Tài liệu Thí nghiệm phân tích môi trường

BÀI GIẢNG THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG 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 Mã số: 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 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. 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. 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. 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. 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: I = Io 10 – .C.l (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. 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 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 C16H9N4Na3O9S 2) 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. 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 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). -5 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. 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. 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. Coban ở nồng độ l mg/l gây kết quả tương đương với 40 g Mn/l. Nồng độ ion PO43- 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 Phần 2: Các bài thí nghiệm phân tích môi trường Chất ảnh hưởng 17 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)2 Fe (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 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. 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 trình phân tích Mangan trong máy b. Đổ 10 ml nước cất vào trong cuvét để làm mẫu trắng c. Cho 10 ml mẫu vào trong 1 cuvét khác. d. Cho thuốc thử dạng bột chứa axit Ascorbic vào cả 2 cuvét. 20 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường e. Đậy nắp và lắc đều 2 cuvét để hòa tan hoàn toàn hóa chất i. Khi hết thời gian, lau khô cuvét chứa mẫu trắng bằng giấy và đưa vào khoang chứa. f. Nhỏ 12 giọt dung dịch kiềm xianua vào mỗi cuvét. Trộn đều dung dịch. g. Nhỏ tiếp 12 giọt dung dịch PAN vào mỗi cuvét. Trộn đều dung dịch. k. Ấn phím Zero. Màn hình sẽ hiển thị: 0,000 mg/l h. Bật chức năng đếm giờ trên máy. Đồng hồ bắt đầu đếm ngược từ 2 phút. l. Lau khô cuvét chứa mẫu thử bằng giấy và đưa vào khoang chứa. m. Ấn phím đọc (read) để hiển thị kết quả đo (mg/l) 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.