Bài Giảng phân tích nước pptx

Yêu cầu khi lập chương trình lấy mẫu Những yêu cầu để lấy mẫu có thể được phân chia thành các mục tiêu cụ thể dưới đây:  Để xác định tính tích hợp của nước cho mục đích sử dụng và nếu c

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM Tp.HCM

Chương 1: Đại cương về phân tích chất lượng nước

1.1 Phân loại nguồn nước sử dụng trong công nghiệp thực phẩm

Trong công nghiệp thực phẩm, nước hầu như hiện diện trong hầu hết các quá trình công nghệ Cụ thể nước có thể có các vai trò sau:

 Nguyên liệu chế biến: thường sử dụng là loại nước đạt tiêu chuẩn cho ăn uống

 Tham gia vào các quá trình vận chuyển, xử lý nguyên liệu và sử dụng trong

lò hơi: thường sử dụng các loại nước đạt tiêu chuẩn dùng cho sinh hoạt

1.2 Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu nước

Các mẫu được lấy phải có tính chất đại diện nhất và cần phải chú ý sao cho mẫu không bị thay đổi trong khoảng thời gian lấy mẫu đến khi phân tích Lấy mẫu

từ các hệ nhiều pha như nước chứa chất rắn lơ lửng hoặc chất lỏng hữu cơ không trộn lẫn có thể có những vấn đề đặc biệt

Khi lập chương trình lấy mẫu cần phải xác định rõ các mục tiêu vì các mục tiêu này là yếu tố cơ bản để xác định vị trí lấy mẫu , tần xuất lấy mẫu , thời gian lấy mẫu , phương pháp lấy mẫu , cách sử lý mẫu và yêu cầu phân tích Cần phải lập bảng các thong số quan tâm một cách chi tiết , kết quả rõ ràng đồng thời nêu các phương pháp áp dụng

Thông thường , cần lập chương trình lấy mẫu và phân tích mẫu sơ bộ trước khi xác định mục tiêu Điều quan trọng là phải chú ý đến tất cả các số liệu liên quan cuả các chương trình thực hiện trước đó ở cùng địa điểm hoặc địa điểm tương tự và những thông tin khác về các điệu kiện ở địa điểm đó Thời gian và kinh phí cho việc lập chương trình lấy mẫu thường được tính toán để đảm bảo thu được các thông tin cần thiết một cách có hiệu quả và kinh tế

1.2.1 Yêu cầu khi lập chương trình lấy mẫu

Những yêu cầu để lấy mẫu có thể được phân chia thành các mục tiêu cụ thể dưới đây:

 Để xác định tính tích hợp của nước cho mục đích sử dụng và nếu cần để đánh giá các yêu cầu xử lý hoặc kiểm tra

 Để nghiên cứu hiệu ứng thải đối với vùng nước nhận Ngoài việc gây ô nhiễm, nước thải có thể gây những phản ứng khác nhau như kết tủa chất hoặc sinh khí

 Để đánh giá hiệu quả hoạt động và kiểm soát trạm sử lý nước , nước cống và nước thải công nghiệp , thí dụ để đánh giá sự thay đổi lâu dài các chất khi đi vào trạm sử lý nước ; để đánh giá tính hiệu quả của mỗi giai đoạn của quá trình xử lý; để cung cấp chứng cứ về chất lượng của nước đã xử lý; để kiểm soát nồng độ các chất đã xử lý kể cả các chất có hại cho sức khỏe hoặc các chất có thể ức chế hoạt động của vi sinh vật ; để kiểm soát các chất có thể làm hỏng kết cấu hoặc thiết bị của trạm.

 Để nghiên cứu hiệu ứng của dòng nước ngọt và nước mặn chảy ở cửa song

để có những thông tin về quá trình trộn lẫn và phân lớp biển đổi ở các mức thủy chiều và dòng chảy nước ngọt

 Để xác định và định lượng sản phẩm bị mất trong quá trình sản xuất Thông tin này là cần thiết khi đánh giá cân bằng sản phẩm qua trạm xử lý và khi lượng nước thải đo được

 Để xác định chất lượng của nước nồi hơi, nước ngưng từ hơi hoặc các loại nước thu hồi khác Điều này làm cho nước phù hợp với mục đích sử dụng đã định

 Để nghiên cứu hiệu ứng của của các chất ô nhiễm trong khí quyển đến nước mưa Điều này cung cấp những thông tin có ích về chất lượng không khí và cũng chỉ ra các vấn đề đang nảy sinh

 Để đánh giá ảnh hưởng của các chất trong đất tới chất lượng nước Có thể những chất tự nhiên hoặc ô nhiễm do phân bón

 Để đánh giá hiệu ứng tích lũy và thải ra của các chất cặn đáy tới hệ sinh vật thủy sinh trong vùng nước hoặc vùng cặn đáy

 Để nghiến cứu hiệu ứng tự tách , sự điều hòa của song và sự chuyển hành trình nước tự nhiên

 Để đánh giá sự thay đổi về chất lượng nước trong hệ thống phân phối nước Những thay đổi này có thể do nhiều nguyên nhân

1.2.3 Những điểm chú ý khi lấy mẫu

1-Lập chương trình lấy mẫu: tùy theo mục tiêu cần đạt được , mẫu có thể được

lấy từ những điểm riêng lẻ đến toàn bộ vùng nước

2-Xác định điểm lấy mẫu:xác định điểm lấy mẫu phải đảm bảo lấy mẫu so sánh

vào thời gian khác Trên các dòng sông , trong nhiều trong nhiều tình huống điểm

lấy mẫu có thể xác định chắc chắn khi so với các mốc trên bờ Trên cửa sông không

có cây cối và bờ biển , điểm lấy mẫu có thể được đánh dấu bằng cách dùng các vật tĩnh Khi lấy mẫu bằng thuyền , cần dùng máy định vị

3-Đặc tính của dòng chảy: tốt nhất là mẫu cần được lấy ở nơi có dòng xoáy

cuộn , nơi chất lỏng được trộn đều và có thể thì tạo xoáy trên dòng chảy Điều này không áp dụng khi lấy mẫu để xác định khí hòa tan và vật liệu dễ bay hơi vì nồng

độ của chúng bị thay đổi bởi cuộn xoáy

4-Lấy mẫu từ ống dẫn: chất lỏng cần được bơm qua ống có kích thước phù hợp

để duy trì đặc tính chảy xoáy ( ví dụ như lấy mẫu chất lỏng không đồng nhất , đường kính ống tối thiểu 25mm ) Không nên lấy mẫu ở đoạn ống nằm ngang

5-Bản chất chất lỏng:chất lỏng có thể là loại ăn mòn , cần lưu ý đến khả năng ăn

mòn của thiết bị Luôn ghi nhớ rằng khi lấy mẫu trong thời gian ngắn không cần thiết sử dụng những thiết bị chống ăn mòn đắt tiền

6-Lấy mẫu để xác định chất rắn lơ lửng: chất rắn có thể được phân bố bất kỳ

theo độ sâu của chất lỏng Cần khuấn trộn đều Tốc độ chảy đều là đủ để tạo ra xoáy và mẫu cần lấy trong điều kiện đẳng tốc Nếu không, cần lấy một loạt mẫu theo chiều ngang của dòng chảy Phải nhớ rằng sự phân bố của chất rắn lơ lửng có thể thay đổi trong thời gian lấy mẫu

7-Ảnh hưởng của điều kiện khí hậu: điều kiện khí tượng thay đổi có thể dẫn

đến thay đổi mạnh mẽ về chất lượng nước.Những thay đổi như vậy phải được ghi lại để sử dụng khi giải trình kết quả

1.2.4 Các tình huống lấy mẫu

1-Kết tủa:

Khi lấy mẫu kết tủa để phân tích hóa học , phải chọn điểm lấy mẫu tránh bị nhiễm bẩn bởi các vật lạ (bụi , phân bón , thuốc trừ sâu , ….)

2-Sông , suối và kênh:

a- Hỗn hợp : nuế có dòng chảy hoặc sự phân lớp rõ rang ở điểm lấy mẫu thì cần lấy một loạt mẫu theo chiều ngang và độ sâu để xác định bản chất và độ lớn của bất kỳ dòng chảy

b- Chọn điểm lấy mẫu là đại diện , nên chọn ở nơi có sẵn số liệu về dòng chảy Cần lấy mẫu ở cả thượng lưu và hạ lưu điểm thải, tuy nhiên cần lưu ý đến sự trộn lẫn của dòng thải và dòng nước nhận cũng như tác động của nó đến các mẫu lấy ở hạ lưu Cần lấy mẫu xa hạ lưu ở một khoảng cách thích hợp để đánh giá được tác động của sự thải đối với dòng sông

3- Bể chứa và hồ:

Ngoài điểm nước vào , mẫu cần phải lấy ở tất cả điểm nước ra và ở các độ sâu nước ra Vùng nước có thể phân tầng theo nhiệt độ và rất khác nhau về chất lượng giữa các độ sâu

Bình chứa mẫu cần chống được sự mất mát chất do hấp thụ, bay hơi và ô nhiễm

bởi các chất lạ Những yếu tố cần thiết khi chọn bình chứa mẫu là:

2- Các loại thiết bị lấy mẫu

2.1-Thiết bị lấy mẫu thủ công

Thiết bị lấy mẫu nước thải đơn giản nhất là xô hoặc bình rộng miệng buộc vào một cái cán có độ dài thích hợp Thể tích không nên nhỏ hơn 100ml Khi các mẫu lấy thủ công dùng đễ chuẩn bị mẫu tổ hợp thì thể tích của xô, bình cần phải chính xác đến 5% Lấy mẫu thủ công có thể dùng bình Kêmmrer,bình này là một ống có dung tích từ 1 đến 3 lít và 2 đầu đều có nắp Thiết bị lấy mẫu thủ công phải làm bằng vật liệu trơ, không gây ảnh hưởng đến phân tích sau này

Trước khi lấy mẫu , thiết bị phải được làm sạch bằng chất tẩy rửa và nước Thiết bị lấy mẫu có thể được tráng bằng chính nước cần lấy ngay trước khi lấy mẫu, điều đó làm giảm khả năng gây sai số khi phân tích Lưu ý khi lấy mẫu để phân tích dầu mỡ hoặc phân tích vi sinh vật thì không được tráng bằng nước cần lấy

2.2- Thiết bị lấy mẫu tự động

Nhiều thiết bị lấy mẫu có thể cho phép tự động lấy mẫu liên tục hoặc hang loạt.Chúng thường dẽ mang và có thể dùng để lấy mẫu mọi loại nước thải

1.2.6 Cách lấy mẫu

1-Nơi lấy mẫu:

Trong mọi trường hợp , địa điểm lấy mẫu được chọn phải đại diện cho dòng nước thải cần kiểm tra Để chọn các địa điểm lấy mẫu ở cống thải , trước tiên phải nghiên cứu kĩ hệ thống cống trên bản vẽ Sau đó là kiểm tra thực địa, vị trí lấy mẫu

là đại diện đối với mục đích lấy mẫu

1.1- Lấy mẫu ở cống ,rãnh và hố ga:

Trước khi lấy mẫu cần dọn sạch địa điểm đã chọn để loại bỏ các cặn , bùn , các lớp vi khuẩn …ở trên thành

Cần chọn địa điểm có dòng chảy xoáy mạnh để đảm bảo pha trộn tốt Khả năng tiếp cận, sự an toàn và khả năng cung cấp năng lượng là những vấn đề ưu tiên khi chọn vị trí lấy mẫu

Vì các kênh thải thường thiết kế chung cho cả nước thải và nước mưa nên thường dòng chảy ở chế độ chảy rối Nếu dòng chảy ở chế độ chảy dòng thì có thể tạo chế độ chảy rối cho dòng lưu chất bằng cách thu hẹp dòng chảy thí dụ như dùng các tấm ngăn Khi thu hẹp dòng chảy lưu ý để không xảy ra hiện tượng lắng cặn ở thượng lưu của vật cản Điểm lấy mẫu phải ở hạ lưu của chỗ thu hẹp và theo nguyên tắc phải cách chỗ thu hẹp một khoảng cách bằng 3 lần đường kính ống thải Đầu vào của thiết bị lấy mẫu cần hướng về phía dòng chảy tới, nhưng cũng có khi phải quay về phía hạ lưu vì dòng thải có quá nhiều rác gây bít tắc Điểm lấy mẫu phải nằm ở 1/3 chiều sâu dưới bề mặt nước.

Khi lấy mẫu nước thải từ trạm xử lý gồm nhiều công đoạn ( ví dụ có nhiều bể lắng) cần chú ý rằng mẫu phài đại diện cho toàn thể chứ không phải riêng cho một công đoạn xử lý nào

Khi lấy mẫu nước thải cần hết sức chú ý khắc phục hoặc giảm thiểu sự không đồng đều thường có do mặt các chất rắn lơ lửng gây ra bằng cách tăng cường khuấy trộn dòng chảy trước khi lấy mẫu

1.3- Lấy mẫu trên bề mặt nước

Khi lấy nước trên bề mặt để thu thập thông tin về các chất nổi và nhũ hóa cần dùng bình miệng rộng

2- Tần số và thời gian lấy mẫu:

Nồng độ các chất cần xác định trong một dòng thải biến động do những thay đổi hệ thống và ngẫu nhiên Do đó, phân tích nước phải dựa trên các mẫu lấy ở những khoảng thời gian đều đặn trong một chu kỳ nào đó Số mẫu cần lấy trong mỗi chu kỳ kiểm tra phải dựa trên cơ sở kỹ thuật thống kê

3- Các loại mẫu

Mẫu bất kỳ hay mẫu cá biệt

Khi mẫu được lấy vào một thời điểm , ở một vị trí nhất định , nói cho đúng mẫu ấy chỉ thể hiện được chất lượng nguồn vào thời điểm và tại vị tri đó mà thôi Tuy

nhiên, các thông số liên quan và các khu vực khảo sát được biết rõ trong suốt thời gian tiếp cận , chất lượng mẫu lúc đó được xem như khả năng tiêu biểu cho nguồn trong khoảng thời gian đó hoặc cũng có thể bao gồm cho cả khu vực đó hoặc cùng lúc bao gồm cả hai yếu tố trên chứ không riêng một.Trong trường hợp trên , mẫu bất kỳ cũng có thể đại diện đặc tính cho dòng chảy một cách hoàn hảo , thí dụ như với nguồn nước cấp , nước mặt Đôi lúc , phương pháp lấy mẫu bất kỳ củng được

áp dụng cho cả nước thải

Đối với nguồn được biết rõ là chất lượng liên tục thay đổi theo thời gian, những mẫu cá biệt được lấy trong từng khoảng thời gian thích hợp và phân tích riêng sẽ cho dữ liệu về những biến đổi trong phạm vi giới hạn Trong một hệ thống giám sát , chu kỳ lấy mẫu có thể vượt trên cả tháng khi nghiên cứu các chuyển biến trong mùa Trường hợp chất lượng mẫu thay đổi theo thời gian , mẫu sẽ được chọn ở một thời điểm thích nghi

Đối với chất mùn , bùn và nước thải , bùn ven bờ cần phải cân nhắc khi chọn phương pháp lấy mẫu.Không thể đề nghị một phương pháp lấy mẫu hữu hiệu cho tất cả các mẫu, nhưng phải thật thận trọng để lấy mẫu cho phù hợp với mục đích cần thiết

và công sức cho phòng thí nghiệm.Trong những trường hợp cụ thể ,mẫu hỗn hợp tiêu biểu cho một ca làm việc , cũng có thể cho một chu kỳ ngắn hơn như thời gian một lần vận hành máy…tất cả đều thích hợp.Để đánh giá những hiệu quả , biến động riêng biệt hay các lưu lượng thất thường thì cũng chỉ cần lấy mẫu hỗn hợp trong suốt thời gian sự việc xảy ra cũng đủ

Muốn xác định các thành phần hay các yếu tố chỉ thị những thay đổi thường gặp trong hầm chứa thì nên dùng mẫu hỗn hợp Trong trường hợp này các mẫu riêng rẽ (individual sample)sẽ phù hợp hơn Sau khi lấy mẫu, việc xét nghiệm cần phải thực hiện ngay với các chỉ tiêu sau :pH, nhiệt độ, khí hòa tan, sunfua hòa tan ,clo dư ,…sự thay đổi các thành phần như ôxy hòa tan , khí cacbonic tự do trong nước,pH, nhiệt độ có thể là nguyên nhân kéo theo các thay đổi sâu xa liên quan đến các chất vô cơ: sắt , magan, độ kiềm ,độ cứng

Tóm lại , loại mẫu này thường được dùng cho việc xác định thành phần ít thay đổi trong điều kiện lấy mẫu và bảo quản mẫu

Mỗi mẫu riêng lẻ được lấy trong một chai riêng miệng rộng 35mm, dung tích khoảng 120ml Tùy điệu kiện hiện trường , việc lấy những mẫu này được thực hiện

từng giờ, hoặc nửa giờ thậm chí có lúc 5 phút một lần Nếu có tác chất bảo quản, nên them vào mẫu sau khi vừa lấy.

Việc trộn mẫu được thực hiện trong một bình lớn có dung tích 2-3 lít đủ để phân tích các thành phần trong nước cống, nước thải hoặc là từ ống nước thải

Không nên sử dụng các dụng cụ lấy mẫu tự động trừ khi áp dụng được đầy đủ cac phương cách bảo quản Tất cả các dụng cụ phải được rửa sạch hàng ngày để tránh sự phát triển sinh học và các chất lắng đọng khác

Thỉnh thoảng cũng cần phân tích trên một mẫu riêng lẻ nếu xét thấy cần

1.2.7 Phương thức bảo quản mẫu

Phương thức bảo quản mẫu nước theo chỉ tiêu phân tích được trình bày trong bảng:

Chỉ tiêu phân tích Phương thức bảo quản Thời gian tồn trữ tối đa

Độ cứng(hardness) Không cần thiết

Calci (ca 2+ ) Không cần thiết

Cloride (Cl - ) Không cần thiết

Floride (F - ) Không cần thiết

Cacbon hữu cơ 2ml/1HCL, pH<2 7 ngày

Cyanide NaOH, pH>12,4,trong tối 24 giờ

1.3 Các phương pháp phân tích cơ bản

1.3.1 Phương pháp trọng lượng

Đặc điểm của phân tích trọng lượng: Phân tích trọng lượng là một trong những phương pháp quan trọng của phân tích định lượng, được ứng dụng để xác định thành phần hóa của những đối tượng nghiên cứu như kim loại, silicat, vô cơ, hữu cơ

Bản chất của phân tích trọng lượng: Là một phương pháp của phân tích hóa học định lượng dựa trên sự đo chính xác khối lượng của chất cần xác định hoặc của thành phần nó được tách ra ở trạng thái tinh khiết hóa học hoặc dưới dạng hợp chất thích hợp có thành phần không đổi biết chính xác

Sự tách trực tiếp chất cần xác định hoặc các thành phần của nó ra khỏi sản phẩm dưới dạng tinh khiết hóa học gặp nhiều khó khăn, đôi khi không thực hiện do vậy sử dụng phương pháp kết tủa để tách chất mà chúng ta cần xác định

Có 3 phương pháp phân tích trọng lượng: phương pháp tách, phương pháp kết tủa và phương pháp cất

1.3.1.1 Phương pháp tách

Cấu tử cần xác định được tách ra dưới dạng tự do và được cân trên cân phân tích

Ví dụ: Định lượng vàng, đồng từ hợp kim hay từ quặng

Hòa tan hợp kim trong nước cường thủy (HCl : HNO3 = 1 : 3) thu được dung dịch chứa các ion vàng và đồng Thêm vào dung dịch H2O2 sẽ khử vàng thành nguyên tố vàng và không ảnh hưởng đến ion đồng.Lọc rửa kết tủa bằng HCl loãng sau đó rửa lại bằng nước cất Lấy kết tủa đem nung sấy ta thu được vàng tinh khiết

Cho dòng điện một chiều chạy qua dung dịch (nước rửa và nước lọc) trong điều kiện xác định thì Cu kim loại sẽ được tách ra và bám trên catot Platin trơ đối với dung dịch (và đã được cân trước) Dựa vào lượng cân của catot sẽ xác định được hàm lượng của Cu trong hợp kim (Phương pháp điện trọng lượng)

1.3.1.2 Phương pháp kết tủa

Kết tủa định luợng cấu tử cần xác định bằng các phương pháp hóa học dưới dạng hợp chất ít tan có thành phần xác định nghiêm ngặt Kết tủa tách ra được rửa, sấy hay đem nung và được cân trên cân phân tích

Cần phân biệt dạng kết tủa và dạng cân

Dạng kết tủa là dạng chất cần xác định được kết tủa Còn dạng cân là dạng chất cần xác định được cân

Ví dụ: Khi xác định ion SO42- bằng phương pháp trọng lượng, kết tủa chúng bằng ion Ba2+

SO42- + Ba2+ = BaSO4 ↓

chất cần xác định dạng kết tủa dạng cân

Trong một số trường hợp dạng cân và dạng kết tủa khác nhau

Phương pháp trực tiếp: Cấu tử cần phân tích được bay hơi sau đó hấp thụ vào chất hấp thụ phù hợp, dựa vào sự tăng khối lượng chất hấp thụ người ta tính được lượng cấu tử cần xác định

Ví dụ: Tính BaCl2.2H2O

BaCl2.2H2O sấy khô → BaCl2 + H2O ↑

Những ưu điểm và nhược điểm của phương pháp:

- Xác định độ chính xác cao đạt tới 0,01 – 0,005 % vượt xa độ chính xác của chuẩn độ

- Xác định được nhiều kim loại (cation) và các á kim (anion), các thành phần của hợp kim, quặng, silicat

- Đơn giản về nguyên tắc, dụng cụ phân tích thông thường

- Độ đúng và độ lặp lại tốt (nếu cẩn thận)

- Kéo dài thời gian, không kinh tế như tiêu hao điện năng

Cách tính toán trong phương pháp trọng lượng:

Đối với kết tủa ở dạng kết tủa tinh thể (ví dụ như BaSO4, AgCl ) khối lượng của chất cần xác định được tính theo công thức sau: gA = 0,5.F, trong đó F: là thừa

số phân tích trọng lượng, F = mMA / nMAl, 0,5 là khối lượng của dạng cân chất cần xác định ( đối với kết tủa dạng thể)

Đối với kết tủa vô định hình, khối lượng của chất cần xác định: gA = 0,1.F, 0,1 là khối lượng của dạng cân chất cần xác định (đối với kết tủa dạng vô định hình)

Ví dụ: Phân tích hàm lượng Fe trong dung dịch phân tích theo khối lượng của Fe2O3 đã được tách ra Ta có F = 2MFe / MFe2O3

Phân tích hàm lượng Fe2O3 trong dung dịch phân tích theo khối lượng của Fe

đã được tách ra Ta có F = MFe2O3 / 2MFe

Trong công thức tính F, tử số là chất cần xác định, mẫu là dạng cân

1.3.2 Phương pháp thể tích

Điểm tương đương: sự chuẩn độ đạt tới điểm tương đương là khi tại điểm đó

lượng chất chuẩn thêm vào tương đương hóa học với lượng chất phân tích có trong mẫu

Điểm tương đương là một điểm lý thuyết, không thể xác định bằng thực nghiệm

Điểm kết thúc

Là thời điểm gây ra sự biến đổi tính chất vật lý hay sự đổi màu của chất chỉ thị Thường có sự sai biệt về thể tích hay khối lượng giữa điểm tương đương và điểm kết thúc, người ta gọi là sai số trong chuẩn độ Trong các phương pháp phân tích thể tích, sai số trong chuẩn độ Et được xác định: Et = Veq - Vfin

Veq: thể tích lý thuyết của thuốc thử cần thiết để đạt đến điểm tương đương

Vfin : thể tích thật sự sử dụng để phát hiện điểm kết thúc của phản ứng

Các phương pháp xác định điểm tương đương: để xác định điểm tương

đương, người ta sử dụng chất chỉ thị hóa học hay chỉ thị lý hóa

Chất chỉ thị hóa học

Chỉ thị là chất được cho vào dung dịch khi tiến hành định lượng Sự thay đổi

về pH, thế oxy hóa – khử…sẽ làm thay đổi màu của chỉ thị

Các chỉ thị thường dùng trong phương pháp phân tích thể tích:

a Chỉ thị nội: chỉ thị cho vào dung dịch khi tiến hành định lượng

Chỉ thị màu: metyl cam, phenolphtalein…

Chỉ thị tạo tủa: kali cromat

Chỉ thị tạo huỳnh quang: fluorescene

b Chỉ thị ngoại: chỉ thị để ngoài, dùng dụng cụ như đũa thủy tinh lấy dung dịch rồi cho tác dụng với thuốc thử như trường hợp dùng giấy tẩm hồ tinh bột

Chỉ thị có thể là:

Một chất : metyl đỏHai chất: thuốc thử Tashiro (metyl đỏ và xanh metylen)Nhiều chất: thuốc thử vạn năng

Chỉ thị lý hóa

Đo sự đổi màu của dung dịch bằng phương pháp quang phổ, phương pháp điện hóa như đo điện thế, đo cường độ dòng điện hay đo độ dẫn điện

Phân loại các phương pháp phân tích thể tích

- Phương pháp trung hòa: phương pháp dùng để định lượng các acid, base và một số muối trong môi trường là nước hay môi trường khan Phương pháp này dựa trên sự trao đổi proton H+

- Phương pháp oxy hóa – khử: dựa trên phản ứng oxy hóa – khử tương ứng với sự trao đổi electron giữa 2 chất: một chất cho electron và một chất nhận electron.

- Phương pháp kết tủa: căn cứ trên các phản ứng giữa chất cần định lượng và thuốc thử tạo ra hợp chất ít tan

- Phương pháp tạo phức: dựa vào phản ứng tạo phức Phương pháp complexon được sử dụng phổ biến dùng định lượng các ion kim loại như định lượng Ca,

Mg trong nước với thuốc thử là EDTA

Kỹ thuật chuẩn độ

Kỹ thuật chuẩn độ trong phương pháp thể tích nói chung rất đơn giản Kỹ thuật thường chỉ cần đo thể tích của các dung dịch với những dụng cụ chính xác như pipet, buret, bình định mức Các dụng cụ kém chính xác hơn như ống đong chỉ dùng để lấy thể tích thuốc thử và dùng để điều chỉnh môi trường phản ứng

Các phương pháp được dùng trong phân tích thể tích là phương pháp trực tiếp và phương pháp gián tiếp.

- Chuẩn độ trực tiếp: phương pháp chuẩn độ đơn giản nhất là từ buret đã hiệu

chỉnh chính xác, người ta nhỏ từng giọt dung dịch chuẩn B vào một thể tích xác định chính xác dugn dịch hay một lượng cân các định chất A đã hòa tan trong dung môi thích hợp Khi phản ứng kết thúc, biết lượng dung dịch chuẩn B dùng để phản ứng với chất cần định lượng A thì có thể tính hàm lượng chất A

Chuẩn độ trực tiếp thường dùng để định lượng một acid bằng một base hay ngược lại

- Chuẩn độ gián tiếp: người ta dùng phương pháp này khi chất cần định lượng

không phản ứng với dung dịch chuẩn nên cần có một chất trung gian

- Chuẩn độ ngược hay chuẩn độ thừa trừ: chuẩn độ này áp dụng trong trường

hợp không thể thực hiện chuẩn độ trực tiếp Người ta thêm một thể tích chính xác, dư dung dịch chuẩn B vào một thể tích xác định dung dịch hoặc một lượng cân xác định A đã hòa tan vào dung môi thích hợp Khi phản ứng kết thúc, lượng dư thuốc thử B không tham gia phản ứng được chuẩn độ bằng dung dịch thuốc thử hỗ trợ khác, đã biết nồng độ chính xác Thể tích thuốc thử B trong chuẩn độ này không được ít hơn 15 – 20 ml trong phương pháp

Pipet 1 vạch, 2 vạch

Buret dùng để đong một thể tích chính xác thay đổi

Bình định mức dùng để pha một dung dịch có thể tích chính xác, thường dùng để pha dung dịch chuẩn, pha loãng dung dịch

Thể tích chất lỏng trong bình biểu diễn bằng ml Trên bình có ghi dung tích

và nhiệt độ

Tính toán kết quả: để tính kết quả trong phương pháp phân tích thể tích cần

phải biết thể tích và nồng độ của chất chuẩn

Tính kết quả dựa vào nồng độ đương lượng:

Đối với nồng độ đương lượng, người ta kết thúc chuẩn độ tại lân cận điểm tương đương Ở đó, số đương lượng (hay mili đương lượng) thuốc thử bằng số đương lượng (hay mili đương lượng) của chất cần xác định

Lấy VB ml dung dịch chất B (chất chuẩn) có nồng độ xác định NB dùng chuẩn

độ tại điểm kết thúc hết VA ml chất cần định lượng A có nồng độ NA Để tính nồng

độ của chất A, áp dụng quy tắc hợp thức: VA.NA = VB.NB

Nồng độ chất A được suy ra từ công thức:

.

A

B B

A V

N V

Định lượng acid mạnh trong nước

Nếu định lượng một acid mạnh bằng base mạnh với nồng độ cao thì bước nhảy pH dài Do đó hầu hết chỉ thị màu đều sử dụng được Khi dung dịch được pha loãng (0,01N) pH thay đổi yếu hơn nên chọn lựa chỉ thị màu phải giới hạn

Bảng 1: pK của một và acid trong nước

H2S 7,0 13,8 Acetic 4,7

Định lượng acid yếu trong nước

Khi định lượng các acid mạnh thẳng có trọng lượng phân tử hơi cao như các acid alcol (acid lactic, acid tartric, acid citric) bằng kiềm thì sự chuyển màu xảy ra trong vùng kiềm.Dung dịch để chuẩn độ không được có carbonat

Nếu nồng độ acid quá thấp, vùng chuyển màu kéo dài nên thích hợp hơn là phải thay dung môi

Định lượng base

Định lượng base mạnh trong nước

Giống như trường hợp định lượng một acid mạnh

phải định lượng bằng một acid mạnh, pH ở điểm tương đương sẽ nhỏ hơn 7 Việc chọn chỉ thị tùy thuộc vào pKa của acid liên hợp với base chuẩn độ Amoniac là trường hợp đặc biệt quan trọng

1.3.2.2 Phương pháp oxy hóa khử

Xác định KMnO4

a Nguyên tắc:

Phương pháp permanganat vận dụng khả năng oxy hóa của permanganat MnO4-.Phản ứng thường được thực hiện trong môi trường acid và muối duy nhất được sử dụng là muối K

Permanganat là chất oxy hóa mạnh đối với những hệ thống khử (MnO4-/Mn2+ = + 1,51V ở pH =0) dẫn đến kết quả là tính chọn lọc của chất oxy hóa này rất yếu vì các chất khác đều đóng vai trò là chất khử của permanganat, do vậy thường sử dụng để định lượng các chất khử

b Vai trò của pH

- Trong môi trường acid: Mn7+ + 5e → Mn2+

- Trong môi trường trung tính hay kiềm:

+ Trong môi trường trung tính hay kiềm yếu, khả năng oxy hóa yếu hơn

c Acid được sử dụng trong phép xác định KMnO 4

- HCl: không thể dùng vì MnO4- có thể oxy hóa Cl- giải phóng Cl2.

- HNO3: thường không được dùng vì HNO3 trong thương mại luôn chứa NO2-, anion này khử permanganat

- H2SO4 và H3PO4: thường dùng 2 acid này làm môi trường

d Dung dịch chuẩn sử dụng trong phép đo KMnO 4

tạp hữu cơ, do đó khi cân trực tiếp để hòa tan thì nồng độ thường dưới mức mong muốn

Điều chế: hòa tan khoảng 3,5g KMnO4 này trong một lít nước đã đun sôi trước Bảo quản dung dịch trong lọ sạch và để vài ngày trước khi thực hiện chuẩn độ lại Trong khoảng thời gian này những chất hữu cơ đã bị oxy hóa thì nồng độ của dung dịch giảm nhẹ Khi tất cả những chất hữu cơ đã bị oxy hóa thì nồng độ dung dịch hầu như bền vững Lọc qua bông thủy tinh hay phễu thủy tinh xốp Dịch lọc được chứa trong những chai thủy tinh màu vì ánh sáng xúc tác sự phân hủy permanganat Khi sử dụng, xác định lại nồng độ bằng dung dịch acid oxalic

Bảo quản: để tránh ánh sáng hoàn toàn vì ánh sáng xúc tác sự phân hủy permanganat

Ưng dụng định lượng bằng phép đo permanganat

Định lượng các hợp chất vô cơ

Định lượng muối Fe(II)

Fe(II) có tính khử trong thực tế hay sử dụng muối Mohr Fe2+ → Fe3+

Định lượng muối Fe(III)

Phải khử ion Fe3+ trước với một lượng thừa thuốc thử Sn2+, amalgram Zn hay

H2SO4 Fe(II) được tạo nên được chuẩn độ bằng dung dịch permanganat

b Các kỹ thuật chuẩn độ trong phép đo iod

Các kỹ thuật chuẩn độ đã được giới thiệu trong bài phương pháp phân tích thể tích Phần này sẽ nhắc lại sơ bộ cách tiến hành trong phép đo iod

• Chuẩn độ trực tiếp

Tiến hành:chuẩn độ các dung dịch có tính khử bằng dung dịch chuẩn độ iod.Thế oxy hóa – khử chuẩn E0 = +0,535 V cho thấy iod là một tác nhân oxy hóa yếu (ở vị trí giữa của bảng thế oxy hóa – khử chuẩn)

Tuy vậy, có vài chất được chuẩn độ trực tiếp bằng dung dịch iod thích hợp hơn vì tác động oxy hóa nhẹ của iod lại có lợi trong khi sử dụng chất chuẩn độ mạnh hơn có thể gây ra sự oxy hóa không tỷ lượng

• Chuẩn độ thừa trừ (chuẩn độ ngược)

Thêm một lượng thừa dung dịch KI vào mẫu chứa chất oxy hóa.Chất oxy hóa này bị iodid khử, kết quả tạo thành một lượng iod tương đương và được chuẩn

độ bằng natri thiosulfat chuẩn

Aox + I- → Akh + I2

2 S2O32- + I2 → S4O62- + 2I

-Iod tạo thành trong phản ứng đầu tiên tương đương với lượng tác nhân oxy hóa Aox có trong mẫu Kế đó iod tạo thành được chuẩn độ bằng natri thiosulfat, các ion iodid và tetrathionat là các sản phẩm

• Chuẩn độ thế

Tiến hành: cho một thể tích chính xác dung dịch cần định lượng tác dụng với một lượng dư thuốc thử nào đó, phản ứng sinh ra một lượng chất mới tương đương hóa học với lượng chất cần xác định Dùng dung dịch chuẩn độ để định lượng chất mới sinh ra

Thí dụ: định lượng K2Cr2O7 bằng cách cho tác dụng với lượng dư KI (môi trường acid) để giải phóng iod (lượng tương đương)

Có nhiều ion phức có độ bền cao, màu đặc trưng dung cho phân tích định tính và định lượng: phát hiện K+ bằng cách cho tác dụng với Na3[Co(NO3)6] tạo ra phức ở dạng tủa màu vàng K3[Co(NO3)6] Định tính Fe3+: Fe3+ phản ứng với

K4[Fe(CN)6] tạo kết tủa màu xanh phổ Fe4[Fe(CN)6]3 Để định lượng Fe3+,người ta cho Fe3+ tác dụng với thuốc thử NH4SCN, phức tạo thành có màu đỏ máu, đo phổ hấp thụ trong vùng khả kiến

- Dùng các phản ứng tạo phức để che các ion cản trở

Có nhiều trường hợp người ta dùng phản ứng tạo phức để che các ion ngăn cản quá trình phân tích.

Thí dụ: trong quá trình phân tích, Fe3+ có thể ngăn cản sự phát hiện ion khác, người ta che Fe3+ bằng cách thêm H3PO4, NaF, Na2C2O4, hoặc Na2C4H4O6 vào dung dịch phân tích, ion Fe3+ sẽ tạo với các chất đó thành ion phức bền không màu Khi

đó các phức được hình thành bền vững ngay cả khi cho thuốc thử nhạy với Fe3+ như

NH4SCN cũng không tác dụng rõ rệt với Fe3+

- Dùng phản ứng tạo phức để hòa tan kết tủa

Người ta dùng các phản ứng tạo phức để hòa tan những kết tủa không tan trong nước, trong acid và trong kiềm Như trường hợp Ag+ tác dụng với nhóm halogenid (Cl-, Br-, I-) tạo thành các muối bạc halogenid không tan Để tách AgCl ra khỏi các chất khác, người ta cho vào tủa một lượng thừa NH3, AgCl tạo thành phức [Ag(NH3)2Cl] tan

- Dùng phản ứng tạo phức để thay đổi tính acid – base của các chất

Người ta dùng phản ứng này khi muốn thay đổi tính acid, base của một số chất

Thí dụ: để tăng tính acid của acid boric, người ta thêm vào dung dịch một lượng glycerin Lúc này có liên kết anion của acid boric thành phức glyceroborat kèm theo làm yếu liên kết của nó với hydro Do đó, acid yếu trở thành acid mạnh

Yêu cầu đối với phản ứng trong phương pháp kết tủa

- Phản ứng giữa chất cần xác định (A) và dung dịch chuẩn của thuốc thử B cần phải xảy ra với điều kiện tạo thành kết tủa có độ tan S A m B m tối thiểu và trong mọi trường hợp không được vượt quá độ tan cho phép 10-5 mol/l Phức

tạo thành phải có hằng số không bền nhỏ nhất, hằng số này biểu thị mức độ bền của phức.

- Vì thêm các chất điện ly không có ion chung đối với kết tủa AmBn làm tăng

độ tan của nó nên phản ứng cần tiến hành ở điều kiện khi chất lạ có mặt trong dung dịch phân tích không cản trở sự chuẩn độ chất xác định, phản ứng kết tủa kết thúc nhanh và thực tế đến tận cùng

Ứng dụng của phương pháp phức chất:

 Xác định hàm lượng NaCl bằng phương pháp Mohr

Người ta xác định ion Cl- trong các muối tan dựa trên sự chuẩn độ trực tiếp lượng chất cần phân tích hay dung dịch của nó bằng dung dịch chuẩn AgNO3 với chỉ thị kali cromat Nếu xuất phát từ sản phẩm tinh thể thì tính hàm lượng % của NaCl hay Cl- trong mẫu Nếu phân tích dung dịch thì tính hàm lượng ion Cl- hay NaCl trong dung dịch thành gam

 Xác định Ca, Mg

Xác định calci dựa trên phương pháp chuẩn độ trực bằng dung dịch chuẩn EDTA với chất chỉ thị murexid Chỉ thị tạo với ion calci phức chất màu đỏ Khi chuẩn độ bằng EDTA, ở điểm tương đương màu đỏ chuyển sang màu đặc trưng của chất chỉ thị tự do

Khi chuẩn độ muối calci bằng EDTA, xảy ra sự tạo phức CaY2- và acid:

Ca2+ + H2Y2- ↔ CaY2- + 2 H+

Định lượng calci tiến hành ở môi trường kiềm mạnh pH > 11

 Xác định độ cứng của nước

Độ cứng của nước được biểu thị bằng số mili đương lượng gam calci

và magie trong 1 lít nước

Lấy mẫu nước cần định lượng, cho thêm chỉ thị eriocrom đen ở pH =

10, chỉ thị sẽ tạo phức màu đỏ vang với một phần Mg2+ trong mẫu Khi nhỏ EDTA vào, EDTA sẽ phản ứng với Ca2+ tự do, sau đó với Mg2+ tự do đến điểm tương đương EDTA sẽ phá phức của chỉ thị với Mg2+, giải phóng ra chỉ thị tự do có màu xanh chàm

1.3.3 Phương pháp phổ phân tử (phương pháp trắc quang)

Khái niệm

Là phương pháp phân tích quang học dựa trên việc đo độ hấp thụ năng lượng ánh sáng của một chất xác định ở một vùng phổ nhất định Trong phương pháp này chất cần phân tích được chuyển thành một hợp chất có khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng, hàm lượng của chất được xác định bằng cách đo sự hấp thụ ánh sáng của hợp chất màu

Phân tích trắc quang là phương pháp phân tích lý hóa phổ biến và quan trọng

để xác định hàm lượng các nguyên tố, các chất và các hợp chất trong nhiều đối

tượng phân tích khác nhau Ví dụ để kiểm tra các quá trình sản xuất trong công nghiệp hóa học, công nghiệp luyện kim, để nghiên cứu địa chất, điều tra cơ bản…

Phương pháp phân tích trắc quang có độ nhạy và độ chọn lọc khá cao nên thường được dùng để xác định hàm lượng bé, trung bình và hàm lượng lớn các nguyên tố trong nhiều đối tượng phân tích Phương pháp này thực hiện được nhanh, thuận lợi, thiết bị đơn giản và để tự động hóa nên được dùng rộng rãi trong nhiều phòng thí nghiệm, nghiên cứu khoa học…

Trong phương pháp này, phản ứng hóa học tạo ra hợp chất này đóng một vai trò quan trọng, nó quyết định độ nhạy, độ chọn lọc và thời gian phân tích

Các định luật trong phổ hấp thu phân tử

Phương pháp phân tích trắc quang dựa trên tính chất vật lý của các chất có tính chất hấp thụ chọn lọc dòng sáng đơn sắc Đây là phương pháp phân tích định lượng không đo trực tiếp khối lượng của chất mà đo mật độ quang của dung dịch màu, từ đó suy ra hàm lượng của cấu tử cần xác định

Vậy bản chất của phương pháp dựa trên sự phụ thuộc xác định giữa đại lượng hấp thu ánh sáng đơn sắc và lượng chất hấp thụ ánh sáng D = f(C) hay bề dày của lớp dung dịch hấp thụ D = f(l) Mối liên hệ giữa D = f(C) hay D = f(l) được thiết lập dựa trên định luật hấp thu ánh sáng

1) Định luật Lambert

Thí nghiệm:

Chiếu một dòng sáng đơn sắc có cường độ Io đi qua một dung dịch đồng nhất, có bề dày 1 cm Sau khi đi qua dung dịch cường độ chùm sàng bị suy giảm còn I

Dòng sáng đơn sắc Io chiếu qua dung dịch màu chia làm các phần: một phần

bị hấp thu bởi dung dịch màu Ia, một phần bị phản xạ bởi dung môi và các thành cuvet đựng dung dịch Ir, và một phần đi qua dung dịch màu II

Ta có hệ thức: Io = Ia + Ir + II

Trong thực tế trắc quang khi đo mật độ quang thường dùng 2 dung dịch: dung dịch nghiên cứu và dung dịch so sánh Hai dung dịch này được chuẩn bị trong dung môi như nhau và chứa trong 2 cuvet hoàn toàn giống nhau Vì vậy mà giá trị Ir

bị triệt tiêu khi đo

Định luật Lambert: Lượng tương đối của dòng sáng bị hấp thu bởi môi

trường mà nó đi qua không phụ thuộc vào cường độ của tia tới Mỗi một lớp bề dày như nhau hấp thụ một phần dòng sáng đơn sắc đi qua dung dịch như nhau.

A = lg = Kl

Trong đó:

I0 là cường độ ban đầu của chùm sáng

I là cường độ chùm sáng sau khi qua dung dịch mẫu

l là chiều dày lớp dung dịch mẫu

K là hệ số tỷ lệ

2) Định luật Beer

Thí nghiệm: người ta chiếu chùm sáng qua các dung dịch mẫu có nồng độ khác nhau và tiến hành đo độ hấp thu A của chúng Sau khi xem xét kết quả, rút ra được quy luật là mẫu có hàm lượng càng cao thì độ hấp thu càng lớn

Định luật Beer: Sự hấp thu dòng quang năng tỷ lệ bậc nhất với số phân tử

của chất hấp thụ mà dòng quang năng đi qua nó.

Định luật này có thể phát biểu theo cách thứ 2: độ hấp thu ánh sáng của dung dịch màu (đại lượng mật độ quang) tỷ lệ với nồng độ của dung dịch chất hấp thu ánh sáng

Biểu thức định luật Beer:

A = lg = KC

Trong đó:

I0 là cường độ ban đầu của chùm sáng

I là cường độ chùm sáng sau khi qua dung dịch mẫu

l là chiều dày lớp dung dịch mẫu

K là hệ số tỷ lệ

3) Định luật hợp nhất Lamber – Beer

Xem xét qua 2 định luật riêng rẽ trên ta thấy độ hấp thu A tỷ lệ bậc nhất với nồng độ C của chất màu và bề dày l của lớp dung dịch, qua đó ta có thể rút ra định luật sau:

Định luật Lamber – Beer: Độ hấp thu ánh sáng của dung dịch màu (đại

lượng mật độ quang) tỷ lệ với nồng độ của dung dịch và bề dày của lớp dung dịch hấp thu ánh sáng.

A = lg = εlC

Trong đó:

ε: hệ số hấp mol thu phân tử (Lmol-1cm-1) Giá trị này phụ thuộc bản chất của chất nghiên cứu, bước sóng của ánh sáng đi qua và nhiệt độ môi trường tại thời điểm nghiên cứu

Hệ số hấp thu mol phân tử ε không phụ thuộc vào nồng độ của hợp chất màu hấp thu ánh sáng, đặc trưng cho tính chất riêng biệt cho từng chất khác nhau và được dùng để đánh giá độ nhạy của phản ứng trắc quang Hợp chất nào có hệ số hấp mol thu phân tử càng cao thì khi phân tích trắc quang càng nhạy Một hợp chất đủ điều kiện để phân tích trắc quang khi có giá trị hệ số hấp mol thu phân tử tối thiểu là

10-3Lmol-1cm-1

l: chiều dày lớp dung dịch hay bề dày cuvette (cm) Thông thường người ta hay chọn cuvette có chiều dày 1cm cho tiện tính toán nhưng đôi khi vẫn dùng loại cuvette khác

Hệ số hấp thu phân tử làm một hàm số của độ dài sóng không phụ thuộc vào nồng độ của hợp chất màu hấp thu ánh sáng, đặc trưng cho tính chất riêng biệt cho từng chất khác nhau Dùng để xác định độ nhạy của phản ứng trắc quang

C: nồng độ chất màu nghiên cứu

Ta có thêm khái niệm độ truyền suốt T như sau:

Độ truyền suốt T (Transmittance) chỉ phần trăm lượng ánh sang không bị hấp thu và truyền qua được dung dịch mẫu

Như vậy ta nói mật độ quang có tính cộng

Định luật cộng tính: Độ hấp thu quang của dung dịch gồm nhiều cấu tử là

tổng độ hấp thu quang của từng dung dịch chứa riêng rẽ từng cấu tử có nồng độ tương đương.

Bản chất của định luật cộng tính là sự độc lập của đại lượng hấp thu của một chất riêng biệt khi có mặt các chất khác có sự hấp thu ánh sáng riêng

Sử dụng phương pháp trắc quang trong định lượng hóa học

Yêu cầu về các hợp chất cần xác định là phải bền, ít phân ly, ổn định, không thay đổi thành phần trong khoảng thời gian nhất định để thực hiện phép đo (10-20 phút)

Hệ số ε lớn có giá trị từ 103 – 5.104 L.mol-1cm-1, có thể thực hiện phản ứng tạo màu với thuốc thử vô cơ và hữu cơ

Nồng độ các chất xác định theo định luật Lambert – Beer Khoảng xác định nồng độ theo phương pháp là 10-2 – 10-6 mol Giới hạn phát hiện của phương pháp

10-7 mol

Các hợp chất là phức cần đo phải có λmax khác xa λmax của thuốc thử trong cùng điều kiện tức là ∆λ > 2 lần nửa bán chiều rộng của vân phổ (khoảng 80-100nm) Thí du, khi phân tích Fe2+ bằng phương pháp o-phenanthroline Sau khi thêm thuốc thử ta được phức màu vàng cam (λmax= 510nm), trongkhi đó thuốc thử 1,10-o-phenanthroline có λmax =250nm

Với A1, A2 và C1, C2: độ hấp thu của hai dung dịch chuẩn và nồng độ của các dung dịch chuẩn tương ứng, sao cho:

A1< Ax< A2 cũng có nghĩa C1< Cx< C2

2) Phương pháp thêm chuẩn

Phạm vi ứng dụng là xác định các chất có hàm lượng vi lượng hoặc siêu vi lượng, loại bỏ ảnh hưởng của chất lạ Có 2 phương pháp là phương pháp sử dụng công thức và phương pháp đồ thị

Phương pháp sử dụng công thức

Trong đó: Ax: độ hấp thu của dung dịch xác định tương ứng với thể tích Vx

Ax+a: độ hấp thu của dung dịch có thêm chuẩn

Ca: nồng độ chất chuẩn thêm vào

Cx: nồng độ chất cần xác định trong thể tích Vx

Công thức được thiết lập từ: Ax = εlCx

Ax+a = εl(Cx + Ca)

Cx được biểu diễn theo đơn vị của Ca

Cách thực hiện: Lấy 3 lần của dung dịch cần xác định nồng độ cho vào 3 bình định mức có thể tích Vml

Bình 1: Thêm thuốc thử và các chất để tạo môn trường pH cho dug dịch, dung dịch gọi là dung dịch xác định nồng độ Cx, độ hấp thu quang tương ứng là Ax

Bình 2: Thêm một lượng chính xác dung dịch tiêu chuẩn đã biết chính xác nồng độ

Ca, tiến hành phản ứng tạo màu giống như bình 1 Dung dịch có độ hấp thu tương ứng là Ax+a

Bình 3: Chỉ thêm các chất để tạo pH cho dung dịch, lấy dung dịch này làm dung dịch so sánh

Phương pháp sử dụng đồ thị

Có ít nhất 3 dung dịch thêm chuẩn Lấy ít nhất 4 lần của dung dịch cần xác định nồng độ cho vào 4 bình định mức V (ml) Sau đó thêm chính xác một lượng V1, V2,

V3 ml dung dịch chuẩn có nồng độ tương ứng Ca1, Ca2, Ca3 vào 3 bình định mức trên Tiến hành phản ứng tạo màu Bình còn lại để làm dung dịch so sánh, cũng chuẩn bị giống như phương pháp công thức.

Độ hấp thu của các dung dịch thêm so với dung dịch so sánh

Biểu đồ xác định phương trình hồi quy tương quan của phương pháp then chuẩn sử dụng đồ thị

Có thể đọc kết quả trên đồ thị hoặc sử dụng phương trinh hồi quy có dạng:

A= aC + b (hồi quy tuyến tính y = ax + b)

Ax = b

Cx = b/a

3) Phương pháp đường chuẩn

Ưu điểm là chính xác, thực hiện nhiêu lần

Chuẩn bị từ 6 dung dịch chuẩn (trong khoảng tuân theo định luật Beer)

Thực hiện phản ứng màu với thuốc thử

Đo độ hấp thu quang A của dung dịch ở λmax so với các dung dịch so sanh được chuẩn bị giống như dung dịch chuẩn nhưng không chứa các ion cần xác định

Biểu diễn sự phụ thuộc A theo C trên đồ thị hoặc tính theo phương trình hồi quy A

= aC + b (a và b là hệ số cần tím của phương trình hồi quy – tương quan)

Dung dịch xác định: chuẩn bị và phản ứng tạo màu với thuốc thử giống như mẫu chuẩn

Ví dụ: Dung dịch chuẩn dùng để xây dựng đường chuẩn

Sau khi đo được giá trị độ hấp thu quang của các dung dịch chuẩn, chúng ta có thể tiếng hành xây dựng đường chuẩn và tìm ra phương trinh hồi quy tương quan:

Biểu đồ xác định phương trình hồi quy tương quan của phương pháp đường chuẩnSau khi thiết lập đường chuẩn, ta được dạng phương trinh y = ax + b với y là độ hấp thu quang , x là nồng độ Đối với dung dịch xác định, ta tiến hành phản ứng và đo được hệ số háp thu của mẫu (Amẫu = y), ta có thể tính được nồng độ của mẫu cần xác định theo phương trình:

1.3.3 Phương pháp điện thế

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của phương pháp điện thế là phép chuẩn độ điện thế

Các điều kiện cơ bản của một phép chuẩn độ điện thế là:

1 Phải có phản ứng hóa học giữa các thuốc thử và dung dịch chuẩn độ đáp ứng đòi hỏi của các phản ứng dùng trong phân tích thể tích, nghĩa là phản ứng phải xảy ra, hoàn toàn và đúng với hệ số tỷ lượng

2 Phải có phản ứng chỉ thị thích hợp, tức là phản ứng điện hóa xảy ra trên các điện cực chỉ thị Nếu chất tham gia phản ứng chỉ thị là chất xác định hoặc thuốc thử hoặc sản phẩm của phản ứng thì thế đo được sẽ thay đổi trong suốt quá trình chuẩn độ và điểm tương đương sẽ xác định được dựa vào đồ thị E = f(X), trong đó X là lượng thuốc thử cho vào khi chuẩn độ.

Lượng chất tham gia vào phản ứng chỉ thị dĩ nhiên phải bé hơn rất nhiều so với lượng của chúng tham gia vào phản ứng chính của phép chuẩn độ

Người ta thường phân biệt hai loại chuẩn độ: chuẩn độ điện thế khi cường độ dòng bằng 0 Dưới đây trình bày phương pháp chuẩn điện thế khi cường độ dòng bằng 0

Phương pháp phổ biến là trong khi chuẩn độ người ta tiến hành đo sức điện động của pin tạo bởi một điện cực so sánh và một điện cực chỉ thị nhúng vào trong dung dịch chuẩn độ Điện cực chỉ thị phải làm việc thuận nghịch với một trong các cấu tử tham gia vào phản ứng chuẩn độ

Cách xác định điểm tương đương trong chuẩn độ điện thế

Điểm tương đương được xác định dựa vào điểm uốn trên đồ thị E – V hoặc

pH – V hoặc điểm cực đại trên đồ thị (∆E/∆V) – V hoặc (∆pH/∆V) – V khi cho những lượng biến đổi thể tích dung dịch chuẩn rất bé ở gần điểm tương đương

Trong ví dụ dưới đây có ghi kết quả xác định thể tích tại điểm tương đương trong phép chuẩn độ acid HA bằng NaOH

Nước thiên nhiên sạch thường không màu, màu của nước chủ yếu do chất mùn, các chất hòa tan, keo hoặc do thực vật thối rửa Sự có mặt của một số ion kim loại (Fe, Mn), tảo, than bùn và các chất thải công nghiệp cũng làm cho nước có màu.

Độ màu của nước được xác định theo thang màu tiêu chuẩn tính bằng đơn vị Pt-Co Trong thực tế, độ màu có thể phân thành hai loại: độ màu thực và độ màu biểu kiến

Độ màu biểu kiến bao gồm cả các chất hòa tan và các chất huyền phù tạo nên, vì thế màu biểu kiến được xác định ngay trên mẫu nguyên thủy mà không cần loại bỏ chất

Độ đục ảnh hưởng đến việc xác định độ màu thật của mẫu

Khi xác định độ màu thực, không nên sử dụng giấy lọc vì một phần màu thực có thể

• Bình tam giác 100ml(6 cái)

 Pha loãng dung dịch màu chuẩn để có thang màu chuẩn từ 0-250 đơi

vị màu Pt-Co, dung dịch được pha lần lượt theo bảng sau:

 Lập đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa độ màu và độ hấp thu OD

Đo độ hấp thu của mẫu trên máy quang phổ hấp thu ở bước sóng 455nm

Ly tâm mẫu cho đến khi loại bỏ hoàn toàn các hạt huyền phù (tốc độ à thời gian ly tâm phụ thuộc vào đặc tính và hàm lượng các hạt huyền phù nhưng thường không vượt quá 1 giờ) Đo độ hấp thu của mẫu nước sau ly tâm

4- TÍNH KẾT QUẢ

Từ giá trị OD thu được của mẫu, kết hợp với đồ thị xác định độ mầu của mẫu Nếu trị số OD của mẫu vượt quá các trị số của dung dịch chuẩn phải pha loãng mẫu đến nồng độ thích hợp.

2.2 Xác định độ đục

Độ đục của nước bắt nguồn từ sự hiện diện của một số chất lơ lửng có kích thước thay đổi từ dạng phân tử đến dạng keo, huyền phù (kích thước 0,1 – 10mm) Trong nước, các chất gây đục thường là: đất sét, chất hữu cơ, vô cơ, thực vật và các vi sinh vật bao gồm các loại phiêu sinh động vật

Độ đục phát sinh từ nhiều nguyên nhân như:

- Đất, đá từ vùng núi cao đổ xuống đồng bằng (do hoạt động trồng trọt)

- Ảnh hưởng của nước lũ, làm xáo động lớp đất, lôi cuốn, phân rã xác động, thực vật

- Chất thải sinh hoạt, nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp

- Sự phát triển của vi khuẩn và một số vi sinh vật (tảo …)

Ý Nghĩa

Độ đục ảnh hưởng quan trọng đến cấp nước công cộng: làm giảm vẽ mỹ quan, gây

khó khăn cho quá trình lọc và khử khuẩn

Các yếu tố ảnh hưởng

Cặn lơ lững lớn có khả năng lắng nhanh, làm sai lệch kết quả đo

Ống đo bị bẩn, mẫu có nhiều bọt khí và độ màu thực của mẫu là những nguyên

nhân ảnh hưởng tới kết quả độ đục.

Phương pháp thí ngiệm

Có thể xác định độ đục bắng các phương pháp khác nhau như:

- Phương pháp cân khối lượng: Loc mẫu sau đó cân khối lượng cặn Nếu SS < 15 mg/l thì nước trong còn SS> 15 mg/l thì nước đục

- Áp dụng phương pháp so màu theo nguyên tắc dựa trên sự hấp thu ánh sáng của các cặn lơ lửng có trong dung dịch

A- NGUYÊN TẮC

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này dựa trên sự hấp thu ánh sang của các cặn

lơ lửng trong dung dịch

-Nước dùng pha loãng, không màu

- Lập đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa độ đục và độ hấp thu OD

Đo độ hấp thu của mẫu

Đo độ hấp thu của mẫu trên máy spectrophotometer ở bước sóng 450nm (Lắc thật

kỹ bình đựng mẫu trước khi lấy mẫu)

D- TÍNH KẾT QUẢ

Từ giá trị OD thu được của mẫu, kết hợp với đồ thị xác định độ đục của mẫu Nếu trị số OD của mẫu vượt quá các trị số của dung dịch chuẩn phải pha loãng mẫu đến nồng độ thích hợp

E- GHI CHÚ

Việc xác định độ đục không được chậm quá 24 giờ sau khi lấy mẫu

Cặn lớn có khả năng lắng nhanh, cuvete bẩn, có bột khí trong mẫu, độ màu thật của mẫu là những nguyên nhân ảnh hưởng tới kết quả độ đục

Phương pháp này áp dụng cho cả nước cấp và nước thải.

2.3 Xác định nhiệt độ

Để xác định nhiệt độ của nước, người ta thường dùng nhiệt kế thủy ngân có chia độ

từ 0 – 50oC (tối đa là 100oC) Muốn xác định nhiêt độ của nước ở tầng mặt, ta đặt bầu thủy ngân của nhiệt kế vào trong nước ở độ sâu 15 – 20cm, cho đến khi nhiệt

độ trong nhiệt kế không đổi (khoảng 5 phút), sau đó nghiêng nhiệt kế và đọc nhiệt

độ của nước mới lấy xong lên khỏi mặt nước

Muốn xác định nhiệt độ của nước ở tần giữa hay tầng đáy của thủy vực, ta cắm nhiệt kế vào nắp bình thu mẫu nước, thả bình xuống đúng vị trí cần xác định nhiệt

độ, cho nước vào đầy bình, để yên 5 phút sau đó kéo lên và đọc ngay nhiệt độ nước

và nhiệt độ lúc đo đạc.Các ion này thường là muối của kim loại như NaCl, KCl,

SO42-, NO3-, PO43- v.v Các dung dịch của hầu hết các hợp chất vô cơ là các chất dẫn điện tốt nhưng ngược lại đối với các phân tử hữu cơ có tính dẫn điện kém

Để xác định độ dẫn điện, người ta thường dùng các máy đo điện trở hoặc cường độ dòng điện

Đơn vị đo độ dẫn điện là micromho/cm (µmho/cm) hoặc hệ thống đơn vị đo lường quốc tế (SI) là millisimens/m (mS/m); 1mS/m = 10µmho/cm và 1µmho/cm =

1µS/cm Trong nước ngọt, độ dẫn điện thường từ 50 đến 1500µmho/cm, môi trường nước lợ và mặn thì độ dẫn điện cao hơn nhiều Độ dẫn điện và nồng độ muối có quan hệ chặt chẽ về nồng độ các ion trong môi trường, độ dẫn điện tăng cùng với sự tăng của nồng độ muối Việc đo đạc chính xác độ dẫn diện thường không đòi hỏi cao đối với nuôi trồng thủy sản, mà thay vào đó việc đo nồng độ muỗi của nước thường được sử dụng hơn Máy đo độ dẫn điện thường được sử dụng để ước tính nhanh mức độ khoáng của nước thiên nhiên và mức độ ô nhiễm nguồn nước thải công nghiêp

Chương 3: Xác định một số chỉ tiêu hóa học của nước

- Kw: tích số ion của nước

- [H+][OH-]: Nồng độ của ion H+ và ion OH

[H2O]: Nồng độ nước không phân ly

- KH2O: Hằng số phân ly của nước