Bài giảng Thí nghiệm phân tích môi trường: Phần 2

Chia sẻ: Codon_08 Codon_08 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:45

Thêm vào BST

Báo xấu

133
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp phần 1 "Bài giảng Thí nghiệm phân tích môi trường" mời các bạn cùng tìm hiểu phần 2 để tiếp tục nắm vững một số thông tin cơ bản về việc xác định hàm lượng F trong mẫu nước mặt; xác định chất rắn lơ lửng; xác định Nitrar;...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thí nghiệm phân tích môi trường: Phần 2

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.
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.
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 o 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 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.
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.
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.
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.
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:
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.
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.
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 o 105 C 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;
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.( M t  M d ) SS (mg .l 1 )  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).
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.
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 mặt. Hàm lượng nền của NO3- - N từ sa lắng không khí khoảng 0,9 – 1,0 mg l -1 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 nghiệp, đô thị và nông nghiệp chứa hàm lượng cao đến 50 – 100 mg NO3- - N l-1 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. Qui định hiện hành của WHO trong nước uống là 50 mg NO 3- l-1 (hoặc 11 mg N l-1). Không thấy có ảnh hưởng nào đến sức khỏe đối với nước có hàm lượng NO3- - N nhỏ hơn 20 – 30 mg NO 3- – N l-1, 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).
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.
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 tích trong thời gian như trên, cho 0,5 – 1,0 ml H2SO4 đặc/1 lít mẫu và bảo quản ở 4oC. 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 Chuẩn bị dung dịch gốc chứa 1000 mg/l NO 3- (cân 1,3707 g NaNO3 đã sấy khô ở 105oC 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.
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.
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 NO 2-...). 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.
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 hơn 0,01 – 0,02 mg NO2- l-1. 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: C6H12O 6 + 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.
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 NO 3- hoặc NH3.  Làm ấm mẫu tới nhiệt độ phòng trước khi tiến hành đo mẫu.  Không bảo quản mẫu bằng axit.
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 Chuẩn bị dung dịch gốc chứa 1000 mg/l NO 3- (cân 1,4998 g NaNO2 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 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.