn duy trì tác động sinh thái nghiêm trọng. Danh sách các tác động môi trường đã được ghi nhận:

• Suy giảm mật độ cá và tôm ở các thủy vực lân cận khu vực sử dụng.
• Tích tụ trong trầm tích và mô động vật đáy.
• Xuất hiện dấu vết Endosulfan tại các khu vực cách xa nguồn gốc sử dụng hàng trăm đến hàng nghìn km.

Tình trạng pháp lý và các quy định quốc tế

Sau nhiều thập kỷ tranh luận, Endosulfan chính thức được đưa vào Phụ lục A của Công ước Stockholm về các chất ô nhiễm hữu cơ bền vào năm 2011. Điều này đồng nghĩa với việc chất này bị yêu cầu loại bỏ khỏi sản xuất và sử dụng trên phạm vi toàn cầu, trừ một số ngoại lệ hạn chế có thời hạn trong một vài lĩnh vực đặc thù. Quyết định này được thông qua trên cơ sở nhiều bằng chứng khoa học về mức độ độc hại và tác động dài hạn của Endosulfan đối với cả con người lẫn môi trường.

Tại Hoa Kỳ, Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) đã tiến hành loại bỏ từng bước từ năm 2010 và cấm hoàn toàn kể từ năm 2016. Ở Liên minh châu Âu, Endosulfan bị cấm từ năm 2005 theo quy định REACH do tính chất phân hủy chậm và mức độ độc tính cao. Các cơ quan quốc tế như UNEP và FAO thường xuyên cập nhật danh sách các chất nguy hại nhằm hỗ trợ các quốc gia đang phát triển chuyển đổi sang biện pháp nông nghiệp an toàn hơn.

Bảng sau tổng hợp các mốc pháp lý quan trọng:

Cơ quan	Quy định	Năm ban hành
UNEP	Liệt kê vào Phụ lục A Công ước Stockholm	2011
EPA Hoa Kỳ	Cấm sản xuất và sử dụng	2016
EU (ECHA)	Cấm theo REACH	2005

Phương pháp phân tích và giám sát

Do đặc tính tồn lưu và khả năng gây hại cao, các phương pháp phân tích Endosulfan luôn được tiêu chuẩn hóa để đảm bảo độ chính xác. Sắc ký khí ghép detector bắt điện tử (GC-ECD) là phương pháp thường được sử dụng để phát hiện Endosulfan trong đất, nước và thực phẩm. Độ nhạy của GC-ECD giúp phân biệt rõ hai đồng phân alpha và beta cũng như các sản phẩm phân hủy.

GC-MS cũng được sử dụng phổ biến nhờ độ chính xác cao và khả năng định danh cấu trúc sản phẩm phân hủy. Nhiều phòng thí nghiệm môi trường áp dụng quy trình theo tiêu chuẩn ISO và ASTM để phân tích mẫu nước, trầm tích và mô sinh vật. Việc giám sát định kỳ giúp đánh giá mức độ tồn lưu và cảnh báo các rủi ro đối với cộng đồng địa phương.

Các bước thường gặp trong quy trình phân tích Endosulfan:

1. Thu thập mẫu đất, nước hoặc mô sinh học.
2. Chiết tách hợp chất bằng dung môi hữu cơ.
3. Làm sạch mẫu bằng kỹ thuật SPE.
4. Phân tích bằng GC-ECD hoặc GC-MS.

Các biện pháp xử lý và quản lý rủi ro

Sau khi bị cấm tại nhiều quốc gia, vấn đề lớn nhất liên quan đến Endosulfan là xử lý kho tồn trữ cũ và quản lý ô nhiễm tồn lưu. Phương pháp đốt ở nhiệt độ cao là cách tiêu hủy hiệu quả nhất đối với các hợp chất organochlorine, do có thể phá hủy hoàn toàn cấu trúc clo và hạn chế tạo ra sản phẩm phụ độc hại.

Trong lĩnh vực nông nghiệp, việc chuyển đổi sang thuốc trừ sâu ít độc hơn hoặc áp dụng mô hình quản lý dịch hại tổng hợp (IPM) được khuyến khích. Các chương trình IPM giúp giảm nhu cầu sử dụng hóa chất và tạo sự cân bằng sinh thái, đồng thời tránh được tình trạng kháng thuốc trên diện rộng. Ở những khu vực đất bị ô nhiễm, các biện pháp phục hồi như rửa đất, xử lý sinh học và cô lập trầm tích được sử dụng tùy từng trường hợp.

Các biện pháp quản lý rủi ro thường bao gồm:

• Tiêu hủy tồn kho bằng lò đốt nhiệt độ cao đạt chuẩn môi trường.
• Giám sát định kỳ đất và nước tại khu vực từng sử dụng Endosulfan.
• Xây dựng chương trình đào tạo nông dân về hóa chất thay thế an toàn hơn.

Tài liệu tham khảo

1. UNEP. Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants. https://www.unep.org
2. United States Environmental Protection Agency. Endosulfan Information. https://www.epa.gov
3. European Chemicals Agency. Substance Regulation under REACH. https://echa.europa.eu
4. ISO Standards for Water and Soil Analysis. https://www.iso.org
5. ASTM International. Environmental Analytical Methods. https://www.astm.org