›
›

Bài giảng Thí nghiệm phân tích môi trường - Vũ Đức Toàn

pdf 86 trang ngocly 2910
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thí nghiệm phân tích môi trường - Vũ Đức Toàn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_thi_nghiem_phan_tich_moi_truong_vu_duc_toan.pdf

Nội dung text: Bài giảng Thí nghiệm phân tích môi trường - Vũ Đức Toàn

  1. BÀI GIẢNG THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG
  2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN HÓA HỌC BÀI GIẢNG THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG NHÓM TÁC GIẢ BIÊN SOẠN TS. Vũ Đức Toàn ThS. Trần Thị Mai Hoa ThS. Hà Thị Hiền NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ Hà Nội - 2012
  3. Mã số:
  4. MỤC LỤC Phần 1: CÁC QUI ĐỊNH LÀM VIỆC TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 7 Phần 2: CÁC BÀI THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG 11 Bài 1. XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG CỰC ĐẠI VÀ LẬP ĐƯỜNG CHUẨN 11 Bài 2. XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ MANGAN TRONG NƯỚC MÁY 15 BÀI 3. XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CLO DƯ TRONG NƯỚC MÁY 21 BÀI 4. LẤY MẪU NƯỚC HỒ AO TỰ NHIÊN VÀ NHÂN TẠO 26 BÀI 5. XÁC ĐỊNH XIANUA 29 Bài 6. XÁC ĐỊNH PHÔTPHAT 36 Bài 7. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG F- TRONG MẪU NƯỚC MẶT 42 Bài 8. XÁC ĐỊNH ĐỘ MÀU TRONG MẪU NƯỚC MẶT 46 Bài 9. XÁC ĐỊNH CHẤT RẮN LƠ LỬNG 51 Bài 10. XÁC ĐỊNH NITRAT 54 Bài 11. XÁC ĐỊNH NITRIT 59 Bài 12. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG ĐỒNG TRONG MẪU NƯỚC MẶT 63 Bài 13. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG KẼM TRONG MẪU NƯỚC MẶT 68 Bài 14. XÁC ĐỊNH COD 74 Bài 15. XÁC ĐỊNH pHKCl TRONG ĐẤT 79 NỘI DUNG BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83
  5. Phần 1 CÁC QUI ĐỊNH LÀM VIỆC TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM I. QUI ĐỊNH CHUNG (Áp dụng cho sinh viên) Làm việc trong phòng thí nghiệm Hóa học, sinh viên phải thực hiện đầy đủ các qui định như sau: 1. Thực hiện qui tắc an toàn phòng thí nghiệm Tuyệt đối tuân theo mọi sự hướng dẫn của giáo viên, chỉ bắt đầu tiến hành thí nghiệm khi được phép và có sự giám sát của giáo viên hoặc cán bộ phụ trách. Không tự tiện sử dụng thiết bị và hóa chất khác có trong phòng không liên quan tới bài thí nghiệm. Phải thận trọng khi tiếp xúc với hóa chất, không để hóa chất rơi vãi ra nơi làm việc, giữ gìn nơi làm thí nghiệm sạch sẽ và ngăn nắp. Để hóa chất và dụng cụ thí nghiệm ở nơi qui định sau mỗi lần sử dụng xong. Giữ gìn trật tự khi làm thí nghiệm. Không hút thuốc, ăn uống và đi lại lộn xộn trong phòng thí nghiệm gây ảnh hưởng tới những người đang làm việc. 2. Chuẩn bị thí nghiệm Trước mỗi bài thí nghiệm sinh viên phải chuẩn bị tốt các nội dung sau: Nắm vững cơ sở lý thuyết, mục đích và yêu cầu của bài thí nghiệm. Nắm vững cách lắp đặt, sử dụng các dụng cụ thí nghiệm và những thao tác thí nghiệm cơ bản đã được giới thiệu trong tài liệu. Trước khi làm thí nghiệm, sinh viên phải trả lời giáo viên hướng dẫn theo các nội dung nêu trên. Sinh viên nào không đạt yêu cầu sẽ chưa được làm thí nghiệm. 3. Phần thực hành thí nghiệm Sinh viên phải thực hiện chính xác các thao tác thí nghiệm theo hướng dẫn có trong tài liệu và sự chỉ dẫn của giáo viên. Nếu chưa hiểu kỹ cách làm thì chưa được tiến hành thí nghiệm.
  6. 8 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Giữ gìn cẩn thận dụng cụ, thiết bị tránh làm đổ vỡ. Sinh viên nào làm vỡ, hỏng phải đền theo qui định của Nhà trường. Trong quá trình tiến hành thí nghiệm sinh viên phải chú ý quan sát và ghi chép đầy đủ các hiện tượng và số liệu thực nghiệm thu được. Các số liệu kết quả thí nghiệm phải có chữ kí của giáo viên hướng dẫn mới có giá trị. Sau khi làm thí nghiệm xong sinh viên phải thu dọn sạch sẽ nơi làm việc, rửa sạch các dụng cụ thí nghiệm và bàn giao lại đầy đủ cho cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm. 4. Báo cáo thí nghiệm Sinh viên phải viết và nộp báo cáo thí nghiệm cho giáo viên đúng thời hạn. Báo cáo thí nghiệm gồm các phần sau: Mục đích và nội dung thí nghiệm. Mô tả hiện tượng quan sát được và các số liệu thí nghiệm thu được. Xử lí kết quả và kết luận. II. NỘI QUI PHÒNG THÍ NGHIỆM (Áp dụng cho sinh viên) Sinh viên làm việc trong phòng thí nghiệm phải tuân theo mọi qui tắc về an toàn lao động, an toàn hóa chất v.v Sinh viên chỉ được phép làm thí nghiệm khi đã chuẩn bị bài, nắm được mục đích nội dung, cách tiến hành các thí nghiệm sẽ làm, phương pháp xử lí số liệu thu được. Phải đến phòng thí nghiệm đúng giờ. Trong giờ làm việc sinh viên chỉ ra ngoài khi được sự đồng ý của giáo viên. Không hút thuốc, ăn uống và làm ồn ào trong phòng thí nghiệm. Mỗi sinh viên được làm thí nghiệm ở một chỗ qui định. Phải giữ gìn ngăn nắp, sạch sẽ chỗ làm việc của mình. Không để các đồ vật như túi sách, quần áo hoặc chai lọ, dụng cụ không liên quan đến thí nghiệm trên bàn làm việc. Trước khi làm thí nghiệm sinh viên phải kiểm tra dụng cụ, hoá chất cần thiết cho bài thí nghiệm. Nếu phát hiện thấy thiếu phải báo cho giáo viên hướng dẫn bổ sung. Những hoá chất, dụng cụ dùng chung được đặt ở nơi qui định, sinh viên cần dùng thì đến lấy, lấy xong phải để vào chỗ cũ không được mang về chỗ của mình. Sinh viên phải tự làm các thí nghiệm, chú ý quan sát các hiện tượng và ghi chép cẩn thận các số liệu thu được. Cuối mỗi buổi thực hành sinh viên phải báo cáo kết quả và xin chữ kí xác nhận của giáo viên hướng dẫn. Sinh viên không được tự làm các thí nghiệm không có trong chương trình khi chưa có sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn. Khi sinh viên làm đổ vỡ dụng cụ, hoá chất; làm hỏng máy móc, thiết bị phải đền bù theo qui định của Nhà trường. Sau khi làm thí nghiệm xong sinh viên phải tự giác thu dọn sạch sẽ nơi làm việc, rửa sạch các dụng cụ thí nghiệm và bàn giao lại đầy đủ cho cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm.
  7. Phần 1: Các qui định làm việc trong phòng thí nghiệm 9 III. QUI TẮC AN TOÀN TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 1. Tất cả các thí nghiệm có sử dụng các chất độc dễ bay hơi, có mùi khó chịu hoặc axit đặc chỉ được tiến hành trong tủ hút hoặc nơi thoáng gió. Khi làm việc với các chất độc phải đeo găng tay. Không được hút các dung dịch có độc hoặc các axit bằng miệng mà phải dùng pipet piton hoặc pipet có quả bóp cao su. Không được lấy hóa chất rắn bằng tay mà phải dùng thìa. Không được lấy hóa chất rắn ở nơi có gió thổi mạnh. 2. Phải cận thận trong khi làm việc với các chất dễ cháy như xăng, ete, benzen, axeton, vv các chất dễ nổ như hiđrô, các chất dễ gây bỏng như brom, axit sunfuric đặc, photpho trắng, vv 3. Khi làm việc với kim loại kiềm không được để các kim loại này tiếp xúc với nước. Không vứt các mẩu thừa kim loại kiềm ra bàn hoặc thùng rác mà phải trả lại cho nhân viên phòng thí nghiệm. 4. Không được cúi mặt về phía chất lỏng đang được đun sôi hoặc hóa chất rắn đang được đun nóng chảy để tránh hoá chất bắn vào mặt. 5. Phải đeo kính bảo hiểm mắt khi làm việc với hoá chất dễ cháy, dễ nổ, kiềm rắn, anhiđric photphoric, khi đốt magiê, bột nhôm. 6. Khi pha loãng các axit đặc nhất là axit sunfuric phải rót từ từ axit vào nước, không được làm ngược lại. Không được tự động di chuyển các bình lớn chứa axit hoặc pha loãng axit từ bình lớn. 7. Khi đun nóng các dung dịch trong ống nghiệm phải dùng cặp và luôn chú ý quay miệng ống nghiệm về hướng không có người, đặc biệt là khi đun nóng các dung dịch axit đặc hoặc kiềm đặc. 8. Khi ngửi mùi các hóa chất không được ngửi trực tiếp, phải dùng tay phất nhẹ hơi của chất đó lên mũi. 9. Khi làm rơi vãi thủy ngân hoặc vỡ bầu nhiệt kế, phải thu lại thủy ngân, sau đó rắc vào vùng có thủy ngân rơi ra một lớp mỏng bột lưu huỳnh và lập tức báo cho giáo viên hướng dẫn biết. 10. Khi làm việc với các chất độc như các hợp chất của chì, asen, xianua, thủy ngân, v.v hoặc với dung dịch các kim loại quí, hiếm thì sau khi làm thí nghiệm xong phải thu hồi vào những bình chứa nhất định. 11. Khi làm các thí nghiệm có dùng đến các bình khí nén, các thiết bị điện cao thế, nhiệt độ cao, cũng như các thiết bị phức tạp đắt tiền phải có cán bộ hướng dẫn vận hành, không được tự động thao tác. 12. Phải biết sử dụng các dụng cụ cứu hoả, các bình chữa cháy và hộp thuốc cứu thương để khi có sự cố xảy ra có thể xử lý nhanh chóng và hiệu quả.
  8. 10 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường IV. CÁCH SƠ CỨU CHẤN THƯƠNG VÀ NGỘ ĐỘC TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 1. Trong phòng thí nghiệm phải có tủ thuốc cấp cứu đựng các loại bông băng, thuốc đỏ, cồn iot, thuốc mỡ, các dung dịch: kali pemanganat 3%, đồng sunphat 2%, natri hiđrocacbonat 2%, axit axetic 1%, dung dịch tanin trong cồn. Tủ thuốc phải để ở chỗ dễ lấy, dễ sử dụng. 2. Khi bị axit đặc (sunfuric, nitric, clohiđric, axetic, v.v ) hoặc brôm, phenol rơi vào da phải rửa ngay bằng vòi nước mạnh trong thời gian từ 3 - 5 phút. Sau đó sử dụng bông tẩm dung dịch natricacbonat 2% hoặc dung dịch tanin trong cồn đắp lên chỗ bỏng và băng lại. Khi bị bỏng do kiềm đặc, natri kim loại, phải rửa bằng nước sau đó bằng dung dịch axit axetic 1%, rồi rửa bằng nước một lần nữa và bôi thuốc sát trùng. Nếu bỏng nặng phải đi bệnh viện. 3. Khi bị bỏng do vật nóng (thủy tinh, kim loại, ) trước hết dùng bông tẩm dung dịch kali pemanganat 3%, hoặc dung dịch tanin trong cồn đắp lên vết bỏng, sau đó băng bằng loại băng có tẩm thuốc mỡ chữa bỏng. 4. Khi bị bỏng do phôtpho trắng, cần dùng bông tẩm dung dịch đồng sunfat 2% đắp lên vết thương. 5. Khi bị dung dịch kiềm hoặc axit đặc bắn vào mắt thì phải rửa ngay bằng nước nhiều lần, sau đó lập tức đưa đi viện. 6. Nếu bị nhiễm độc do hít nhiều khí clo, brom, hiđro sunfua, cacbon monôxit,v.v thì phải ngay lập tức đưa ra chỗ thoáng ngoài phòng thí nghiệm. 7. Khi bị nhiễm độc bởi các hợp chất của asen, thủy ngân, xianua, phải ngay lập tức chuyển đến bệnh viện để cấp cứu. 8. Khi bị thương do mảnh thủy tinh gây ra, thì trước hết phải gắp lấy mảnh thủy tinh ra, rửa sạch vết thương bằng dung dịch cồn iot hoặc dung dịch kalipemanganat 3% để sát trùng, sau đó bôi dung dịch FeCl3 để cầm máu và băng lại. 9. Khi có người bị điện giật, lập tức ngắt cầu dao điện, tách người bị nạn ra khỏi nguồn điện và hô hấp nhân tạo nếu bị ngất.
  9. Phần 2 CÁC BÀI THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG Bài 1 XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG CỰC ĐẠI VÀ LẬP ĐƯỜNG CHUẨN 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong số các phương pháp phân tích, phương pháp đo quang được sử dụng phổ biến nhất trong các phòng thí nghiệm môi trường. Tùy theo từng chỉ tiêu phân tích mà giới hạn phát hiện của phương pháp đo quang có thể thấp đến 10-2 mg/l. Giá trị giới hạn đó là phù hợp để định lượng nhiều hợp chất và ion ô nhiễm chủ yếu trong môi trường. Ban đầu, chất cần xác định được phản ứng với thuốc thử và tạo thành hợp chất có màu. Quá trình định lượng tiếp theo dựa vào mối liên hệ phụ thuộc giữa cường độ màu của dung dịch và nồng độ của chất màu trong dung dịch đó. Điều này được thể hiện trong nội dung của định luật Buger – Lamber – Beer: – .C.l I = Io 10 (1.1) Trong đó: I – cường độ tia sáng sau khi đi qua dung dịch; Io – cường độ tia sáng ban đầu tới dung dịch;  - hệ số hấp thụ ánh sáng.  là đại lượng không đổi, đặc trưng cho mỗi chất màu, phụ thuộc vào bản chất của nó; C – nồng độ chất màu trong dung dịch; l – chiều dày của lớp dung dịch hấp thụ; Tỷ số T = I/Io, được gọi là độ truyền qua. T tỷ lệ nghịch với nồng độ chất màu trong dung dịch.
  10. 12 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường I l Hình 1.1 Độ giảm cường độ ánh sáng khi đi qua cuvét. Biến đổi công thức (1.1), thu được: D = lg (I/Io) = .C.l (1.2) Trong đó: D – mật độ quang của dung dịch Khi phân tích hàng loạt mẫu bằng phương pháp đo quang, kỹ thuật viên cần xây dựng đường chuẩn. Ý nghĩa của đường chuẩn là biểu thị mối quan hệ giữa nồng độ của một dãy dung dịch pha chuẩn với mật độ quang tương ứng của chúng. Sau đó, kỹ thuật viên sẽ đo mật độ quang của dung dịch mẫu và dựa vào đường chuẩn để tìm ra nồng độ chất phân tích. Mỗi dung dịch màu hấp thụ ánh sáng có bước sóng khác nhau ở những mức độ khác nhau. Do đó, để tăng độ chính xác và độ nhạy, cần lựa chọn và tách ra những tia có bước sóng mà dung dịch hấp thụ cực đại, tức là sử dụng ánh sáng đơn sắc. Bước sóng của ánh sáng đơn sắc lựa chọn được gọi là bước sóng cực đại (ký hiệu max). Việc xây dựng đường chuẩn và xác định chính xác max có ý nghĩa quyết định đến kết quả của quá trình định lượng mẫu. max = 560 nm Mật độ quang Bước sóng (nm) Hình 1.2 Đồ thị xác định bước sóng cực đại của axit pararosanilin methyl sulfonic
  11. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 13 Để kiểm tra độ tin cậy của đường chuẩn, kỹ thuật viên cần sử dụng giá trị hệ số xác định r2. Hệ số xác định mang tính thống kê và là bình phương giá trị của hệ số tương quan Pearson. Ý nghĩa của r2 là miêu tả độ tương thích của số liệu đối với một mô hình. Trong hồi qui tuyến tính, hệ số r2 miêu tả sự tương hợp giữa đường thẳng và các số liệu thực nghiệm. (giá trị r2 bằng 1 miêu tả sự tương hợp hoàn hảo giữa đường thẳng với các số liệu). Định luật Buger – Lamber – Beer chỉ đúng với một khoảng xác định nồng độ chất màu. Ngoài khoảng nồng độ giới hạn, mối quan hệ giữa mật độ quang của dung dịch và nồng độ mẫu không còn tuân theo qui luật tuyến tính nữa. Do vậy, việc xây dựng đường chuẩn cũng cung cấp các thông tin về giới hạn của phép thử. Mỗi chất màu xác định sẽ có khoảng nồng độ giới hạn khác nhau. Trong khuôn khổ của bài thí nghiệm số 1, sinh viên sẽ thực hiện việc xác định max và xây dựng đường chuẩn của thuốc nhuộm Tartrazine. 2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1 Hóa chất Bài thí nghiệm sử dụng sản phẩm thuốc nhuộm Tartrazine (công thức phân tử C16H9N4Na3O9S2) của công ty Hach, Mỹ. Đây là chất tổng hợp có màu vàng, được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm. Hình 1.3 Công thức cấu tạo của thuốc nhuộm Tartrazine 2.2 Dụng cụ và thiết bị - Bình định mức 100 ml: 2 bình; - Bình định mức 10 ml: 2 bình; - Pipet 10 ml: 1 chiếc; - Cốc thủy tinh 100 ml: 3 cốc; - Đũa thủy tinh: 1 chiếc; - Máy đo quang, DR2700, Hach, Mỹ.
  12. 14 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường 3. CÁCH TIẾN HÀNH 3.1. Xác định bước sóng cực đại Chuẩn bị dung dịch thuốc nhuộm Tartrazine có nồng độ 10-5 M. Đo lần lượt giá trị mật độ quang của dung dịch từ các bước sóng 400 nm, 500 nm và 600 nm. Sau khi xác định được khoảng tăng mật độ quang, tiếp tục tăng bước sóng lên 10 nm/lần. Cuối cùng, tăng bước sóng lên 1 nm/lần để tìm được giá trị bước sóng cực đại của dung dịch. Sử dụng số liệu đo đạc để xây dựng phổ hấp thụ của dung dịch thuốc nhuộm Tartrazine 10-5M. 3.2. Lập đường chuẩn Chuẩn bị một loạt dung dịch thuốc nhuộm Tartrazine gồm 4 dung dịch có nồng độ 10-4M, 10-5 M, 10-6 M và 10-7 M. Đo lần lượt giá trị mật độ quang của các dung dịch pha, xuất phát từ nồng độ nhỏ nhất đến nồng độ lớn nhất. Nhập bộ số liệu thu được vào phần mềm Excel và xây dựng đường chuẩn chuẩn ứng với dung dịch thuốc nhuộm Tartrazine (sử dụng thuật toán bình phương tối thiểu đã cài sẵn trong phần mềm Excel). 4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ - Một kỹ thuật viên phòng thí nghiệm xác định bước sóng cực đại của dung dịch thuốc nhuộm Tartrazine là 427 2 nm. So sánh với giá trị đo được từ thực nghiệm của nhóm và nhận xét sự khác biệt nếu có. - Báo cáo phương trình đường chuẩn của dung dịch thuốc nhuộm Tartrazine. Tính toán hệ số xác định r2. - Thay lần lượt giá trị mật độ quang đo được của các dung dịch thuốc nhuộm Tartrazine đã pha (nồng độ 10-5 M, 10-6 M và 10-7 M) vào phương trình đường chuẩn. Tính sai số tương đối giữa nồng độ pha và nồng độ thu được từ đường chuẩn. Nhận xét về độ chính xác của đường chuẩn.
  13. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 15 Bài 2 XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ MANGAN TRONG NƯỚC MÁY 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Giới thiệu chung Mangan là nguyên tố phổ biến, chiếm khoảng 0,1% trong vỏ Trái đất. Các khoáng chất chủ yếu của mangan gồm piroluzit (chủ yếu là MnO2), haumanit (Mn3O4) và braunit (Mn2O3). Nồng độ mangan trong nước ngầm thường có giá trị cao hơn so với trong nước bề mặt. Ở nồng độ nhỏ hơn 0,1 mg/l, mangan có lợi cho sức khỏe. Tuy nhiên mangan ở khoảng nồng độ cao (từ 1 – 5 mg/l) sẽ gây ảnh hưởng đến con người. Những công nhân có tiếp xúc thường xuyên với khói, bụi mangan (từ các hoạt động công nghiệp như xử lý nghiền và sản xuất mangan, nhà máy pin khô và sản xuất que hàn ) sẽ có nguy cơ bị nhiễm độc. Người phơi nhiễm mangan ở nồng độ cao và trong thời gian dài, sẽ bị ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, đến phổi và hen suyễn. Một số hậu quả phổ biến khác như mất ngủ, giảm trí nhớ, đau thắt ngực, rối loạn tiêu hóa, buồn nôn và có thể bị bệnh Parkinson. Theo Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN 08: 2009/BTNMT), giá trị giới hạn của mangan trong nước ngầm là 0,5 mg/l. Đối với nước dùng cho mục đích sinh hoạt, giới hạn tối đa cho phép của mangan trong nước máy là 0,5 mg/l (theo tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống số 1329/2002/BYT/QÐ). Mangan trong nước sinh hoạt được xếp vào nhóm A, nhóm các chỉ tiêu cần kiểm tra thường xuyên (có tần suất kiểm tra một tuần/lần đối với nhà máy nước hoặc một tháng/lần đối với cơ quan y tế cấp tỉnh và huyện). 1.2. Phương pháp xác định 1.2.1. Phương pháp xác định theo TCVN 6002:1995 Nồng độ mangan trong nước mặt và nước uống có thể được xác định theo phương pháp trắc quang dùng fomaldoxim. Đây là phương pháp ký hiệu TCVN 6002:1995 do Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng Việt Nam ban hành. Phương pháp sử dụng phản ứng giữa dung dịch fomaldoxim với ion Mn2+ trong vào mẫu nước, tạo thành phức màu đỏ da cam. Phức chất mangan fomaldoxim bền ở pH trong khoảng từ 9,5 đến 10,5. Dung dịch sau đó được đo mật độ quang ở bước sóng 450 nm. Nếu mangan tồn tại dưới dạng huyền phù hoặc liên kết với các hợp chất hữu cơ, cần phải xử lí trước để chuyển mangan thành Mn2+. Ion Mn2+ tạo thành sau đó mới phản ứng được với fomaldoxim. Phạm vi áp dụng Phương pháp này dùng để xác định mangan trong khoảng nồng độ từ 0,01 mg/l đến 5 mg/l. Những nồng độ mangan lớn hơn 5 mg/l cũng có thể xác định được sau khi pha loãng mẫu thích hợp.
  14. 16 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Yếu tố ảnh hưởng Ion sắt (II) tạo phức màu tím với fomaldoxim và cản trở việc xác định mangan. Cách tốt nhất để loại trừ ảnh hưởng này là thêm một lượng như nhau của ion sắt (II) (thường dùng amoni sắt (II) sunfat) vào các dung dịch chuẩn, mẫu trắng và mẫu thử. 3- Coban ở nồng độ l mg/l gây kết quả tương đương với 40 g Mn/l. Nồng độ ion PO4 lớn hơn 2 mg/l (tính theo P) sẽ làm giảm kết quả trong khi canxi và magiê có mặt đồng thời với tổng nồng độ trên 300 mg/l sẽ làm cao kết quả. Nếu dung dịch bị đục sau khi tạo thành phức màu, có thể tiến hành li tâm trước khi đo mật độ quang. 1.2.2. Phương pháp 8149 của HACH Ngoài phương pháp đo quang dùng fomaldoxim của Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng Việt Nam, còn có các phương pháp phân tích từ các cơ quan Bảo vệ Môi trường của các nước và tổ chức khác. Một trong số đó là phương pháp số 8149 của công ty HACH, Mỹ. Cơ sở định lượng của phương pháp dựa vào việc đo mật độ quang của mẫu nước máy và mẫu pha chuẩn. Ban đầu, axit ascorbic được thêm vào mẫu để chuyển mangan từ các dạng có số oxi hóa cao hơn về Mn2+. Tiếp theo, hỗn hợp NaOH và NaCN được cho vào mẫu để tạo phức với các ion gây nhiễu. Cuối cùng, mẫu được thêm 1-(2-Pyridylazo)-2-Naphthol (ký hiệu PAN) để phản ứng với Mn2+ tạo thành phức có màu da cam. Dung dịch được đo mật độ quang ở bước sóng 560 nm. Đây là phương pháp được áp dụng trong bài thí nghiệm 2. Một trong những ưu điểm của phương pháp là có thể thực hiện ngay tại thực địa với gói hóa chất định lượng sẵn cho từng mẫu và máy đo quang xách tay. Phạm vi áp dụng Phương pháp 8149, phát triển bởi công ty HACH, Mỹ, dùng để xác định mangan trong khoảng nồng độ từ 0,006 mg/l đến 0,700 mg/l. Những nồng độ mangan lớn hơn 0,700 mg/l cũng có thể xác định được sau khi pha loãng mẫu. Phương pháp áp dụng với các mẫu nước sinh hoạt và nước thải. Yếu tố ảnh hưởng Các ion gây ảnh hưởng đến việc tạo phức của mangan với PAN được liệt kê trong Bảng 2.1. Bảng 2.1 Danh sách các chất và nồng độ gây ảnh hưởng Chất ảnh hưởng Nồng độ gây ảnh hưởng (mg/l) Nhôm 20 Cađimi 10 Canxi 1000 (mg/l CaCO3) Cobalt 20 Đồng 50 Sắt 25
  15. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 17 Chất ảnh hưởng Nồng độ gây ảnh hưởng (mg/l) Chì 0,5 Magiê 300 (mg/l CaCO3) Niken 40 Kẽm 15 2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1. Hóa chất và thiết bị theo TCVN 6002:1995 - Kali pesunfat (K2S2O8) - Natri sunfit khan (Na2SO3) - Dung dịch EDTA 0,24 mol/l. Hoà tan 90 g dinatri EDTA dihidrat (Na2EDTA.2H2O) và 19 g natri hiđroxit (NaOH) trong nước và pha loãng thành 1000 ml. - Dung dịch fomaldoxim. Hoà tan 10 g hiđroxylamoni clorua (NH3OHCl) trong khoảng 50 ml nước. Thêm 5 ml dung dịch metanal 35% (khối lượng/khối lượng) (HCHO, d = 1,08 g/ml) và pha loãng bằng nước đến 100 ml. Giữ dung dịch trong bình ở nơi tối và mát. Dung dịch bền ít nhất một tháng. - Dung dịch hiđroxylamoni clorua/amoniac chuẩn bị theo các bước gồm: + Dung dịch hiđroxylamoni clorua (NH3OHCl), 6 mol/l. Hoà tan 42 g hiđroxylamoni clorua trong nước và pha loãng thành 100 ml. + Dung dịch amoniac (NH3), 4,7 mol/l. Dùng nước pha loãng 70 ml amoniac đặc (d = 0,91 g/ml) thành 200 ml. Trộn hai thể tích bằng nhau của dung dịch amoniac và dung dịch hiđroxylamoni clorua đã chuẩn bị ở trên. - Dung dịch amoni sắt (II) sunfat hexahidrat [(NH4)2Fe (SO4)2.6H2O], 700 mg/l chuẩn bị theo các bước gồm: + Axit sunfuric (H2SO4) 3 mol/l. Thêm từ từ 170 ml axit sunfuric đặc (d = 1,84 g/ml) vào 750 ml nước. Để nguội rồi pha loãng thành 1000 ml. + Hoà tan 700 mg amoni sắt (II) sunfat hexahidrat trong nước, thêm 1 ml axit sunfuric 3 mol/l và pha loãng thành 1000 ml. - Dung dịch natri hiđroxit (NaOH) 4 mol/l. Hoà tan 160 g natri hiđroxit trong nước và pha loãng thành 1000 ml. - Dung dịch mangan tiêu chuẩn, tương đương với 100 mg Mn/l. Hoà tan 308 mg mangan sunfat monohidrat (MnSO4.H2O) vào nước trong bình định mức dung tích 1000 ml. Thêm 10 ml axit sunfuric 3 mol/l rồi định mức bằng nước và lắc đều. 1 ml của dung dịch chuẩn này chứa 0,1 mg Mn. Các dung dịch fomaldoxim, fomaldehyt, hiđroxylamoni clorua là những chất độc hại. Phải làm việc với các chất này trong tủ hút. Trong phân tích, chỉ dùng các thuốc thử tinh khiết phân
  16. 18 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường tích, nước đã qua trao đổi ion hoặc nước cất bằng thiết bị thủy tinh mà lượng vết mangan càng thấp càng tốt. 2.2. Hóa chất và thiết bị theo phương pháp 8149 của HACH Phương pháp 8149 sử dụng các hóa chất tổng hợp gồm: - Axit ascorbic - Hỗn hợp dung dịch NaOH và NaCN (dung dịch kiềm xianua). - Dung dịch 1-(2-Pyridylazo)-2-Naphthol (ký hiệu PAN) Dụng cụ và thiết bị - Pipet 10 ml: 01 chiếc - Cốc thủy tinh 100 ml: 01 chiếc - Máy đo quang, DR2700, Hach, Mỹ - Đũa thủy tinh: 01 chiếc. 3. CÁCH TIẾN HÀNH 3.1. Lấy mẫu và bảo quản Mẫu nước máy được lấy trong bình polyetylen, polyvinyl clorua hoặc thủy tinh. Khi lấy mẫu, axit hóa mẫu đến pH nhỏ hơn 2 bằng axit nitric đặc (khoảng 2 ml/lít mẫu). Việc axit hóa nhằm giảm sự hấp phụ mangan lên thành bình đồng thời tạo điều kiện hòa tan các dạng keo và kết tủa của mangan. Bảo quản mẫu ở nhiệt độ phòng, tối đa trong thời gian một tháng trước khi phân tích. Điều chỉnh pH của mẫu về khoảng giá trị từ 4 - 5 bằng dung dịch NaOH 5N trước khi phân tích. Hiệu chỉnh thể tích mẫu do phần dung dịch axit nitric và NaOH thêm vào. 3.2. Qui trình phân tích 3.2.1. Qui trình theo TCVN 6002:1995 Lập đường chuẩn Chuẩn bị hai dãy dung dịch. - Dãy A: 0 đến 0,50 mg/l mangan. Pha loãng 20 0,2 ml dung dịch mangan tiêu chuẩn chuẩn bị ở trên thành 1000 ml bằng nước trong bình định mức dung tích 1000 ml. Lấy 0; 10; 20; 30 và 40 ml dung dịch mangan vừa pha loãng vào 5 bình định mức dung tích 50 ml rồi thêm nước đến vạch. Thu được dãy dung dịch chuẩn 0; 0,1; 0,2; 0,3 và 0,4 mg/ l mangan. - Dãy B: 0 đến 5 mg/l mangan. Pha loãng 200 2 ml dung dịch mangan tiêu chuẩn (3.8) thành 1000 ml bằng nước trong bình định mức dung tích 1000 ml. Lấy 0; 10; 20; 30 và 40 ml dung dịch vừa pha loãng vào 5 bình định mức dung tích 50 ml rồi thêm nước đến vạch. Thu được dãy dung dịch chuẩn 0; 1; 2; 3 và 4 mg/l mangan.
  17. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 19 - Thêm 1ml dung dịch amoni sắt (III) sunfat và 2ml dung dịch EDTA đã chuẩn bị trong phần 2.1 vào từng dung dịch chuẩn vừa pha ở trên. Sau khi lắc đều, thêm 1ml dung dịch fomaldoxim và lập tức thêm 2 ml dung dịch natri hiđroxit. Lắc kĩ các dung dịch và để yên từ 5 đến 10 phút, sau đó vừa lắc vừa thêm 3 ml dung dịch hiđroxylamoni clorua/amoniac rồi để yên ít nhất 1 giờ. Trong khoảng 1 đến 4 giờ sau khi hiện màu, đo độ hấp thụ của các dung dịch bằng máy đo quang ở bước sóng 450 nm. Dùng mẫu trắng để so sánh. Với các dung dịch dãy A dùng cuvét 100 mm, với các dung dịch dãy B dùng cuvét 10 mm. Chuẩn bị mẫu thử Phần mẫu thử là 50ml mẫu đã axit hoá từ quá trình lấy mẫu (thích hợp nếu chứa mangan có nồng độ nhỏ hơn 5 mg/l). Thêm 1ml dung dịch amoni sắt (III) sunfat và 2ml dung dịch EDTA đã chuẩn bị trong phần 2.1 vào từng dung dịch chuẩn vừa pha ở trên. Sau khi lắc đều, thêm 1ml dung dịch fomaldoxim và lập tức thêm 2 ml dung dịch natri hiđroxit. Lắc kĩ các dung dịch và để yên 5 đến 10 phút, sau đó vừa lắc vừa thêm 3 ml dung dịch hiđroxylamoni clorua/amoniac rồi để yên ít nhất 1 giờ. Mẫu trắng Làm một mẫu trắng song song với mẫu thật bằng cách thay phần mẫu thử bằng 50 ml nước cất. Đo mật độ quang của mẫu trắng và mẫu thử, so sánh với đường chuẩn để thu được nồng độ mangan trong mẫu thử. 3.2.2. Qui trình theo phương pháp 8149 của HACH Phương pháp 8149 sử dụng đường chuẩn Mangan có sẵn trong máy DR2700 và đo ở bước sóng 560 nm. Do vậy, chỉ cần xác định mật độ quang của mẫu sau khi cho thuốc thử mangan ở dạng bột (ký hiệu HACH 2651700). Máy DR2700 đã có sẵn phần mềm, tự động đối chiếu kết quả mật độ quang của mẫu với đường chuẩn và hiển thị nồng độ mangan ở đơn vị mg/l. Cách tiến hành đo mẫu được minh họa trong các hình dưới đây. Chương trình lưu Mn: số 290 a. Lựa chọn chương b. Đổ 10 ml nước cất c. Cho 10 ml mẫu d. Cho thuốc thử trình phân tích vào trong cuvét để vào trong 1 cuvét dạng bột chứa axit Mangan trong máy làm mẫu trắng khác. Ascorbic vào cả 2 cuvét.
  18. 20 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường e. Đậy nắp và lắc đều 2 f. Nhỏ 12 giọt g. Nhỏ tiếp 12 giọt h. Bật chức năng đếm cuvét để hòa tan hoàn dung dịch kiềm dung dịch PAN vào giờ trên máy. Đồng hồ toàn hóa chất xianua vào mỗi mỗi cuvét. Trộn đều bắt đầu đếm ngược từ cuvét. Trộn đều dung dịch. 2 phút. dung dịch. i. Khi hết thời gian, lau k. Ấn phím Zero. Màn l. Lau khô cuvét chứa m. Ấn phím đọc khô cuvét chứa mẫu hình sẽ hiển thị: mẫu thử bằng giấy và (read) để hiển thị trắng bằng giấy và đưa 0,000 mg/l đưa vào khoang kết quả đo (mg/l) vào khoang chứa. chứa. 4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ - So sánh kết quả phân tích mẫu của nhóm với các tiêu chuẩn ngành và qui chuẩn quốc gia của Việt Nam về mangan; đánh giá chất lượng nước máy nơi lấy mẫu về chỉ tiêu mangan. - Thu thập các kết quả phân tích mangan tại cùng điểm lấy mẫu của các nhóm khác trong lớp. Tính toán độ lệch chuẩn của bộ số liệu thu thập và thảo luận kết quả thu được dựa vào các kiến thức về hóa nước. - Thu thập các kết quả phân tích sắt tại cùng điểm lấy mẫu; tìm mỗi liên hệ giữa nồng độ mangan và sắt trong nước máy tại nơi lấy mẫu bằng cách tính toán hệ số tương quan Pearson. Thảo luận kết quả thu được dựa vào các kiến thức về hóa nước.
  19. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 21 BÀI 3 XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CLO DƯ TRONG NƯỚC MÁY 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Giới thiệu chung Clo là chất khử trùng nhằm ngăn các bệnh lan truyền qua đường nước, được sử dụng phổ biến trong hệ thống cung cấp nước cho các cộng đồng nhỏ ở nhiều quốc gia. Khi cho clo vào trong nước sẽ diễn ra quá trình thủy phân tạo ra axit hypoclorit và axit clohydric. Khái niệm clo dư trong nước bao gồm clo tồn tại dưới dạng clo nguyên tố hòa tan, axit hypoclorơ hoặc ion hypoclorit. Cl2 + H2O HOCl + HCl Khả năng diệt trùng của clo phụ thuộc vào hàm lượng của axit hypoclorit (HOCl). HOCl có khả năng phản ứng với NH3 và các muối amoni trong nước tạo thành monocloramin và dicloramin. HOCl + NH3 NH2Cl + H2O HOCl + NH2Cl NHCl2 + H2O HOCl + NHCl2 NCl3 + H2O Khả năng diệt trùng của monocloramin thấp hơn của dicloramin khoảng từ 3 đến 5 lần. So với clo thì khả năng diệt trùng của dicloramin lại thấp hơn từ 20 đến 25 lần. Như vậy khi khử trùng nước có chứa NH3 và các muối amoni, muốn đạt được hiệu quả cao, cần sử dụng một lượng clo lớn để có được lượng clo dư cần thiết gọi là clo tự do. Ngoài ra, trên đường ống dẫn nước từ nhà máy xử lý đến hộ gia đình cũng cần giữ lại một lượng clo dư thích hợp. Lượng clo đưa vào nước được xác định theo thực nghiệm. Nếu hàm lượng clo dư trong nước thấp hơn mức tối thiểu 0,2 mg/l, nước cấp trong đường ống sẽ không đảm bảo vô trùng, nguy cơ các vi khuẩn gây bệnh đường tiêu hóa như Escherichia coli xâm nhập vào nước rất cao. Nếu hàm lượng clo dư trong nước cấp vượt quá giá trị giới hạn trong tiêu chuẩn (> 0,5 mg/l), khi uống nước có thể gây ngộ độc, tiếp xúc lâu sẽ gây tổn thương đường hô hấp, giác mạc. Phụ nữ uống nước chứa clo quá cao sẽ bị sẩy thai, hoặc có nguy cơ sinh con bị tật cao. Thêm vào đó, clo dư còn có khả năng phản ứng với một số chất hữu cơ trong nước tạo ra các sản phẩm phụ gây nguy hại như trihalometan. Các chất này đã được xem là các chất gây ung thư và được kiểm soát bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ. Theo Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam về chất lượng nước sinh hoạt (QCVN 02: 2009/BYT), giới hạn tối đa cho phép của clo dư là từ 0,3 – 0,5 mg/l (áp dụng đối với các cơ sở cung cấp nước). Đối tượng áp dụng trong qui chuẩn là nước sử dụng cho mục đích sinh hoạt thông thường không sử dụng để ăn uống trực tiếp hoặc dùng cho chế biến thực phẩm tại các cơ sở chế biến thực phẩm.
  20. 22 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường 1.2. Phương pháp xác định 1.2.1. Phương pháp xác định theo TCVN 6225-3:1996 Nồng độ clo dư trong nước máy có thể được xác định theo phương pháp chuẩn độ iốt. Đây là phương pháp ký hiệu TCVN 6225-3:1996 do Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường ban hành. Phạm vi áp dụng Phương pháp chuẩn độ iốt dùng để xác định clo dư trong khoảng nồng độ từ 0,71 mg/l đến 15 mg/l. Nguyên tắc chung Cho clo dư phản ứng với KI trong dung dịch axit để giải phóng I2. I2 vừa sinh ra bị khử ngay bằng lượng dư dung dịch chuẩn thiosunfat đã thêm trước vào dung dịch. Chuẩn độ lượng dư thiosunfat bằng dung dịch chuẩn KIO3. Các chất cản trở Các chất oxi hóa khác có trong mẫu có thể gây cản trở như brom, ozon, hyđropeoxit, permaganat, iodat, bromat và clo dioxit. 1.2.2. Phương pháp 8021 của HACH Clo dư còn được xác định theo phương pháp đo nhanh số 8021 của công ty HACH của Mỹ (tương đương với phương pháp chuẩn 4500 Cl của Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ). Các báo cáo chất lượng nước sinh hoạt thử nghiệm bằng phương pháp số 8021 của HACH được Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ chấp nhận là đủ độ tin cậy. Đây cũng là phương pháp được áp dụng trong bài thí nghiệm 3. Clo dư trong nước máy phản ứng với thuốc thử N,N-dietyl-p-phenylenediamin (ký hiệu DPD) tạo phức màu hồng (còn gọi là thuốc nhuộm Wurster). Dựa vào đường chuẩn clo dư và mật độ quang của mẫu nước máy, nồng độ clo dư trong mẫu được xác định. DPD (Amin) Thuốc nhuộm Wurster Imin Hình 3.1 Công thức cấu tạo của DPD và thuốc nhuộm Wurster
  21. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 23 Phạm vi áp dụng Phương pháp số 8021 của công ty HACH (Mỹ) dùng để xác định clo dư trong khoảng nồng độ từ 0,02 mg/l đến 2,00 mg/l. Phương pháp áp dụng với các mẫu nước sinh hoạt và nước thải sau xử lý. Yếu tố ảnh hưởng Các ion gây ảnh hưởng đến việc tạo phức của clo với N, N-dietyl-p-phenylenediamin được liệt kê trong bảng 3.1. Bảng 3.1 Danh sách các chất và nồng độ gây ảnh hưởng Chất ảnh hưởng Nồng độ gây ảnh hưởng (mg/l) Độ axit > 150 Độ kiềm > 250 Br2 ảnh hưởng ở mọi nồng độ ClO2 ảnh hưởng ở mọi nồng độ Cloramin có thể ảnh hưởng Độ cứng > 1000 (mg/l CaCO3) I2 ảnh hưởng ở mọi nồng độ Mangan (Mn4+, Mn7+) ảnh hưởng ở mọi nồng độ O3 ảnh hưởng ở mọi nồng độ 2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1. Hóa chất và thiết bị theo TCVN 6225-3:1996 - Nước cất không có clo. - KI tinh thể. - Dung dịch H3PO4 0,87 M. - Dung dịch KIO3 10 mmol/l. - Dung dịch Na2S2O3 10 mmol/l. - Hồ tinh bột. Dụng cụ sử dụng gồm buret 25 ml và các dụng cụ thủy tinh thông thường (bình tam giác, pipet).
  22. 24 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường 2.2. Hóa chất và thiết bị theo phương pháp 8021 của HACH Hóa chất Phương pháp 8021 sử dụng hóa chất dạng bột, thành phần hóa học gồm N, N-dietyl-p- phenylenediamin ký hiệu DPD (của công ty HACH, Mỹ). DPD dạng lỏng không bền do phản ứng với oxi trong không khí. Việc HACH sản xuất DPD dưới dạng bột đã làm giảm khả năng hóa chất này bị phân hủy do oxi và do phản ứng vi sinh. Dụng cụ và thiết bị - Pipet 10 ml: 1 cái. - Cốc thủy tinh 100 ml: 1 cái. - Máy đo quang, DR2700, HACH (Mỹ). - Đũa thủy tinh: 1 cái. 3. CÁCH TIẾN HÀNH 3.1. Lấy mẫu và bảo quản Lấy mẫu nước máy bằng chai thủy tinh. Trước khi lấy mẫu, tráng rửa sạch chai để loại bỏ hoàn toàn clo dư. Tuyệt đối không sử dụng chai nhựa do chai có thể chứa hợp chất có clo. Khi lấy mẫu nước máy cần phải đảm bảo tính đại diện. Cần mở vòi nước chảy trong 5 phút. Sau đó, lấy mẫu vào chai và đậy nắp sao cho không có khoảng trống trong chai. Mẫu cần phân tích ngay sau khi lấy do clo dư là chất oxi hóa mạnh, có khả năng tham gia phản ứng cao với nhiều chất vô cơ và hữu cơ trong nước. Các yếu tố gồm pH, nhiệt độ, độ muối và nồng độ chất phản ứng đều ảnh hưởng đến sự phân hủy của clo dư. 3.2. Qui trình phân tích 3.2.1. Qui trình theo TCVN 6225-3:1996 Tiến hành xác định ngay sau khi lấy mẫu. Lấy thể tích mẫu không quá 200 ml và chứa không nhiều hơn 0,21 mmol/l. Nếu nồng độ clo tổng số trong mẫu có thể vượt quá giá trị nêu trên thì pha loãng mẫu bằng nước cất không có clo. Cho mẫu cần xác định vào bình nón thể tích 500 ml. Dùng pipet thêm 10 ml dung dịch Na2S2O3 10 mmol/l và sau đó thêm tiếp các hóa chất theo thứ tự: 1 g KI tinh thể, 2 ml H3PO4 0,87 M và 1 ml hồ tinh bột. Chuẩn độ ngay bằng dung dịch KIO3 10 mmol/l đến khi xuất hiện màu xanh bền ít nhất 30 giây. Ghi thể tích KIO3 tiêu tốn. Từ các thể tích dung dịch đã chuẩn độ và áp dụng định luật đương lượng, tính toán lượng clo dư ban đầu.
  23. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 25 3.2.2. Qui trình theo phương pháp 8021 của HACH Đo mẫu Phương pháp 8021 sử dụng đường chuẩn clo dư có sẵn trong máy DR2700 và đo ở bước sóng 515 nm. Do vậy, chỉ cần xác định mật độ quang của mẫu sau khi cho thuốc thử DPD ở dạng bột (ký hiệu HACH 2105569). Máy DR2700 đã có sẵn phần mềm, tự động đối chiếu kết quả mật độ quang của mẫu với đường chuẩn và hiển thị nồng độ clo ở đơn vị mg/l. Cách tiến hành đo mẫu được minh họa trong hình 1. Chương trình lưu clo dư số 80 a. Lựa chọn chương b. Đổ 10 ml nước c. Cho cuvét vào d. Cho 10 ml mẫu trình phân tích clo dư cất vào trong cuvét. máy và điều chỉnh vào trong 1 cuvét trong máy. mật độ quang của khác. Cho thuốc thử mẫu trắng về 0. DPD vào cuvét chứa mẫu. e. Lắc đều cuvét để hòa tan hoàn toàn hóa f. Lau khô cuvét và đặt vào trong máy chất và chờ trong 20 giây để phản ứng diễn ra đo quang. Ấn phím đọc để hiện thị kết hoàn toàn (tạo phức màu hồng). quả đo (mg/l). 4. NHẬN XÉT KẾT QUẢ - So sánh kết quả phân tích mẫu của nhóm với các tiêu chuẩn ngành của Việt Nam về clo dư; đánh giá chất lượng nước máy nơi lấy mẫu về chỉ tiêu clo dư. - Thu thập các kết quả phân tích clo dư tại cùng điểm lấy mẫu của các nhóm khác trong lớp. Tính toán độ lệch chuẩn của bộ số liệu thu thập và thảo luận kết quả thu được dựa vào các kiến thức về hóa nước. - Thu thập các kết quả phân tích mangan tại cùng điểm lấy mẫu ở bài thí nghiệm số 2. Tìm mỗi liên hệ giữa nồng độ mangan và clo dư trong nước máy tại nơi lấy mẫu bằng cách tính toán hệ số tương quan Pearson. Thảo luận kết quả thu được dựa vào các kiến thức về hóa nước.
  24. 26 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường BÀI 4 LẤY MẪU NƯỚC HỒ AO TỰ NHIÊN VÀ NHÂN TẠO 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Giới thiệu chung Lấy mẫu là quá trình lấy một phần được coi là đại diện của một vùng nước, nhằm kiểm tra các đặc tính khác nhau đã định của nước. Tiếp nối sau lấy mẫu sẽ là quá trình xử lý, phân tích mẫu, tính toán và báo cáo kết quả. Mỗi quá trình đều có vai trò quan trọng trong phân tích môi trường. Sai số của mỗi khâu đều nằm trong khoảng cho phép sẽ là điều cần thiết để có kết quả báo cáo chính xác. Quá trình lấy mẫu bao gồm việc chuẩn bị dụng cụ và hóa chất trong phòng thí nghiệm, lựa chọn vị trí và phương pháp lấy mẫu đúng đắn. Mẫu phải đảm bảo tính đại diện, sau đó được bảo quản, vận chuyển và lưu giữ đúng qui cách trong phòng thí nghiệm. Nên lấy mẫu riêng cho từng mục đích phân tích như phân tích chỉ tiêu vật lý, hóa học, sinh học do các phương pháp, cách xử lý mẫu và thiết bị chuyên dụng sử dụng khác nhau. Mục đích lấy mẫu có ảnh hưởng lớn đến tần số và thời gian lấy mẫu. Tùy theo việc lấy mẫu sự kiện (kiểm tra các sự cố môi trường), lấy mẫu cho công tác kiểm tra chất lượng hoặc quan trắc môi trường mà tần số và thời gian lấy mẫu được lựa chọn phù hợp. Đối tượng lấy mẫu cũng rất đa dạng từ nước mưa, nước hồ ao tự nhiên và nhân tạo, nước sông, nước biển, nước thải, nước ngầm cho đến nước uống và nước dùng để chế biến thực phẩm. Do đó, cần thiết lập chương trình lấy mẫu chi tiết trước khi tiến hành và có các mẫu kiểm tra chất lượng cho toàn quá trình. 1.2. Phương pháp lấy mẫu Quá trình lấy mẫu ở hồ tự nhiên và nhân tạo được tiến hành theo phương pháp đã qui định trong tiêu chuẩn Việt Nam tương ứng (TCVN 5994 - 1995). Tùy theo mục đích của nghiên cứu mà người lấy mẫu có thể lấy mẫu đơn hay mẫu tổ hợp tại bề mặt hoặc theo chiều sâu của hồ. Mục đích của bài thí nghiệm số 2 là lấy mẫu tổ hợp nhằm đánh giá chất lượng (đối với một số chỉ tiêu vật lý và hóa học) của nước bề mặt trong hồ. 2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1. Hóa chất Mẫu nước hồ được lấy để phục vụ cho việc phân tích hai nhóm thông số trong các bài thí nghiệm tiếp theo. Nhóm 1 là các kim loại nặng (đồng, chì, kẽm), nhu cầu oxi hóa học (COD) và - - 3- - - ion NO3 . Nhóm 2 là các ion CN , PO4 , F , NO2 , độ màu, chất rắn lơ lửng và chất hoạt động bề mặt. Mẫu nước nên được lấy vào hai chai, mỗi chai dùng cho một nhóm thông số có cùng cách bảo quản. Cần chuẩn bị axit H2SO4 (tinh khiết phân tích, khoảng 98%) để đưa mẫu nước đến pH nhỏ hơn 2 đối với các thông số qui định.
  25. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 27 2.2. Dụng cụ Bình chứa mẫu cần phải giữ cho thành phần mẫu không bị mất do hấp phụ và bay hơi, hoặc bị nhiễm bẩn bởi các chất lạ. Đối với các thông số phân tích trong nhóm 1 và nhóm 2, cần sử dụng chai lấy mẫu làm bằng chất dẻo PE (polietilen) hoặc PET (Polyetilen terephtalat). Đối với mỗi mẫu nước cần chuẩn bị 2 chai mẫu dung dịch 500 ml. Với mỗi loạt 10 mẫu cần chuẩn bị thêm một chai mẫu trắng. Ngoài ra cần chuẩn bị các dụng cụ hỗ trợ lấy mẫu ngoài thực địa khác như pipet để hút axit H2SO4, dây, găng tay, gầu múc và hộp vận chuyển, bảo quản lạnh. 3. CÁCH TIẾN HÀNH 3.1. Chuẩn bị chương trình lấy mẫu Địa điểm lấy mẫu Lựa chọn một hồ tự nhiên hoặc nhân tạo để tiến hành lấy mẫu. Điều tra chi tiết về các nguồn thải chất ô nhiễm vào trong hồ (nguồn thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp; vị trí nguồn thải). Xác định các điểm lấy mẫu nhằm đánh giá chất lượng nước bề mặt trong hồ. Không lấy mẫu ở các vị trí có sự phân bố không đồng đều chất cần phân tích trong hồ (ví dụ các điểm ngay sát cống thải). Tìm và thu thập bản đồ, thông tin về địa điểm lấy mẫu. Chuẩn bị dụng cụ và hóa chất ở phòng thí nghiệm. Các chai lấy mẫu cần tráng rửa sạch theo qui định. Chuẩn bị thùng chứa và bảo quản lạnh mẫu, biên bản lấy mẫu và nhãn mẫu. Axit H2SO4 98% (tinh khiết phân tích) nên được mang trong lọ thủy tinh nhỏ và vận chuyển cẩn thận. 3.2. Phương pháp lấy mẫu Tùy theo đặc điểm hiện trường mà người lấy mẫu lựa chọn số mẫu đơn để từ đó trộn thành mẫu tổ hợp. Các mẫu được lấy sao nhằm đại diện cho đặc điểm của nguồn thải và diện tích hồ. Mẫu đơn thường được lấy thủ công. Dụng cụ đơn giản nhất để lấy mẫu trên mặt nước là xô hoặc bình rộng miệng. Nhúng dụng cụ lấy mẫu xuống nước sâu khoảng 20 cm tính từ mặt hồ và kéo lên sau khi nạp đầy. Nạp mẫu vào đầy chai chứa mẫu và đậy nút sao cho không có không khí ở trên mẫu. Điều đó hạn chế tương tác với pha khí và việc rung lắc mẫu khi vận chuyển. Các bình chứa mẫu cần được dán nhãn rõ ràng. Một số chi tiết về mẫu cần được ghi lên nhãn gồm ký hiệu mẫu, ngày tháng, địa điểm lấy mẫu, cách thức bảo quản. Nếu cần dùng nhiều bình cho một mẫu, thường phải đánh dấu bình bằng mã số và ghi chép đầy đủ chi tiết về mẫu vào biên bản. Nhãn và biên bản lấy mẫu phải hoàn thành ở ngay thời gian lấy mẫu. Biên bản lấy mẫu cần phải có những thông tin sau: a) Địa điểm lấy mẫu, tọa độ và mọi thông tin về địa điểm. b) Chi tiết về điểm lấy mẫu. c) Ngày tháng lấy mẫu. d) Phương pháp lấy mẫu.
  26. 28 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường e) Thời gian lấy mẫu. f) Người lấy mẫu. g) Điều kiện thời tiết. h) Chất bảo quản đã đưa thêm vào mẫu (tên hóa chất; thể tích sử dụng) i) Dữ liệu thu thập tại hiện trường. Thể tích mẫu cần lấy đủ để phân tích theo qui trình, cho phân tích mẫu lặp và cho mẫu lưu. Thể tích mẫu quá nhỏ có thể làm mẫu mất tính đại diện. Ngoài ra lượng mẫu lấy ít cũng làm tăng ảnh hưởng hấp phụ bởi vì tỷ số giữa thể tích và diện tích nhỏ. Khi lấy mẫu đơn cần thể tích tối thiểu 0,5 lít. Trộn đều các mẫu đơn và lấy thể tích mẫu tổ hợp là 1 lít. Mẫu lấy cần được giữ trong bóng tối và bảo quản ngay ở 4oC. 3.3. Bảo quản và vận chuyển mẫu Bảo quản mẫu Chai mẫu dùng phân tích các chỉ tiêu thuộc nhóm 1 (mục 2.1) cần axit hóa đến pH nhỏ hơn 2. Sau đó tất cả các chai mẫu đều cần được bảo quản trong hộp ở nhiệt độ từ 2oC đến 5oC. Có thể làm lạnh mẫu bằng cách cho chai mẫu vào hộp xốp rồi cho đá kín xung quanh. Đây là cách làm lạnh đơn giản và đủ trong đa số trường hợp để bảo quản mẫu trong khi vận chuyển đến phòng thí nghiệm và trong thời gian ngắn trước khi phân tích. Vận chuyển mẫu Các bình chứa mẫu cần được vảo vệ và làm kín để chúng không bị hỏng hóc gây mất mát một phần mẫu trong khi vận chuyển. Cần đóng gói để bảo vệ các bình chứa khỏi bị nhiễm bẩn từ bên ngoài và bị vỡ, và vật liệu đóng gói không được là nguồn nhiễm bẩn. Trong khi vận chuyển, các mẫu cần được giữ lạnh và tráng ánh sáng, nếu có thể, đặt mỗi mẫu trong một vỏ riêng không thấm nước. Tiếp nhận và bảo quản mẫu tại phòng thí nghiệm Khi mẫu được chở đến phòng thí nghiệm và không thể phân tích ngay thì mẫu cần được bảo quản trong những điều kiện tránh bị nhiễm bẩn từ bên ngoài cũng như bất kì thay đổi nào về hàm lượng của những chất cần xác định. Nên dùng tủ chứa mẫu chuyên dụng (nhiệt độ luôn duy trì ở mức nhỏ hơn 4oC) trong phòng tối để bảo quản mẫu. 3.4. Kiểm tra chất lượng quá trình lấy mẫu Luôn phải làm mẫu trắng trong quá trình lấy mẫu. Đổ đầy nước cất vào một chai chứa mẫu để làm mẫu trắng. Vận chuyển mẫu trắng đến hiện trường, bảo quản và phân tích như mẫu thật để kiểm tra việc làm sạch các bình chứa cũng như các ô nhiễm mẫu có thể có trong quá trình lấy. 4. NHẬN XÉT QUÁ TRÌNH LẤY MẪU - Đánh giá các nguồn ô nhiễm mẫu có thể có trong quá trình lấy mẫu. - Đánh giá vai trò của quá trình lấy mẫu trong phân tích môi trường.
  27. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 29 BÀI 5 XÁC ĐỊNH XIANUA 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Giới thiệu chung Xianua có trong nước từ nguồn nước thải công nghiệp, từ hoá chất đãi vàng, tuyển quặng, xử lý hơi nóng trong luyện thép. Xianua là một độc tố, hàm lượng Xianua bị ảnh hưởng bởi giá trị pH. Trong môi trường axit hoặc trung tính HCN chiếm ưu thế, nhưng ở pH lớn hơn 8,5 một lượng đáng kể Xianua xuất hiện. Khi đó độc tính sẽ giảm đi do HCN có độc tính mạnh gấp hai lần dạng ion CN-. Hàm lượng CN- cho phép theo tiêu chuẩn chất lượng Việt Nam cho nước sinh hoạt là 0,1 mg/l. Xianua có độc tính cao gây ảnh hưởng tới tuyến giáp và hệ thần kinh. Ion CN- gây ức chế các men chứa kim loại Fe, Cu tạo thành phức chất giữa kim loại với gốc CN-, cản trở quá trình vận chuyển các chất trong cơ thể và hô hấp tế bào bị ức chế. Nếu nồng độ CN- không đủ gây chết người thì nó sẽ tách ra khỏi các men và chuyển thành ion SCN- không độc và được đào thải bởi thận. 1.2. Phương pháp xác định 1.2.1 Phương pháp xác định theo TCVN 6181 -1996 Hàm lượng xianua trong mẫu nước được xác định theo phương pháp chuẩn độ dùng hiệu ứng Tyndall. Đun nóng mẫu nước với axit clohidric trong sự có mặt của ion đồng (I). Lôi cuốn HCN được giải phóng theo luồng không khí sang bình hấp thụ chứa dung dịch NaOH. Dưới điều kiện của phương pháp này, các xianua đơn chất và liên kết phức chất gồm các hợp chất hữu cơ chứa nhóm xyan tạo nên hiđro xianua. Xianua hidrin được phát hiện từng phần. Các nhóm CN của các hợp chất được xác định theo từng phần dạng toàn bộ các xianua hoặc axit hiđroxyanic trong nước không tính đến các nitril đơn (R- CN), xianat và các thioxyanat và xyan clorua. Phương pháp chuẩn độ Tyndall được áp dụng đối với dung dịch hấp thụ có hàm lượng xianua lớn hơn 0,005 mg/l. Phương pháp này không áp dụng được cho các dung dịch đục, mặc dù các dung dịch hơi đục có thể chuẩn độ được. Trong một số trường hợp, các dung dịch đục nhiều có thể làm sạch bằng cách lắc với 1 - 2 ml tetraclorua cacbon, việc tách pha có thể làm nhanh bằng cách li tâm. Ion xianua phản ứng với ion bạc theo phương trình: - + - 2CN + Ag → [ Ag(CN)2] Các ion bạc dư phản ứng tạo kết tủa bạc xianua: - + [ Ag(CN)2] + Ag → 2 AgCN
  28. 30 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Việc thêm kali iodua làm tăng việc xác định điểm kết thúc (vì khả năng hòa tan của bạc iodua kém hơn bạc xianua): Ag+ + I- → AgI Việc hình thành keo AgI được gọi là chuẩn độ theo hiệu ứng Tyndall. 1.2.2 Phương pháp 8027 của HACH Hàm lượng xianua được xác định dựa vào phương pháp đo nhanh 8027 của công ty HACH (Mỹ) dùng để xác định xianua trong nước, nước thải và nước biển. Phương pháp có tên gọi Piridine - pyrazalone - được sử dụng với hàm lượng CN- trong nước từ 0,002 – 0,240 mg/l. Phương pháp dựa trên phản ứng của Piridine pyrazalone với CN- tạo thành phức màu xanh dương. Bằng việc đo cường độ màu của phức chất sẽ xác định được hàm lượng CN- có trong mẫu. Phép đo được thực hiện ở bước sóng 612 nm. 2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1 Phương pháp xác định theo TCVN 6181 -1996 Dung dịch HCl (d = 1,12 g/ml) và HCl 1M; Dung dịch NaOH 1M và 5M; Dung dịch SnCl2: hòa tan 50 gam thiếc (II) clorua ngậm 2 phân tử nước trong 40 ml dung dịch HCl 1M và pha loãng với nước tới thể tích 100 ml. Sau mỗi tuần phải chuẩn bị dung dịch mới. Dung dịch CuSO4 0,8M; hòa tan 200 g CuSO4.5H2O trong nước và pha loãng tới thể tích 1000 ml. Bình chưng cất 3 cổ, dung tích 500 ml, có các chỗ nối hình nón chuẩn (cổ giữa 29/32, các cổ bên 14,5/23). Bình sinh hàn; Bình hấp thụ, đảm bảo không cho chất lỏng chảy ngược; Lưu tốc kế Chai rửa, dung tích 250 ml, để lọc không khí; pH mét, có gắn điện cực thủy tinh vào các cổ bên cạnh của bình chưng cất. Bình định mức các loại. Chưng cất HCN từ mẫu nước bằng cách gạn (Hình 5.1): Rót 10 ml NaOH 1M vào bình hấp thụ, nối bình này với bình ngưng, nối ống hút và điều chỉnh lưu lượng không khí tới 20 l/h. Rót vào bình chưng cất theo thứ tự sau: 30 ml nước, 10 ml dung dịch đồng (II) sunfat, 2 ml dung dịch thiếc (II) clorua, 100 ml mẫu thử và 10 ml dung dịch HCl đặc. Nối chai rửa chứa khoảng 100 ml dung dịch NaOH vào phễu và đun nóng bình định mức đến sôi. Điều chỉnh lưu lượng không khí đến 20 l/h. Để tốc độ hồi lưu từ 1 đến 2 giọt/giây. Nếu nồng độ xianua thấp hơn 0,1 mg/l thì tăng thể tích mẫu thử lên 200 ml. Trong trường hợp này tăng thể tích dung dịch đồng (II)
  29. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 31 sunfat lên đến 20 ml, dung dịch thiếc (II) clorua 4 ml và dung dịch HCl đặc đến 20ml. Đun hồi lưu hỗn hợp trong 1 giờ. Tiến hành thử mẫu trắng song song với phép xác định mẫu thử, nhưng thay mẫu thử không chứa xianua đã xử lý theo cùng một phương thức như đối với mẫu thử. Dung dịch bạc nitrat AgNO3 0,01M và 0,001 M. Bảo quản dung dịch trong bình tối màu và chuẩn lại nồng độ trước mỗi lần dùng. Dung dịch kali iodua: hòa tan 20 g KI trong nước và pha loãng tới thể tích 100 ml. Buret tối màu có thể tích đo chính xác tới 0,005 ml. Máy khuấy từ có mặt khuấy và cách khuấy màu đen. Bình chuẩn độ làm bằng thủy tinh, không vạch, đường kính trong khoảng 25 mm, dung tích 20 ml. Hình 5.1 Thiết bị tách HCN bằng cách gạn.
  30. 32 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Nguồn ánh sáng có cường độ cao, ví dụ như đèn kính hiển vi có thấu kính điều chỉnh được tiêu điểm và có màng chắn hoặc một bộ đèn chiếu phim dương bản có màng chắn hoặc đèn hai chùm tia có hệ thống soi quang. Độ mở của ống kính từ 4 mm đến 6 mm. Thiết bị sử dụng để xác định ion xianua dùng hiệu ứng Tandall được mô tả trong Hình 5.2 Hình 5.2 Thiết bị sử dụng để xác định ion xianua dùng hiệu ứng Tandall. 2.2 Phương pháp đo nhanh số 8027 của HACH Bột thuốc thử Cyaniver ® Cyanide 3, 4 và 5: mỗi loại 1 gói; Pipet 10 ml: 1 chiếc; Cuvet đo hình vuông 10 ml: 2 chiếc; Máy đo quang DR2700 - HACH. 3. CÁCH TIẾN HÀNH 3.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu Lấy mẫu vào chai thủy tinh hoặc chai nhựa và tiến hành phân tích càng sớm càng tốt. Sự có mặt của các chất oxi hoá, sunfua và axit béo có thể làm thất thoát xianua, do đó các mẫu có chứa các chất trên cần phải được xử lý trước khi bảo quản mẫu bằng natri hiđoxit. Nếu mẫu chỉ chứa sunfua thì không cần phải xử lý mà cần phải tiến hành đo trong vòng 24 giờ kể từ khi lấy mẫu. Bảo quản mẫu bằng cách thêm 4,0 ml dung dịch tiêu chuẩn natri hiđoxit 5,0 N vào mỗi lit mẫu. Kiểm tra pH của mẫu, thông thường 4,0 ml dung dịch tiêu chuẩn natri hiđoxit 5,0 N đủ để nâng giá trị pH của mẫu nước hoặc mẫu nước thải lên tới 12. Trong trường hợp cần thiết có thể thêm dung dịch natri hiđroxit 5,0 N.
  31. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 33 Bảo quản ở nhiệt độ 4°C hoặc thấp hơn. Mẫu có thể bảo quản trong 14 ngày. Trước khi tiến hành đo, điều chỉnh pH của mẫu về giá trị 7 bằng dung dịch chuẩn HCl 2,5N. Hiệu chỉnh lại thể tích của mẫu bằng việc trừ đi thể tích của axit và bazơ thêm vào. 3.2. Qui trình phân tích 3.2.1 Qui trình phân tích theo TCVN 6181 -1996 Chuyển lượng mẫu chứa trong bình hấp thụ sang bình định mức một vạch dung tích 25 ml. Tráng bình ba lần mỗi lần khoảng 3 ml nước rồi đổ nước tráng sang bình định mức, pha loãng với nước tới vạch và lắc đều. Việc chuẩn độ được tiến hành trong phòng tối là tốt nhất. Đặt bình định mức trong luồng ánh sáng. Nếu hiệu ứng Tyndall không nhìn thấy rõ thì dùng pipet chuyển 10 ml dung dịch sang hai bình chuẩn độ và thêm vào mỗi bình một giọt dung dịch KI. Đặt một bình chuẩn độ lên máy khuấy từ và bỏ cánh khuấy vào. Đặt bình thứ 2 vào giữa bình thứ nhất và nguồn ánh sáng. Nếu dùng đèn chùm kép thì đặt các bình cạnh nhau. Nhúng đầu pipet chứa dung dịch bạc nitrat vào dung dịch, bật máy khuấy từ và bắt đầu chuẩn độ. Chuẩn độ thật từ từ vì quá trình tạo thành bạc iodua xảy ra chậm. Điểm kết thúc chuẩn độ đạt được khi độ đục do hiệu ứng Tyndall có thể nhìn thấy rõ. Điều này có thể dễ dàng nhận thấy bằng cách so với mẫu so sánh không thêm dung dịch bạc nitrat. Ghi lại thể tích bạc nitrat đã sử dụng. Nếu thể tích này lớn hơn 5 ml, dùng pipet chuyển hai phần phân tích nhỏ hơn (ví dụ 1 ml) của dung dịch trong bình định mức sang bình chuẩn độ và thêm dung dịch NaOH 0,4M để có được thể tích 10 ml. Lặp lại quá trình chuẩn độ. Tính toán kết quả Nồng độ xianua tổng tính bằng mg/l theo công thức: Trong đó: Vo là thể tích toàn phần của dung dịch bạc nitrat cần cho hai lần chuẩn độ trong thử mẫu trắng, ml; V1 là thể tích của dung dịch bạc nitrat cần cho lần chuẩn độ thứ nhất, ml; V2 là thể tích của dung dịch bạc nitrat cần cho lần chuẩn độ thứ hai, ml; Vs là thể tích của mẫu thử, ml; - f1 = 0,052 là khối lượng của CN tương đương với 1 ml dung dịch bạc nitrat 0,001 M, mg; f2 = 0,8 vì chỉ 80% lượng chứa trong bình hấp thụ đã lấy để chuẩn độ; fs = 0,97 vì thể tích của mẫu thử tăng do thêm chất bảo quản ngay sau khi lấy mẫu.
  32. 34 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Nếu trong quá trình trung hòa đối với mỗi lít mẫu dùng nhiều hơn 10 ml thuốc thử thì cứ đối với 10 ml hệ số này sẽ nhỏ đi 0,01. 3.2.2 Qui trình phân tích theo phương pháp 8027 của HACH 1. Chọn chương trình 2. Chuyển 10 ml nước 3. Chuẩn bị mẫu đo: 4. Lắc mẫu trong 30 phân tích chỉ tiêu đo mẫu đo vào cuvet. Cho 1 gói thuốc thử giây. xianua số 160 trên máy Cyaniver Cyanide 3 vào đo quang. và đậy nắp cuvet. 5. Để yên mẫu trong 6. Cho thêm tiếp 1 gói 7. Lắc mẫu trong 8. Cho thêm tiếp 30 giây. thuốc thử Cyaniver 10 giây và thực hiện thuốc thử Cyaniver Cynide 4 và đậy nắp ngay bước thứ 8. Cynide 5. cuvet lại. 9. Lắc kỹ cuvet, 10. Đặt thời gian phản ứng 11 Chuẩn bị mẫu trắng: 12. Lau sạch cuvet nếu có mặt xianua 30 giây, dung dịch sẽ hút 10 ml nước cất cho và đưa vào máy đo. mẫu sẽ chuyển sang chuyển từ màu hồng sang vào cuvet. màu hồng. màu xanh.
  33. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 35 13. Chỉnh mẫu trắng 14. Lau cuvet mẫu về giá trị 0. và đưa vào máy đo. Kết quả hiển thị là mg/l của CN- Chú ý: - Tất cả các hợp chất của xianua đều rất bền, do đó có thể bảo quản mẫu ở môi trường kiềm (pH > 11), có thể sử dụng dung dịch natri hiđroxit 2N. - Không nên để lẫn mẫu với các chất có pH thấp hơn như là axit và thậm chí cả nước. Để tránh thất thoát hoặc rò rỉ mẫu, cần cẩn thận tránh sự thoát khí hiđro xianua. 4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ - So sánh kết quả phân tích mẫu của nhóm với Qui chuẩn Việt Nam về hàm lượng xianua trong từng loại nước; đánh giá chất lượng nước nơi lấy mẫu về chỉ tiêu xianua. - Thu thập các kết quả phân tích xianua tại cùng điểm lấy mẫu của các nhóm khác trong lớp. Tính toán độ lệch chuẩn của bộ số liệu thu thập và thảo luận kết quả thu được dựa vào các kiến thức về hóa nước. - Từ hàm lượng xianua phân tích được, hãy cho biết nếu mẫu nước mặt được sử dụng để xử lý làm nguồn nước cấp thì cần phải áp dụng những biện pháp xử lý nào để loại bỏ hàm lượng xianua.
  34. 36 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Bài 6 XÁC ĐỊNH PHÔTPHAT 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Giới thiệu chung Phôtpho là một nguyên tố thiết yếu trong việc sinh trưởng và phát triển của thực vật. Tuy nhiên, ở nồng độ cao vượt quá tiêu chuẩn cho phép, nguyên tố này cũng có thể trở thành một chất gây ô nhiễm nguồn nước. Trong môi trường nước ngọt, phôtpho là một nguyên tố chính gây nên hiện tượng phú dưỡng. Trong nước tự nhiên và nước thải, phôtpho tồn tại chủ yếu dưới dạng ion phôtphat. Việc xác định phôtphat đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với các nhà kỹ sư môi trường do các hợp chất của phôtpho có ảnh hưởng rất lớn tới môi trường nước. Phần lớn các hợp chất vô cơ của phôtpho tồn tại dưới dạng phôtphat hoặc ở dạng polyphôtphat hay phôtphat ngưng tụ. Bảng 6.1 Các dạng hợp chất thường gặp của phôtpho trong môi trường Tên gọi Công thức Octophôtphat Trinatriphôtphat Na3PO4 Đinatriphôtphat Na2HPO4 Điamôni phôtphat (NH4)2HPO4 Polyphôtphat Natri hexametaphôtphat Na3 (PO4)6 Natritripolyphôtphat Na3P3O10 Tetranatri pyrophôtphat Na4P2O7 Ngoài hai dạng phôtphat chính nêu trên, trong nước cũng tồn tại dạng photpho hữu cơ. Dạng này được tạo thành chủ yếu trong quá trình sinh học. Chất thải từ cơ thể động vật và con người cùng với thức ăn thừa chứa phôtphat hữu cơ là nguồn gốc của chất ô nhiễm dạng này. Photpho hữu cơ cũng được tạo thành trong quá trình xử lý nước thải sinh học hoặc trong tinh thể nước tự nhiên. 1.2. Phương pháp xác định 1.2.1 Phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999 Phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999 qui định phương pháp xác định florua, clorua, nitrit, orthophôtphat, bromua, nitrat và sunfat trong nước ít bị ô nhiễm. Tiêu chuẩn này
  35. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 37 dựa trên việc tách sắc kí lỏng ion bằng cột tách, dùng chất trao đổi anion dung lượng thấp làm pha tĩnh và các dung dịch nước thông thường của các muối chứa các axit yếu bậc một hoặc bậc hai làm pha động (dung dịch rửa giải). Dùng detector đo độ dẫn để xác định hàm lượng mẫu. 1.2.2 Phương pháp số 8048 của HACH Hàm lượng phôtphat trong nước được xác định bằng phương pháp đo quang. Trong phương pháp này, phôtphat phản ứng với amoni môlypđat trong điều kiện axit để tạo thành phức amoni photpho môlypđat: 3- + + PO4 + 12(NH4)2MoO4 + 24H → (NH4)3PO4.12MoO3 + 21NH4 + 12H2O Môlypden trong phức amoni photpho môlypdat bị khử bởi axit ascobic để tạo thành phức chất màu xanh da trời được gọi là môlypden xanh da trời. Mật độ quang của môlypđen xanh da trời được đo bằng máy đo quang ở 880 nm. Octophôtphat được xác định bằng cách phân tích mẫu không bị thủy phân. Một lượng phôtphat ngưng tụ cũng được phân tích ở cùng điều kiện thí nghiệm. Do ảnh hưởng đó, khái niệm P phản ứng đôi khi được dùng để miêu tả phôtphat đã xác định trong mẫu không bị thủy phân. Phôtphat ngưng tụ được chuyển thành octophôtphat do thủy phân và tổng phôtphat vô cơ (octophôtphat + phôtphat ngưng tụ) được xác định. Một lượng phôtphat hữu cơ cũng có thể bị giải phóng trong quá trình xử lí mẫu và ảnh hưởng đến việc phân tích. Các chất gây ảnh hưởng đến phép đo hàm lượng phôtphat được liệt kê trong Bảng 6.2. Bảng 6.2 Các chất gây ảnh hưởng đến xác định hàm lượng phôtphat Chất gây ảnh hưởng Hàm lượng gây ảnh hưởng Nhôm > 10 mg/l Asenat Gây ảnh hưởng ở mọi hàm lượng Crôm > 100 mg/l Đồng > 10 mg/l Hiđrosunfit Gây ảnh hưởng với mọi hàm lượng Sắt > 100 mg/l Niken > 300 mg/l pH đệm Với các mẫu có pH quá cao cần xử lý trước khi phân tích. pH tối ưu của mẫu là trong khoảng 2 -10. Silic > 50 mg/l Kẽm > 80 mg/l Độ đục hoặc độ màu Có thể gây ảnh hưởng đến kết quả đo do hoá chất bột có thể hoà tan một lượng chất rắn và hấp thụ một lượng đáng kể octôphôtphat. Với các mẫu có độ đục hoặc độ màu cao cần sử dụng gói bột xử lý mẫu phôtphat trước khi phân tích cho vào 25 ml lắc kỹ và dùng để chuẩn zero cho máy đo quang.
  36. 38 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Trong tài liệu này, phôtphat được xác định theo phương pháp số 8048 của công ty Hach, Mỹ. Phép đo được xác định với nồng độ octôphôtphat từ 0,02 – 2,50 mg/l. 2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1 Hóa chất và thiết bị cho phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999 Máy sắc kí lỏng ion; Tủ sấy; Bình hút ẩm; Bình định mức các loại; Thiết bị lọc hút chân không với màng lọc cỡ lỗ trung bình 0,45µm; Natri hiđrocacbonat (NaHCO3); Natri hiđrocacbonat (Na2CO3); Kali hiđro phtalat (C8H5O4K); Kali dihiđrophtalat (KH2PO4). Hình 6.1 Sơ đồ hệ thống sắc kí lỏng ion. Máy sắc kí lỏng trao đổi ion gồm những phần sau: Bình chứa dung dịch rửa giải; Bơm cao áp có hiệu suất đập rất nhỏ; Hệ thống bơm mẫu; Cột trước, cột tách với hiệu quả tách theo yêu cầu; Detector độ dẫn, có hoặc không có thiết bị nén; Bộ ghi.
  37. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 39 2.2 Hóa chất và thiết bị cho phương pháp số 8048 Gói thuốc thử PhosVer 3 phosphate Powder Pillow Máy đo quang DR 2700; Bình dung tích 50 ml: 1 chiếc; Cuvet đo mẫu có nút đậy, 10 ml : 1 chiếc. 3. CÁCH TIẾN HÀNH 3.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu Lấy mẫu bằng chai nhựa hoặc chai thủy tinh được làm sạch bằng dung dịch axit HCl 1:1 và tráng bằng nước cất. Không nên dùng các loại xà phòng có chứa phôtphat để rửa dụng cụ thủy tinh dùng trong phân tích hàm lượng phôtphat. Để có kết quả chính xác cần thực hiện phân tích càng sớm càng tốt. Nếu không phân tích ngay được thì có thể bảo quản mẫu ở nhiệt độ 4oC trong vòng 48 giờ sau khi lấy mẫu. Đưa mẫu trở lại nhiệt độ phòng trước khi phân tích. 3.2 Qui trình phân tích 3.2.1 Qui trình theo phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999 Pha các dung dịch rửa giải phù hợp với cột tách sắc kí lỏng và detector. Qui trình sau đây - - - trình bày cách pha dung dịch rửa giải có thể dùng để phân tích riêng biệt các ion F , Cl , NO2 , 3- - 2- PO4 NO3 và SO4 . Cách pha dung dịch rửa giải Lấy 25,4 gam natri cacbonat và 25,2 gam natri hiđrocacbonat cho vào bình định mức 1000 ml rồi thêm nước cất đến vạch mức. Dung dịch này chứa 0,24 mol/l natri cacbonat và 0,3 mol/l natri hiđro cacbonat, dung dịch bền được vài tháng nếu bảo quản ở 4oC đến 6oC (dung dịch A). Lấy 10 ml dung dịch A pha loãng bằng nước cất khử ion đến thể tích 1000 ml được dung dịch có chứa 0,0024 mol/l natri cacbonat và 0,003 mol/l natri hiđro cacbonat (dung dịch B). Lấy 20,5 g kali hiđrophtalat vào bình định mức 1000 ml và thêm nước đến vạch. Hút 10 ml dung dịch vừa pha được pha loãng tiếp bằng nước cất tới thể tích 1000 ml. Dung dịch thu được chứa 0,001 mol/l kali hiđrophtalat. (dung dịch C) Dung dịch gốc 3- Chuẩn bị dung dịch gốc chứa 1000 mg/l PO4 : cân 1,433 g octophôtphat – KH2PO4 đã sấy khô ở 105oC trong 1 giờ pha bằng nước cất trong bình định mức tới thể tích 1000 ml. Dung dịch này bền được vài tháng nếu bảo quản lạnh.
  38. 40 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Từ dung dịch gốc, pha loãng ra thành 5 đến 10 dung dịch chuẩn khác nhau có nồng độ cần xác định từ 0,1 mg/l tới 1 mg/l . Các dung dịch này chỉ bền trong khoảng từ 1- 2 ngày. Lắp cột sắc kí lỏng ion vào máy. Điều chỉnh máy sắc kí theo hướng dẫn của nhà sản xuất, máy bắt đầu sử dụng được để bơm mẫu khi đường nền ổn định. Tiến hành bơm các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau để tiến hành lập đường chuẩn cho máy. Thiết lập hàm chuẩn cho cho việc xác định ion cần phân tích theo phương trình sau: y = ax + b Trong đó: y là giá trị đo được (độ lớn của tín hiệu) tính theo chiều cao pic, mm; hoặc diện tích pic mm2; a là độ dốc của đường chuẩn, ví dụ mml/mg hoặc mm2l/mg; b là điểm cắt của đường chuẩn với trục hoành (dung dịch trắng) theo đơn vị mm hoặc mm2. x là nồng độ khối lượng của ion cần phân tích, mg/l. Định tính hàm lượng ion cần phân tích bằng cách so sánh với thời gian lưu, chiều cao pic của dung dịch tiêu chuẩn. Nếu mẫu có hàm lượng cao vượt quá khoảng phân tích, cần tiến hành pha loãng mẫu. Sau khoảng 10 – 20 lần đo, cần đo lại nồng độ của 1 -2 dung dịch chuẩn. Tính toán lại nồng độ dung dịch chuẩn, nếu có sự sai lệch cần tiến hành lập lại đường chuẩn mới. Tính toán kết quả Xác định hàm lượng anion (x) trong dung dịch mẫu dựa trên diện tích hoặc chiều cao pic và đường chuẩn như sau: x = yb/a Trong đó: y là giá trị đo được (tín hiệu) tính theo chiều cao pic, mm hoặc diện tích pic mm2; a là độ dốc của đường chuẩn, ví dụ mml/mg hoặc mm2l/mg; b là điểm cắt của đường chuẩn với trục hoành (dung dịch trắng) theo đơn vị mm hoặc mm2. 3.2. Qui trình theo phương pháp 8048 của HACH Sử dụng phương pháp dùng bột thuốc thử PhosVer 3 (Axit ascobic).
  39. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 41 1. Chọn chương trình 2. Chuyển 10 ml nước 3.Cho 1 gói bột thuốc 4. Đặt thời gian phản đo 490 trên máy đo mẫu vào cuvet đo. thử PhosVer 3 vào mẫu ứng là 2 phút. Nếu quang. nước, đậy nắp cuvet và phân huỷ mẫu bằng lắc nhanh trong 30 giây axit pesunfuric thì cho bột tan hoàn toàn. cần thời gian là 10 phút. 5. Chuẩn bị mẫu trắng: 6. Khi máy báo thời 7. Chỉnh về giá trị zero 8. Lau cuvet chứa hút 10 ml nước mẫu gian phản ứng đã hết, cho mẫu trắng. mẫu và chuyển mẫu cho vào cuvet thứ hai. lau sạch cuvet chứa vào máy đo. Kết quả mẫu trắng và chuyển đo tính theo hàm 3- vào máy đo. lượng mg/l PO4 . Chú ý: - Asenat có thể ảnh hưởng đến kết quả đo nếu có trong mẫu ở nồng độ lớn hơn 0,1 mg l-1 bằng cách tạo phức màu xanh da trời với môlypdat. Điều này có thể loại bỏ bằng cách khử asenat về asenit bằng cách thêm vài giọt dung dịch KI 5% vào mẫu. Silicat có thể ảnh hưởng ở nồng độ lớn hơn 10 mg l-1. Sunfit có thể ảnh hưởng ở nồng độ lớn hơn 1 mg l-1. Crômat và nitrat cũng có thể gây ảnh hưởng âm ở nồng độ lớn hơn 1 mg l-1. - Nếu mẫu bị đục hoặc có độ màu cao, chuẩn bị mẫu trắng như sau. Trộn 100 ml dung dịch axit sunfuric với 30 ml dung dịch amôni môlypđat. Không cho kali antimon tartarat hoặc axit ascobic. Hút 8 ml hỗn hợp này vào bình 50 ml và cho nước đến vạch. Xác định mật độ quang như miêu tả ở trên và trừ đi trong giá trị tương ứng của mỗi mẫu nhưng không trừ đối với mẫu chuẩn. 4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ - So sánh kết quả phân tích mẫu của nhóm với giá trị giới hạn Qui chuẩn Việt Nam; đánh giá chất lượng nước nơi lấy mẫu về chỉ tiêu phôtphat. - Nước trong hồ (sông) có dấu hiệu bị phú dưỡng không.
  40. 42 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Bài 7 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG F- TRONG MẪU NƯỚC MẶT 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Giới thiệu chung Hàm lượng ion florua trong nước bề mặt thường rất nhỏ và thay đổi trong khoảng rộng. Trong nước ngầm, tùy thuộc vào điều kiện và cấu tạo địa chất, hàm lượng flo có thể cao tới 10 mg/l. Trong nước thải công nghiệp hóa học và thủy tinh, hàm lượng flo cũng khá cao. Hàm lượng flo trong nước sinh hoạt có ảnh hưởng rất lớn tới răng. Ở nồng độ lớn hơn 1,5 mg.l-1, các bệnh về răng do flo tăng (răng trở nên mất màu, dòn, dễ gẫy và có vết chấm). Mặt khác, nồng độ florua giảm lại liên quan tới việc tăng các trường hợp bị mục xương (như phá hoại răng). Nồng độ xấp xỉ 1 mg.l-1 được coi là tối ưu cho răng. Vì vậy, ở những vùng nước có hàm lượng flo thấp người ta phải bổ sung flo vào nước cấp. Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam về chất lượng nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT) - hàm lượng flo trong mẫu nước cấp cho sinh hoạt nằm trong giới hạn 1 – 1,5 mg l-1, nhưng phải được xử lý theo qui định. Hàm lượng giới hạn từ 1,5 - 2 mg l-1 áp dụng đối với tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự. 1.2 Phương pháp xác định Có nhiều phương pháp phân tích xác định hàm lượng flo. Trong tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6494-1999), hàm lượng ion florua được xác định bằng phương pháp sắc kí lỏng ion. Ngoài phương pháp trên, hàm lượng flo còn được xác định xác định bằng phương pháp đo quang với thuốc nhuộm ziriconium đỏ. 1.2.1 Phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999 Trong phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999, ion florua được tách bằng cột tách. Dùng chất trao đổi anion dung lượng thấp làm pha tĩnh và các dung dịch nước thông thường của các muối chứa các axit yếu bậc một hoặc bậc hai làm pha động (dung dịch rửa giải). Dùng detector đo độ dẫn để xác định hàm lượng mẫu. Qui trình phân tích theo phương pháp này cho phép xác định nồng độ florua trong nước từ 0,01 mg – 10 mg/l. (Xem chi tiết trong mục 1.2.1 bài thí nghiệm số 6). 1.2.2. Phương pháp đo nhanh số 10225 của HACH Hàm lượng F- trong mẫu nước cũng được xác định theo phương pháp đo nhanh số 10225 của công ty Hach (Mỹ). Phương pháp đo nhanh xác định flo dựa trên phản ứng của flo với dung dịch thuốc nhuộm zirconium đỏ. Flo phản ứng với một phần zirconium tạo thành phức không màu, màu đỏ của thuốc nhuộm đã bị hấp thụ theo nồng độ flo. Với các mẫu nước biển và nước thải cần phải chưng cất trước khi đo. Bước sóng đo hàm lượng flo là 580 nm.
  41. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 43 Phạm vi áp dụng Phương pháp đo nhanh số 10225 áp dụng để phân tích mẫu nước mặt, nước thải và nước biển với hàm lượng florua trong khoảng từ 0,02 – 2,0 mg/l. Nếu mẫu có hàm lượng vượt ngoài khoảng đo, cần pha loãng mẫu với nước cất khử ion. 2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1 Hóa chất và thiết bị cho phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999 - Thiết bị gồm: + Máy sắc kí lỏng ion; + Tủ sấy; + Bình hút ẩm; + Thiết bị lọc hút chân không với màng lọc cỡ lỗ trung bình 0,45µm; - Natri hiđrocacbonat (NaHCO3); - Natri hiđrocacbonat (Na2CO3); - Kali hiđro phtalat (C8H5O4K); - Natri florua (NaF). 2.2 Phương pháp số 10225 của HACH Dung dịch SPADNS: 4 ml; Nước cất: 10 ml; Pipet, thể tích 2-ml: 1 cái; Pipet, thể tích 10-ml: 1 cái; Pipet bầu: 1 cái; Cuvet: 2 cái; Máy ổn nhiệt: 1 máy; Máy đo quang DR 2700 hoặc DR 5000: 1 máy. 3. CÁCH TIẾN HÀNH 3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu Mẫu được lấy vào chai thủy tinh hoặc chai plastic sạch ít nhất 7 ngày trước khi phân tích, bảo quản mẫu ở nhiệt độ 4oC hoặc thấp hơn. Mẫu phân tích và nước cất được đưa về nhiệt độ phòng (± 1°C) trước khi tiến hành đo.
  42. 44 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường 3.2 Qui trình phân tích 3.2.1 Qui trình theo phương pháp sắc kí lỏng ion Pha các dung dịch rửa giải giống như trong mục 3.2.1 của bài thí nghiệm số 6. Dung dịch gốc: Chuẩn bị dung dịch gốc chứa 1000 mg/l F- (cân 2,2100 g NaF đã sấy khô ở 105oC trong 1 giờ pha bằng nước cất trong bình định mức tới thể tích 1000 ml). Dung dịch này bền được vài tháng nếu bảo quản lạnh. Từ dung dịch gốc, pha loãng ra thành 5 - 10 dung dịch chuẩn khác nhau có nồng độ cần xác định từ 0,1 mg/l tới 1 mg/l . Các dung dịch này chỉ bền trong khoảng từ 1- 2 ngày. Lắp cột sắc kí lỏng ion vào máy. Điều chỉnh máy sắc kí theo hướng dẫn của nhà sản xuất, máy bắt đầu sử dụng được để bơm mẫu khi đường nền ổn định. Tiến hành bơm các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau để tiến hành lập đường chuẩn cho máy. Thiết lập hàm chuẩn cho cho việc xác định ion cần phân tích theo phương trình sau: y = ax + b Trong đó: y là giá trị đo được (độ lớn của tín hiệu) tính theo chiều cao pic, mm hoặc diện tích pic mm2; a là độ dốc của đường chuẩn, ví dụ mml/mg hoặc mm2l/mg; b là điểm cắt của đường chuẩn với trục hoành (dung dịch trắng) theo đơn vị mm hoặc mm2. x là nồng độ khối lượng của ion cần phân tích, mg/l. Định tính hàm lượng ion cần phân tích bằng cách so sánh với thời gian lưu, chiều cao pic của dung dịch tiêu chuẩn. Nếu mẫu có hàm lượng cao vượt quá khoảng phân tích, cần tiến hành pha loãng mẫu. Sau khoảng 10 – 20 lần đo, cần đo lại nồng độ của 1 -2 dung dịch chuẩn. Tính toán lại nồng độ dung dịch chuẩn, nếu có sự sai lệch cần tiến hành lập lại đường chuẩn mới. Tính toán kết quả Xác định hàm lượng anion (x) trong dung dịch mẫu dựa trên diện tích hoặc chiều cao pic và đường chuẩn như sau: x = yb/a Trong đó: y là giá trị đo được (tín hiệu) tính theo chiều cao pic, mm hoặc diện tích pic mm2; a là độ dốc của đường chuẩn, ví dụ mml/mg hoặc mm2l/mg; b là điểm cắt của đường chuẩn với trục hoành (dung dịch trắng) theo đơn vị mm hoặc mm2.
  43. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 45 3.2.2 Phương pháp số 10225 của HACH 1. Chọn chỉ tiêu phân 2. Chuẩn bị mẫu: Dùng 3. Chuẩn bị mẫu trắng: 4. Thêm cẩn thận 2 ml tích số 190. pipet hút 10 ml nước Dùng pipet hút 10 ml hóa chất SPADNS vào mẫu vào cuvet khô nước cất vào cuvet khô mỗi cuvet. Lắc đều để thứ nhất. thứ hai trộn lẫn. 5. Đặt thời gian phản 6. Khi hết thời gian, đo 7. Chỉnh giá trị về 0 8. Đo mẫu, đọc kết quả - ứng là 1 phút. mẫu trắng. 0,00 mg/l F- đo theo đơn vị mg/l F Chú ý: Nếu máy báo nồng độ mẫu nằm ngoài khoảng cho phép, pha loãng mẫu với một thể tích nước cất tương đương và tiến hành thao tác lại, dùng dung dịch này trong bước 2 và nhân kết quả đo lên 2 lần. 4. NHẬN XÉT KẾT QUẢ - So sánh kết quả phân tích mẫu của nhóm với Qui chuẩn Việt Nam về hàm lượng flo trong từng loại nước; đánh giá chất lượng nước máy nơi lấy mẫu về chỉ tiêu flo. - Thu thập các kết quả phân tích flo tại cùng điểm lấy mẫu của các nhóm khác trong lớp. Tính toán độ lệch chuẩn của bộ số liệu thu thập và thảo luận kết quả thu được dựa vào các kiến thức về hóa nước. - Từ hàm lượng florua phân tích được, hãy cho biết nếu mẫu nước mặt được sử dụng để xử lý làm nguồn nước cấp: a) có cần thiết phải florua hóa nguồn nước đó không, biết rằng mọi người dùng kem đánh răng có chứa florua; b) thêm hoặc loại bỏ florua trong nhà máy xử lý nước; c) Liệu có nguy hiểm do có quá nhiều florua đối với những người vừa dùng kem đánh răng có chứa florua và nước florua hóa.
  44. 46 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Bài 8 XÁC ĐỊNH ĐỘ MÀU TRONG MẪU NƯỚC MẶT 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Giới thiệu chung Nước thiên nhiên sạch thường không có màu sắc. Nhưng trong thực tế, nước tinh khiết quan sát được khi có ánh sáng truyền qua ở độ sâu vài mét cho màu lam nhẹ, nhưng có thể biến đổi khi trong nước có các chất ô nhiễm tạo nên nhiều màu khác nhau. Nước tự nhiên phần lớn có màu nâu hơi vàng do chứa các thành phần đặc thù như sắt, các hạt sét, các chất mùn (hoặc màu xanh lá cây do trong nước có tảo) và màu có thể không quan sát được do các chất hòa tan hoàn toàn. Màu sắc của nước là đặc tính quang học về sự thay đổi thành phần quang phổ của ánh sáng trông thấy được truyền qua. Màu sắc bên ngoài (màu biểu kiến) của nước là màu sắc do các chất hòa tan và huyền phù không hòa tan được xác định trong mẫu nước ban đầu khi chưa lọc hoặc li tâm. Màu sắc thực của nước là màu chỉ do các chất hòa tan, được xác định sau khi lọc mẫu nước qua màng lọc có cỡ lỗ 0,45µm Nước thải từ các nguồn khác nhau thường có màu sắc khác nhau. Trong nhiều trường hợp, màu của nước còn bị ảnh hưởng bởi hoạt động của các vi sinh vật, các hạt bùn, đất lơ lửng, thực vật, tảo sống trong nước cũng như do các muối kết tủa gây nên. 1.2. Phương pháp xác định Việc xác định chính xác và hoàn toàn khách quan màu sắc của nước tương đối khó, nên trong một số trường hợp, người ta còn phải mô tả về sắc thái và cường độ màu bằng lời có kèm theo các con số định lượng. Màu sắc của nước có thể xác định một cách định tính bằng mắt thường dựa vào việc so sánh với một mẫu chuẩn. Tuy nhiên, cách này cho kết quả không được chính xác, chỉ cho biết được sắc thái và màu sắc cơ bản của mẫu nước. 1.2.1 Phương pháp trắc phổ theo TCVN 6185 – 1996 Để mô tả chính xác màu sắc của mẫu nước người ta tiến hành đo phổ hấp thụ của mẫu nước trong vùng khả kiến. Cách này cho phép đo được tương đối chính xác về cường độ gần đúng của màu sắc, và việc so sánh được thực hiện trên máy so màu quang điện. Phương pháp mô tả đặc điểm về cường độ màu của mẫu nước bằng cách đo độ giảm cường độ (độ hấp thụ) của ánh sáng. Các màu khác nhau tạo ra độ hấp thụ cực đại ở các bước sóng khác nhau của bức xạ tới và bước sóng có độ hấp thụ cực đại phải được xác định khi đo độ giảm cường độ (độ hấp thụ) ở bước sóng đó.
  45. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 47 Quang phổ hấp thụ của nước tự nhiên có màu nâu vàng nhạt thông thường cho thấy độ hấp thụ chỉ ở đoạn cuối bước sóng ngắn của quang phổ nhìn thấy được. Nếu không chọn được bước sóng ở độ hấp thụ cực đại thì chọn các bước sóng gần với 400 nm trong vùng có sự hấp thụ thích hợp. Trong vùng này, bước sóng của tia thủy ngân ở 436 nm là thích hợp nhất để đo màu của nước tự nhiên về độ tái lập. Nước công nghiệp có thể có màu cho độ hấp thụ mạnh ở các vùng khác của quang phổ nhìn thấy được. Do vậy sẽ thu được những kết quả tốt nhất nếu phép đo được thực hiện ở bước sóng có độ hấp thụ cực đại của bức xạ tới của mẫu thử. Các phép đo màu ở các bước sóng khác không thể so sánh với phép đo ở 435 nm. 1.2.2. Phương pháp số 8025 của HACH Ngoài phương pháp xác định theo TCVN 6185 - 1996, độ màu của mẫu nước còn được đo bằng phương pháp đo nhanh số 8025 do công ty Hach, Mỹ nghiên cứu và phát triển (tương đương với phương pháp chuẩn 253 của Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ). Chương trình đo độ màu được chuẩn theo đơn vị màu theo tiêu chuẩn APHA đã được đề cập. Một đơn vị độ màu tương đương với 1 mg/l platin theo ion cloroplatinat. Phép đo được tiến hành ở chỉ tiêu số 120 và 125 với các bước sóng riêng biệt lần lượt là 455 và 465 nm. 2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1 Phương pháp trắc phổ theo TCVN 6185 – 1996 Quang phổ kế (A), có các bộ chọn lọc biến đổi liên tục (dạng lăng kính hoặc lưới sắt) có khả năng làm việc trong giải bao trùm vùng quang phổ có thể nhìn thấy được, tức là từ 350 nm đến 780 nm) và thích hợp nhất là thiết bị ghi có chùm tia kép. Quang phổ kế (B), có các bộ chọn lọc biến đổi không liên tục (dạng lọc), ở các bước sóng càng gần 436 nm càng tốt và các bước sóng khác. Nếu sự hấp thụ ở các vùng khác nhau của quang phổ nhìn thấy cần đo và giải càng hẹp càng tốt. 2.2. Phương pháp đo nhanh số 8025 của HACH Dung dịch axit clohidric 1N; Dung dịch NaOH 1N; Nước cất; Bộ dụng cụ lọc nước cất với các màng lọc có đường kính lỗ là 0,45µm được nối với bơm hút chân không; Cuvet: 2 cái; Máy ổn nhiệt: 1 máy; Máy đo quang DR 2700: 1 máy.
  46. 48 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường 3. CÁCH TIẾN HÀNH 3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu Mẫu được lấy vào chai nhựa hoặc chai thủy tinh sạch. Tiến hành đo độ màu càng sớm thì kết quả đo độ màu của mẫu càng chính xác. Nếu không phân tích được ngay, cần nắp chặt chai mẫu tránh để khoảng trống chứa không khí trong chai. Tránh để mẫu tiếp xúc với không khí trong một thời gian dài Mẫu được bảo quản trong vòng 24 giờ ở nhiệt độ 4oC. Đưa mẫu tới nhiệt độ phòng trước khi đo. 3.2 Qui trình phân tích 3.2.1 Qui trình theo phương pháp trắc phổ (TCVN 6185 – 1996) Nếu mẫu nước phân tích đục, cần lọc qua màng lọc có kích thước lỗ là 0,45µm. Nếu trong mẫu có đất sét hoặc các chất phân tán mịn thì có thể không thu được dịch lọc trong. Trong trường hợp này, chỉ có thể đo được màu sắc bên ngoài. Nếu cần thiết, phải pha loãng mẫu với lượng xác định nước tinh khiết dùng để phân tích quang học. Xác định bước sóng của độ hấp thụ cực đại đối với nước công nghiệp Bước sóng của độ hấp thụ cực đại được xác định bằng quang phổ của mẫu thử thu được từ một trong các phương pháp sau: Dùng quang phổ kế (A) theo hướng dẫn sử dụng của nhà sản xuất đo các chỉ số hấp thụ qua suốt dải từ 350 nm đến 780 nm và vẽ đồ thị hấp thụ dựa vào bước sóng, tính theo nm. Dùng quang phổ kế tự ghi (A) để ghi quang phổ trực tiếp; Dùng quang phổ kế (B) để tiến hành đo với các bộ chọn ánh sáng khác nhau. Xác định màu sắc Đối với nước tự nhiên, đo độ hấp thụ của mẫu trong cuvet có kích cỡ thích hợp ở bước sóng 436 nm. Đối với nước công nghiệp, đo độ hấp thụ của mẫu trong cuvet có kích cỡ thích hợp ở bước sóng có độ hấp thụ cực đại như đã xác định ở phần trên. Báo cáo kết quả Tính toán hệ số hấp thụ quang phổ a(λ), tính theo giá trị nghịch đảo của mét ở bước sóng λ theo công thức: A a( ) 1000 l Trong đó:
  47. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 49 A - độ hấp thụ của mẫu ở λ nm; l - độ dày của cuvet sử dụng, tính theo mm. Đối với nước tự nhiên, λ có giá trị 436 nm. Quang phổ của các chất hòa tan tự nhiên trong nước phụ thuộc vào độ pH. Do vậy, người ta cho rằng độ pH của mẫu thử liên quan đến màu sắc. Trong trường hợp sự phát xạ không phải là đơn sắc, phải ghi rõ bước sóng và giải quang phổ (ví dụ λ = 436 nm và Δ λ = 21 nm). 3.2.2. Qui trình theo phương pháp 8025 của HACH Qui trình sử dụng thuốc thử NCASI cần điều chỉnh pH của mẫu nước tới giá trị 7,6 bằng dung dịch HCl 1N hoặc NaOH 1N. Khi điều chỉnh pH, nếu tổng thể tích của mẫu vượt quá 1%, thì cần sử dụng axit hoặc bazơ đậm đặc hơn. Đặt chương trình đo số 125 khi tiến hành đo theo qui trình này Trong phép đo độ màu, bỏ qua bước số 3 – 5 và bước 7. Dùng nước không khử ion trong bước 6 và mẫu không lọc trong bước 8. 1. Chọn chỉ tiêu phân 2. Lấy 200 ml nước 3. Lọc mẫu qua màng 4. Lọc khoảng 50 ml tích số 125 mẫu vào một cốc thủy lọc có đường kính lỗ nước cất khử ion để tinh dung tích 400 ml. là 0,45µm. làm sạch dụng cụ, Điều chỉnh pH tới giá sau đó đổ lượng nước trị 7,6 này đi. 5. Lọc tiếp 50 ml 6. Chuẩn bị mẫu trắng: 7. Lọc khoảng 50 ml 8. Chuẩn bị mẫu thử: nước cất qua màng lọc và đong 10 ml nước nước mẫu qua màng Lấy chính xác 10 ml lọc. cất khử ion như trong lọc. mẫu thử đã lọc vào bước 5 vào cuvet thứ cuvet. nhất. Đổ bỏ lượng nước dư trong bình lọc.
  48. 50 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường 9. Đặt cuvet chứa 10. Chỉnh máy về giá trị 11. Chuyển cuvet chứa 12. Đọc kết quả hiển mẫu trắng vào máy để 0. Trên màn hình hiển mẫu vào máy và đo. thị trên máy theo hàm hiệu chỉnh. thị giá trị là 0 đơn vị lượng mg/l Pt –Co. Pt -Co. 4. NHẬN XÉT KẾT QUẢ - So sánh kết quả phân tích của nhóm với QCVN 02 – 2009 của Bộ Y tế. Nhận xét bằng cảm quan về màu sắc của mẫu nước. - Màu sắc của mẫu nước bị ảnh hưởng bởi những nguyên nhân nào? Những ion phổ biến nào thường gây nên màu sắc của mẫu nước.
  49. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 51 Bài 9 XÁC ĐỊNH CHẤT RẮN LƠ LỬNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Giới thiệu chung Chất rắn lơ lửng là các chất không tan trong nước hoặc nước thải. Chất rắn có thể gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng nước theo nhiều con đường khác nhau. Chúng phân hủy trong nước uống và làm giảm khả năng dùng nước cho mục đích tưới và công nghiệp. Nước có hàm lượng chất rắn cao cần các xử lí cơ học và hóa học. Việc xác định chất rắn lơ lửng là rất cần thiết trong việc đánh giá ô nhiễm nước. Nó được dùng rộng rãi để xác định mức độ của nước thải sinh hoạt và hiệu suất của quá trình xử lí nước. Việc xác định chất rắn ổn định cũng quan trọng trong phân tích nước thải. Thông số này dùng để quyết định liệu quá trình lắng sơ cấp có cần thiết cho xử lí nước. Mẫu đo cần phải được lấy vào các chai nhựa sạch, sau khi lấy mẫu cần đo càng sớm càng tốt. Mẫu có thể bảo quản trong vòng 7 ngày tại nhiệt độ 4oC. Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) trong nước có thể là các hạt chất vô cơ, hữu cơ. Chất rắn lơ lửng thường có trong nước mặt do hoạt động xói mòn nhưng ít có trong nước ngầm do khả năng tách lọc tốt của đất. Ngoài các hạt chất rắn lơ lửng có nguồn gốc tự nhiên, nhiều chất rắn lơ lửng xuất phát từ các hoạt động sinh hoạt, sản xuất của con người. 1.2. Phương pháp xác định 1.2.1. Phương pháp xác định theo TCVN 6625-2000 Mẫu nước được lọc qua màng lọc sợi thủy tinh đã biết trước khối lượng. Giấy lọc được sấy ở 105oC và đem cân lại. Tổng lượng chất rắn lơ lửng được xác định từ khối lượng tăng của giấy lọc và thể tích mẫu lọc. Giới hạn dưới của phép đo là 2 mg/l. 1.2.2. Phương pháp số 8006 của HACH Phạm vi áp dụng Phương pháp 8006 của công ty HACH (Mỹ) dùng để xác định TSS trong nước máy và nước thải với hàm lượng TSS từ 5 – 750 mg/l tại bước sóng 810 nm. 2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1. Hóa chất và thiết bị theo TCVN 6625-2000 Bình hút ẩm;
  50. 52 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Tủ sấy; Cân phân tích, có thể cân đến 0,1 mg; Phễu Buchner và bình hút chân không hoặc bình lọc Millipore; Giấy lọc sợi thủy tinh, Whatman GF/C hoặc tương tự. 2.2. Hóa chất và thiết bị theo phương pháp 8006 của HACH Cốc nhựa dung tích 600 ml: 1 chiếc; Máy khuấy; Cylinder nhựa dung tích 500 ml: 1 chiếc; Cuvet đo mẫu: 1 chiếc. 3. CÁCH TIẾN HÀNH 3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu - Mẫu có thể được lấy vào chai nhựa hoặc thủy tinh. - Cần phân tích mẫu sau khi lấy càng sớm càng tốt. - Có thể bảo quản mẫu ở 4oC trong vòng 7 ngày. 3.2. Qui trình phân tích 3.2.1. Qui trình phân tích theo TCVN 6625:2000 Rửa màng lọc trong bình lọc ở điều kiện chân không với một lượng nhỏ nước cất. Lấy giấy lọc khỏi thiết bị lọc, đặt trong đĩa làm bằng nhôm hoặc thép không gỉ và sấy trong tủ sấy ở 105oC trong 1 giờ. Làm nguội trong bình hút ẩm và cân. Lặp lại việc sấy, hút ẩm và cân cho đến khi thu được khối lượng cân không đổi hoặc sai lệch nhỏ hơn 0,5 mg. Đặt giấy lọc vào thiết bị lọc và thấm ướt bằng nước cất. Đo chính xác thể tích mẫu (100 – 500 ml) đã được trộn đều và lọc mẫu qua màng lọc ở điều kiện chân không nhẹ. Rửa các chất rắn còn bám trên ống. Thao tác rửa lặp lại 3 lần, mỗi lần dùng 10 ml nước cất. Lọc nước rửa qua màng lọc. Lấy giấy lọc và sấy khô trong tủ sấy ở 105oC trong 1 giờ. Làm nguội trong bình hút ẩm và cân. Tính toán hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) theo công thức: 1000.(MM ) SS(.) mg l 1 t d V Trong đó: Mt là khối lượng của giấy lọc sau khi lọc (mg), Md là khối lượng của giấy lọc trước khi lọc (mg) và V là thể tích mẫu (ml).
  51. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 53 3.2.2. Qui trình theo phương pháp 8006 của HACH Các bước tiến hành bao gồm: 1. Chọn chương trình 2. Chuyển mẫu vào 3. Chuyển mẫu vào cốc 4. Rót mẫu vào cuvet phân tích chỉ tiêu đo máy khuấy ở tốc độ 600 ml. 10 ml. chất rắn lơ lửng trên cao trong 2 phút. máy đo quang. 5. Chuẩn bị mẫu trắng: 6. Lau sạch cuvet và 7. Chỉnh zero cho máy. 8. Xoáy cuvet để loại hút 10 ml nước cất cho chuyển vào máy đo. bỏ bọt khí . vào cuvet. 9. Lau sạch và đưa cuvet 10. Đọc kết quả đo mẫu vào máy đo. TSS (mg/l). 4. NHẬN XÉT KẾT QUẢ - So sánh kết quả phân tích mẫu của nhóm với các tiêu chuẩn ngành của Việt Nam về hàm lượng cặn lơ lửng; đánh giá chất lượng nước máy nơi lấy mẫu về hàm lượng cặn lơ lửng. - Thu thập các kết quả phân tích clo dư tại cùng điểm lấy mẫu của các nhóm khác trong lớp. Tính toán độ lệch chuẩn của bộ số liệu thu thập và thảo luận kết quả thu được dựa vào các kiến thức về hóa nước.
  52. 54 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Bài 10 XÁC ĐỊNH NITRAT 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Giới thiệu chung Trong nước tự nhiên luôn tồn tại một lượng nitrat đáng kể. Ion nitrat trong nước mặt không ô nhiễm chủ yếu do các quá trình biến đổi hóa học trong nước, như quá trình nitrat hóa. Quá trình này là sự oxi hóa ion amôni thành nitrat do vi khuẩn hoạt động ở điều kiện hiếu khí. Vi khuẩn + nitrosomonas oxi hóa NH4 thành nitrit: + - + - NH4 + OH + 1,5O2 → H + NO2 + 2H2O trong khi vi khuẩn nitrobacter oxi hóa nitrit thành nitrat: - - NO2 + 0,5O2 → NO3 Ngoài ra, sự sa lắng từ không khí cũng là một nguồn quan trọng của ion nitrat trong nước - -1 mặt. Hàm lượng nền của NO3 - N từ sa lắng không khí khoảng 0,9 – 1,0 mg l nhưng ở nhiều nơi trên thế giới, giá trị này tăng đến 5 – 10 mg l-1 do nhiều quá trình phát thải. Nước thải công - -1 nghiệp, đô thị và nông nghiệp chứa hàm lượng cao đến 50 – 100 mg NO3 - N l có thể thải lượng lớn nitrat vào nước mặt và nước ngầm, cuối cùng là vào nước cấp. Hàm lượng nitrat trong nước uống đang tăng lên như một cảnh báo với những nước phát triển cũng như đang phát triển, phần lớn do việc xử lí nước thải chưa hợp lý dùng dư phân bón. - -1 -1 Qui định hiện hành của WHO trong nước uống là 50 mg NO3 l (hoặc 11 mg N l ). Không - thấy có ảnh hưởng nào đến sức khỏe đối với nước có hàm lượng NO3 - N nhỏ hơn 20 – 30 mg - -1 NO3 – N l , ngoại trừ tạo ra methemoglobin ở trẻ nhỏ. 1.2. Phương pháp xác định Có nhiều phương pháp phân tích nitrat trong nước một cách trực tiếp hoặc gián tiếp, nhưng mỗi phương pháp đều có hạn chế riêng. Trong tài liệu này sẽ giới thiệu hai phương pháp phân tích. 1.2.1 Phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999 Tách sắc kí lỏng ion bằng cột tách. Dùng chất trao đổi anion dung lượng thấp làm pha tĩnh và các dung dịch nước thông thường của các muối chứa các axit yếu bậc một hoặc bậc hai làm pha động (dung dịch rửa giải). Dùng detector đo độ dẫn để xác định hàm lượng mẫu. Qui trình phân tích theo phương pháp này cho phép xác định nồng độ nitrat trong nước từ 0,1 mg – 50 mg/l. (Xem chi tiết trong mục 1.2.1 bài thí nghiệm số 6).
  53. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 55 1.2.2 Phương pháp số 8171 của HACH Dựa theo phương pháp 8171 của hãng HACH (Mỹ). Kim loại cadimi có trong thuốc thử sẽ khử nitrat trong mẫu nước thành nitrit, sau đó ion nitrit sẽ phản ứng với một axit trung bình là axit sulfanic tạo muối diazonium. Hai muối trong mẫu kết hợp với axit tạo ra dung dịch có màu hổ phách. Mật độ quang của dung dịch được đo ở bước sóng 400 nm. Phương pháp này dùng để xác định hàm lượng nitrat trong nước máy, nước thải và nước biển - với hàm lượng NO3 - N từ 0,1 – 10,0 mg/l. Trong quá trình đo, các yếu tố được liệt kê trong bảng sau đây có thể gây ảnh hưởng tới kết quả phép đo hàm lượng nitrat của mẫu. Bảng 10.1 Các chất gây ảnh hưởng đến xác định hàm lượng nitrat Chất gây ảnh hưởng Mức độ ảnh hưởng Clorua Clorua với hàm lượng trên 100 mg/l có thể gây ảnh hưởng tới phép đo, do đó với mẫu nước biển cần sử dụng phương pháp hiệu chỉnh để hạn chế sai số của phép đo. Ion sắt Gây ảnh hưởng ở mọi mức độ Nitrit Gây ảnh hưởng ở mọi mức độ Các chất khử và oxi hoá Gây ảnh hưởng ở mọi mức độ 2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1 Hóa chất và thiết bị cho phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999 Máy sắc kí lỏng ion; Tủ sấy; Bình hút ẩm; Bình định mức các loại; Thiết bị lọc hút chân không với màng lọc cỡ lỗ trung bình 0,45 µm; Natri hiđrocacbonat (NaHCO3); Natri hiđrocacbonat (Na2CO3); Kali hiđro phtalat (C8H5O4K); Natri nitrat (NaNO3). 2.2. Phương pháp số 8171 của HACH Máy đo quang DR 2700 – HACH; Bột thuốc thử Nitra®Ver 5: 1 gói; Cuvet đo mẫu thể tích 10 ml có nút đậy: 2 chiếc.
  54. 56 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường 3. CÁCH TIẾN HÀNH 3.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu Kết quả phân tích sẽ tin cậy hơn khi ion nitrat được xác định trong mẫu mới lấy. Để bảo quản trong thời gian ngắn tối đa đến 1 ngày, mẫu cần được lưu trữ trong tủ ở 4oC. Nếu không thể phân o tích trong thời gian như trên, cho 0,5 – 1,0 ml H2SO4 đặc/1 lít mẫu và bảo quản ở 4 C. Trước khi phân tích, đưa nhiệt độ của mẫu tới nhiệt độ phòng sau đó điều chỉnh pH tới 7 bằng dung dịch natri hiđroxit tiêu chuẩn 5,0 N. Không dùng chất bảo quản có chứa thủy ngân. Để có kết quả chính xác lấy tổng thể tích (axit + bazơ + mẫu) cho thể tích thực của mẫu và nhân kết quả với hệ số đó. 3.2 Qui trình phân tích 3.2.1 Qui trình theo phương pháp sắc kí lỏng ion Pha các dung dịch rửa giải giống như trong mục 3.2.1 của bài thí nghiệm số 6. Dung dịch gốc - o Chuẩn bị dung dịch gốc chứa 1000 mg/l NO3 (cân 1,3707 g NaNO3 đã sấy khô ở 105 C trong 24 giờ pha bằng nước cất trong bình định mức tới thể tích 1000 ml). Dung dịch này bền được vài tháng nếu bảo quản lạnh. Từ dung dịch gốc, pha loãng ra thành 5 - 10 dung dịch chuẩn khác nhau có nồng độ cần xác định từ 1 mg/l tới 10 mg/l . Các dung dịch này chỉ bền trong khoảng từ 1 - 2 ngày. Lắp cột sắc kí lỏng ion vào máy. Điều chỉnh máy sắc kí theo hướng dẫn của nhà sản xuất, máy bắt đầu sử dụng được để bơm mẫu khi đường nền ổn định. Tiến hành bơm các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau để tiến hành lập đường chuẩn cho máy. Thiết lập hàm chuẩn cho cho việc xác định ion cần phân tích theo phương trình sau: y = ax + b Trong đó: y là giá trị đo được (độ lớn của tín hiệu) tính theo chiều cao pic, mm hoặc diện tích pic mm2; a là độ dốc của đường chuẩn, ví dụ mml/mg hoặc mm2l/mg; b là điểm cắt của đường chuẩn với trục hoành (dung dịch trắng) theo đơn vị mm hoặc mm2. x là nồng độ khối lượng của ion cần phân tích, mg/l. Định tính hàm lượng ion cần phân tích bằng cách so sánh với thời gian lưu, chiều cao pic của dung dịch tiêu chuẩn. Nếu mẫu có hàm lượng cao vượt quá khoảng phân tích, cần tiến hành pha loãng mẫu. Sau khoảng 10 – 20 lần đo, cần đo lại nồng độ của 1 - 2 dung dịch chuẩn. Tính toán lại nồng độ dung dịch chuẩn, nếu có sự sai lệch cần tiến hành lập lại đường chuẩn mới.
  55. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 57 Tính toán kết quả Xác định hàm lượng anion (x) trong dung dịch mẫu dựa trên diện tích hoặc chiều cao pic và đường chuẩn như sau: x = yb/a Trong đó: y là giá trị đo được (tín hiệu) tính theo chiều cao pic, mm hoặc diện tích pic mm2; a là độ dốc của đường chuẩn, ví dụ mml/mg hoặc mm2l/mg; b là điểm cắt của đường chuẩn với trục hoành (dung dịch trắng) theo đơn vị mm hoặc mm2. 3.2.1 Phương pháp số 8171 của HACH 1. Chọn chương trình 2. Chuyển 10 ml nước 3. Đổ 1 gói bột thuốc 4. Đặt thời gian phản đo chỉ tiêu nitrat số 353 mẫu vào cuvet đo. thử Nitra®Ver 5 vào ứng trên máy là 1 phút. trên máy đo quang. cuvet chứa mẫu, đậy Lắc mạnh cuvet chứa nắp và lắc đều. mẫu trong thời gian là 1 phút. Chú ý: lượng chất rắn trong thuốc thử thêm vào có thể không phản ứng hết. 5. Đặt tiếp thời gian 6. Chuẩn bị mẫu trắng: 7. Khi máy báo hết thời 8. Chỉnh hàm lượng phản ứng là 5 phút. Để Hút 10 nước mẫu cho gian phản ứng, lau khô nitrat trong mẫu trắng yên cuvet chứa mẫu, vào cuvet sạch thứ hai. cuvet chứa mẫu trắng về 0. Màn hình sẽ không lắc. Màu hổ và chuyển vào máy đo. hiển thị 0,0 mg/l - phách sẽ xuất hiện nếu NO3 -N trong mẫu có mặt nitrat.
  56. 58 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường 9. Trong vòng 2 phút 10. Ấn phím đọc kết sau khi thời gian phản quả hàm lượng mg/l - ứng kết thúc, lau sạch NO3 - N. cuvet chứa mẫu và chuyển vào máy đo. Chú ý: - Để có được kết quả đo chính xác, cần xác định giá trị của mẫu trắng với mỗi lô thuốc thử mới. Làm theo đúng trật tự như với mẫu nhưng thay bằng nước cất. Trừ kết quả đo của mẫu với kết quả của mẫu trắng hoặc dùng mẫu trắng để hiệu chỉnh. Phần kim loại chưa oxi hoá hết sẽ nằm lại trong đáy cuvet sau khi hoà tan NitraVer®5, nhưng kết tủa này không làm ảnh hưởng tới kết quả đo. - Phương pháp đo này rất nhạy cảm do thời gian và kỹ thuật lắc có ảnh hưởng đến quá trình tạo màu. 4. NHẬN XÉT KẾT QUẢ - So sánh kết quả phân tích mẫu của nhóm với Qui chuẩn Việt Nam về hàm lượng nitrat trong từng loại nước; đánh giá chất lượng nước nơi lấy mẫu về chỉ tiêu nitrat. Thực hiện một phân tích thống kê đơn giản đối với kết quả của bạn; ví dụ tính giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của mỗi - - - dạng N; tính hệ số tương quan giữa các cặp (NH3 và NO3 ; NO3 và NO2 ). Dùng các bảng thống kê (phụ lục E – giáo trình phân tích môi trường) để xem liệu có mối quan hệ nào là đáng kể về mặt thống kê không. - Thu thập các kết quả phân tích nitrat tại cùng điểm lấy mẫu của các nhóm khác trong lớp. Tính toán độ lệch chuẩn của bộ số liệu thu thập và thảo luận kết quả thu được dựa vào các kiến thức về hóa nước. - Mô tả sự biến đổi của N trong nước và vai trò của các quá trình hóa học, sinh hóa và địa hóa tới các quá trình biến đổi này.
  57. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 59 Bài 11 XÁC ĐỊNH NITRIT 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung Hàm lượng của nitrit trong nước không ô nhiễm và nước ngầm là rất nhỏ, thông thường nhỏ - -1 hơn 0,01 – 0,02 mg NO2 l . Các nồng độ tương tự được tìm thấy trong nước biển không ô nhiễm. Hàm lượng nitrit cao hơn có thể gặp ở đầu ra của dòng thải nhiều nhà máy (thực phẩm, công nghiệp luyện kim ). Nitrit độc hơn đáng kể so với amôni hoặc nitrat, vì vậy ô nhiễm nitrit là vấn đề môi trường do độc tính của nó với thực vật trong nước cũng như ảnh hưởng đến sức khỏe con - người. Giới hạn của EU cho nước uống là 0,1 mg NO2 - N /l. Sự có mặt của ion nitrit trong nước thường được coi là dấu hiệu của sự nhiễm bẩn. Đối với nước mặt, đặc biệt là nước ở các vùng nông thôn, nơi có đông dân cư sinh hoạt từ nguồn nước chủ yếu là ao, hồ thì thường có mặt ion nitrit. Tuy nhiên, hàm lượng của nó không lớn lắm. Nguồn chính của ion nitrit trong nước không ô nhiễm là từ quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ và nitrit hóa bởi vi khuẩn Nitrosomonas. Quá trình khác tạo thành nitrit trong nước không ô nhiễm là đề nitrat, ví dụ: - - C6H12O6 + 12NO3 → 12NO2 + 6CO2 + 6H2O 1.2 Phương pháp xác định 1.2.1 Phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999 Tách sắc kí lỏng ion bằng cột tách. Dùng chất trao đổi anion dung lượng thấp làm pha tĩnh và các dung dịch nước thông thường của các muối chứa các axit yếu bậc một hoặc bậc hai làm pha động (dung dịch rửa giải). Dùng detector đo độ dẫn để xác định hàm lượng mẫu. Qui trình phân tích theo phương pháp này cho phép xác định nồng độ nitrit trong nước từ 0,05 mg – 20 mg/l. (Xem chi tiết trong mục 1.2.1 bài thí nghiệm số 6). 1.2.2 Phương pháp số 8507 của HACH Ngoài ra, sử dụng phương pháp đo nhanh số hiệu 8507 của DR2700 – HACH (Mỹ) với hóa chất chuẩn cho phép xác định hàm lượng của nitrit trong nước máy, nước thải và nước biển trong - khoảng từ 0,002 – 0,300 mg/l NO2 - N. Các yếu tố được liệt kê trong bảng sau đây có thể gây ảnh hưởng tới kết quả phép đo hàm lượng nitrit của mẫu.
  58. 60 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Bảng 11.1 Các chất gây ảnh hưởng đến xác định hàm lượng nitrit Chất gây ảnh hưởng Mức độ ảnh hưởng Ion vàng, bismut, đồng, sắt, Gây ảnh hưởng do tạo kết tủa chì, thủy ngân, bạc. Các chất khử và oxi hoá Gây ảnh hưởng ở mọi mức độ Nitrat Lượng nitrat lớn (>100 mg/l –N) có thể bị khử thành nitrit 2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1. Hóa chất và thiết bị theo TCVN 6494 – 1999 Máy sắc kí lỏng ion; Tủ sấy; Bình hút ẩm; Bình định mức các loại; Thiết bị lọc hút chân không với màng lọc cỡ lỗ trung bình 0,45µm; Natri hiđrocacbonat (NaHCO3); Natri hiđrocacbonat (Na2CO3); Kali hiđro phtalat (C8H5O4K); Natri nitrit (NaNO2). 2.2. Hóa chất và thiết bị theo phương pháp số 8507 của HACH Máy đo quang DR 2700; Nitriver ® 3 Nitrit Reagent Powder Pillows: 1 gói; Cuvet đo mẫu, 10 ml: 2 chiếc. 3. CÁCH TIẾN HÀNH 3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu Lấy mẫu bằng chai nhựa hoặc thủy tinh sạch Bảo quản mẫu ở 4oC hoặc thấp hơn. Mẫu cần được phân tích ngay trong vòng 24 đến 48 - - giờ sau khi lấy mẫu để ngăn ngừa vi sinh vật chuyển hóa NO2 thành NO3 hoặc NH3. Làm ấm mẫu tới nhiệt độ phòng trước khi tiến hành đo mẫu. Không bảo quản mẫu bằng axit.
  59. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 61 3.2 Qui trình phân tích 3.2.1 Qui trình theo phương pháp sắc kí lỏng ion Pha các dung dịch rửa giải giống như trong mục 3.2.1 của bài thí nghiệm số 6. Dung dịch gốc - o Chuẩn bị dung dịch gốc chứa 1000 mg/l NO3 (cân 1,4998 g NaNO2 đã sấy khô ở 105 C trong 1 giờ pha bằng nước cất trong bình định mức tới thể tích 1000 ml). Dung dịch này bền được vài tháng nếu bảo quản lạnh. Từ dung dịch gốc, pha loãng ra thành 5 - 10 dung dịch chuẩn khác nhau có nồng độ cần xác định từ 0,1 mg/l tới 1 mg/l . Các dung dịch này chỉ bền trong khoảng từ 1- 2 ngày. Lắp cột sắc kí lỏng ion vào máy. Điều chỉnh máy sắc kí theo hướng dẫn của nhà sản xuất, máy bắt đầu sử dụng được để bơm mẫu khi đường nền ổn định. Tiến hành bơm các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau để tiến hành lập đường chuẩn cho máy. Thiết lập hàm chuẩn cho việc xác định ion cần phân tích theo phương trình sau: y = ax + b Trong đó: y là giá trị đo được (độ lớn của tín hiệu) tính theo chiều cao pic, mm hoặc diện tích pic mm2; a là độ dốc của đường chuẩn, ví dụ mml/mg hoặc mm2l/mg; b là điểm cắt của đường chuẩn với trục hoành (dung dịch trắng) theo đơn vị mm hoặc mm2. x là nồng độ khối lượng của ion cần phân tích, mg/l. Định tính hàm lượng ion cần phân tích bằng cách so sánh với thời gian lưu, chiều cao pic của dung dịch tiêu chuẩn. Nếu mẫu có hàm lượng cao vượt quá khoảng phân tích, cần tiến hành pha loãng mẫu. Sau khoảng 10 - 20 lần đo, cần đo lại nồng độ của 1 - 2 dung dịch chuẩn. Tính toán lại nồng độ dung dịch chuẩn, nếu có sự sai lệch cần tiến hành lập lại đường chuẩn mới. Tính toán kết quả Xác định hàm lượng anion (x) trong dung dịch mẫu dựa trên diện tích hoặc chiều cao pic và đường chuẩn như sau: x = yb/a Trong đó: y là giá trị đo được (tín hiệu) tính theo chiều cao pic, mm hoặc diện tích pic mm2; a là độ dốc của đường chuẩn, ví dụ mml/mg hoặc mm2l/mg; b là điểm cắt của đường chuẩn với trục hoành (dung dịch trắng) theo đơn vị mm hoặc mm2.
  60. 62 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường 3.2.2 Qui trình theo phương pháp số 8507 của HACH Sử dụng gói thuốc thử có sẵn Nitriver® 3 Nitrit Reagent Powder Pillows: 1. Chọn chương trình 2. Chuyển 10 ml nước 3. Cho 1 gói bột 4. Lắc tròn cho tan hết số 371 cho chỉ tiêu nitrit mẫu vào cuvet đo. thuốc thử Nitriver® 3 hoá chất. Nếu có mặt trên máy đo quang. vào cuvet chứa mẫu. nitrit mẫu sẽ chuyển sang màu hồng. 5. Đặt thời gian phản 6. Chuẩn bị mẫu trắng: 7. Khi máy báo hết thời 8. Chỉnh zero cho ứng 20 phút trên máy hút 10 ml nước mẫu gian phản ứng, lau khô máy. Máy sẽ hiển thị - đo. vào cuvet thứ hai. cuvet chứa mẫu trắng 0.000 mg/l NO2 - N và đưa vào máy. ® 9. Lau khô cuvet chứa 10. Đọc kết quả đo mẫu mẫu và chuyển vào máy trên máy theo hàm lượng - đo mg/l NO2 - N 4. NHẬN XÉT KẾT QUẢ - So sánh kết quả phân tích mẫu của nhóm với Qui chuẩn Việt Nam về hàm lượng nitrit trong từng loại nước; đánh giá chất lượng nước nơi lấy mẫu về chỉ tiêu nitrit. - Thu thập các kết quả phân tích nitrit tại cùng điểm lấy mẫu của các nhóm khác trong lớp. Tính toán độ lệch chuẩn của bộ số liệu thu thập và thảo luận kết quả thu được dựa vào các kiến thức về hóa nước.
  61. Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường 63 Bài 12 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG ĐỒNG TRONG MẪU NƯỚC MẶT 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Giới thiệu chung Hàm lượng của đồng trong các loại nước thiên nhiên và trong các nguồn nước sinh hoạt thường không cao, chỉ dao động trong khoảng từ 0,001 mg/l đến 1 mg/l. Trong nước, đồng tồn tại dưới dạng các cation hóa trị II hoặc dưới dạng phức với xianua, tactrat, Theo Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam về chất lượng nước mặt (QCVN 08: 2008/BTNMT). Hàm lượng đồng nhỏ hơn 0,1 mg/l đối với mục đích cấp nước sinh hoạt, nhỏ hơn 0,2 mg/l có thể dùng cấp nước cho sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp. Với mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích khác hàm lượng nằm trong giới hạn 0,5 mg/l. 1.2. Phương pháp xác định Để xác định hàm lượng đồng trong nước, có rất nhiều phương pháp có thể thực hiện được tùy thuộc vào hàm lượng đồng và độ nhạy trong từng phương pháp. 1.2.1 Phương pháp trắc phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa Hàm lượng đồng trong mẫu nước được xác định theo phương pháp trắc phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa theo TCVN 6193 – 1996 (ISO 8288 – 1986). Phương pháp cho phép xác định nồng độ Cu trong khoảng từ 0,05 – 6 mg/l. Nếu mẫu thử có hàm lượng Cu cao hơn giới hạn trên, có thể pha loãng mẫu bằng nước cất đến giới hạn đo được. Nguyên tắc: Mẫu nước đã lọc và axit hóa được hút vào ngọn lửa của phổ kế hấp thụ nguyên tử. Xác định trực tiếp nồng độ của Cu hoặc là từ độ hấp thụ đặc trưng của nguyên tố dùng phổ kế được gắn với hệ thống điều chỉnh nền liên tục, hoặc nếu không có hệ thống như vậy, tiến hành xác định sau khi đã điều chỉnh độ hấp thụ không đặc trưng. 1.2.2. Phương pháp số 8056 của HACH Ngoài phương pháp phân tích theo TCVN 6193 – 1996, hàm lượng đồng còn được xác định theo phương pháp đo nhanh số 8056 của công ty Hach, Mỹ. Trong phương pháp này, đồng có trong mẫu nước sẽ phản ứng với muối của axit bicincloric chứa trong thành phần của thuốc thử CuVer 1 và CuVer 2 để hình thành phức chất màu tím. Cường độ màu của phức chất sẽ được đo bằng máy đo quang để từ đó xác định ra hàm lượng đồng trong mẫu. Phép đo được tiến hành ở bước sóng 560 nm.