PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG - CHƯƠNG 4 docx

Khi hàm lượng sắt trong nước lớn hớn 1mg/l gây ra vị tanh trong nước vàvề mặt cảm quan không thể chấp nhận được.. Chính vì những lý do trên nên tiêu chuẩn đặt ra cho nước sử dụng trong s

CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ TRẮC QUANG BÀI 13: SẮT

1.Giới thiệu chung

1.1 Ý nghĩa môi trường

Từ lâu con người đã nhận biết, uống nước có chứa sắt sẽ không gây hại đốivới sức khỏe Nước mặt sau khi loại bỏ cặn lơ lửng thì hàm lượng sắt ít khi đạt tới1mg/l Riêng đối với nước ngầm và nước thải sinh hoạt, hàm lượng sắt có thể caohơn rất nhiều Những loại nước như thế khi tiếp xúc với không khí sẽ trở nên đục vàcó màu vàng, nguyên nhân là do sắt dạng Fe2+bị oxy hóa thành Fe3+tạo ra nhữngchất kết tủa dưới dạng keo Ở những điều kiện tự nhiên và pH thấp, tốc độ của quátrình oxy hóa thường xảy ra chậm và sắt trong nước thường tồn tại dưới dạng Fe2+.Trong môi trường pH < 6 và có sục khí, Fe3+ có thể tồn tại một thời gian Tốc độoxy hóa sẽ tăng lên khi trong môi trường có pH > 6, có mặt của các chất oxy hóahay do hoạt động của vi sinh vật Sắt có trong nước là nguyên nhân làm cho quầnáo bị vàng sau khi giặt, làm ố các đồ vật bằng sứ và tạo ra các vết ố trên các đồ vậthàn chì Khi hàm lượng sắt trong nước lớn hớn 1mg/l gây ra vị tanh trong nước vàvề mặt cảm quan không thể chấp nhận được Ngoài ra, cặn sắt bám trên thành ốngdẫn lâu ngày làm thay đổi lưu lượng và tắc các ống dẫn của hệ thống phân phốinước Chính vì những lý do trên nên tiêu chuẩn đặt ra cho nước sử dụng trong sinhhoạt và ăn uống phải có hàm lượng Fetc <0,3 mg/l Đối với một số ngành côngnghiệp, tiêu chuẩn cho phép sắt có trong nước đòi hỏi rất cao như đối với công nghệdệt nhuộm thì Fe < 0,1 mg/l

1.2 Nguyên tắc

Sắt trong dung dịch được khử thành dạng Fe2+(tan trong nước) bằng cách đunsôi trong môi trường acid và hydroxylamine, sau đó Fe2+tạo phức có màu với 1,10phenanthroline ở pH = 3,0 3,3 Mỗi nguyên tử Fe2+sẽ kết hợp với ba phân tử củaphenanthroline tạo thành phức chất màu đỏ cam Cường độ màu tuân theo định luậtLambert-Beer và phụ thuộc vào pH Phản ứng sẽ đạt tốc độ cực đại khi pH của môitrường trong khoảng từ 2,9 3,5 và sử dụng một lượng thừa phenanthroline Cácphương trình phản ứng được biểu diễn như sau:

2+

(màu đỏ cam)

Phương pháp phenanthroline có thể xác định hàm lượng sắt lớn nhất là 1mg/l

1.3 Trở ngại

Những chất oxy hóa mạnh như cyanide, nitrite và phosphate (polyphosphatemạnh hơn orthophosphate), chromium, zine với hàm lượng lớn hơn sắt 10 lần,cobalt, copper lớn hơn 5mg/l và nicken lớn hơn 2 mg/l đều gây ảnh hưởng đến kếtquả phân tích Bismuth, cadmium, mercury, molybdate và silver kết tủa vớiphenanthroline Trong quá trình thực hiện thí nghiệm, bước đun sôi với acid nhằmchuyển polyphosphate thành orthophosphate, loại bỏ ảnh hưởng của nitrite vàcyanide Thêm một lượng thừa phenanthroline để loại bỏ những sai số gây ra bởicác chất oxy hóa mạnh và tạo phức với một số ion kim loại có trong dung dịch Nếuhàm lượng các ion kim loại quá cao, cần phải sử dụng phương pháp trích ly

Nếu mẫu có màu hay chất hữu cơ, xử lý mẫu bằng cách đun sôi mẫu nhiềugiờ với acid HCl 1:1 trong cốc có quai bằng silica, sứ hay platinum Khi mẫu cạn,đốt nhẹ, phần tro còn lại được hòa tan bằng acid Nếu hàm lượng chất hữu cơ quácao, bước phân hủy sẽ được thực hiện trước giai đoạn trích ly

2 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất

2.1 Dụng cụ và thiết bị

2.1.1 Dụng cụ

Dụng cụ thủy tinh: nhằm loại bỏ sắt bám trên thành dụng cụ cần phải rửa tất cảdụng cụ thủy tinh bằng acid HCl đậm đặc, tráng lại bằng nước cất trước khi sử dụng.+ 02 Erlen 125ml

Sử dụng những hóa chất có hàm lượng sắt thấp và nước cất không có sắt để chuẩn

bị các dung dịch chuẩn và tác nhân

2.2.1 Hydrochloric acid (HCl) đậm đặc.

2.2.2.Dung dịch hydroxylamine: hòa tan 10g NH2OH.HCl trong 100ml nước cất

2.2.3 Dung dịch đệm ammonium acetate (NH 4 CH 3 COOH): hòa tan 250g

NH3C2H3O2 trong 150ml nước cất, thêm 700ml acid acetic (CH3COOH) đậm đặc.Lắc đều định phân bằng nước cất đến 1000ml

Không sử dụng khi dung dịch có màu.

2.2.5 Dung dịch lưu trữ sắt: (500ppm)

Đổ 20ml H2SO4 đậm đặc vào 50ml nước cất và thêm vào 1,7594gFe(NH4)2(SO4)2.6H2O Sau khi dung dịch đồng nhất Pha thành 500ml với nước cất(1,00ml = 500 g Fe)

2.2.6 Dung dịch chuẩn:

Lấy 20ml dung dịch lưu trữ sắt cho vào bình định mức 1000ml, thêm nước cất tớivạch định mức (1,00ml = 10,00 g Fe)

3 Thực hành

3.1 Sắt tổng cộng (Fe tc )

Mẫu phải được lắc đều trước khi phân tích, lấy 50ml mẫu cho vào erlen Nếuthể tích mẫu có hàm lượng sắt cao hơn 200 g, sử dụng một lượng mẫu ít hơn và phathành 50ml Thêm 2ml HCl đậm đặc và 1ml NH2OH.HCl Thêm vài viên bi thủytinh vào erlen, đun sôi đến khi thể tích còn khoảng 15 20ml (nếu mẫu bị cạn, chovào 2ml HCl đậm đặc và 5ml nước cất)

Làm nguội mẫu ở nhiệt độ phòng, chuyển dung dịch vào bình định mức100ml, thêm 10ml dung dịch đệm NH4CH3COOH và 4ml dung dịch phenanthroline.Cho nước cất tới vạch định mức và lắc đều, sau đó để khoảng 10 15 phút chocường độ màu đạt cực đại và ổn định Đo độ hấp thu trên máy spectrophotometer ởbước sóng 510nm

3.2 Sắt hòa tan

Ngay sau khi lấy mẫu, lọc mẫu bằng giấy lọc có đường kính 0,45 m, nướcsau lọc được acid hóa với tỉ lệ 1ml HCl đậm đặc/100ml mẫu Tổng hàm lượng sắthòa tan được xác định như trong phần 3.1

3.3 Sắt hai (Fe 2+ )

Việc xác định Fe2+phải thực hiện tại vị trí lấy mẫu bởi vì có sự thay đổi tỷ lệgiữa Fe2+ và Fe3+ theo thời gian trong môi trường acid Để xác định Fe2+, acid hóamẫu theo tỉ lệ 2ml HCl đậm đặc/100ml mẫu tại thời điểm lấy mẫu

Lấy 50ml mẫu đã được acid hóa, thêm 20ml phenanthroline và 10ml dungdịch đệm NH4C2H3O2, lắc đều Pha thành 100ml với nước cất, đợi khoảng 10 15phút, sau đó đo độ hấp thu A ở bước sóng 510nm

4 Cách thành lập đường cong chuẩn

Sử dụng dung dịch chuẩn có nồng độ 1ml = 10 g Fe.

Pha loạt dung dịch chuẩn sắt như sau :

** Định mức thành 100ml bằng nước cất Lắc đều và đo độ hấp thụ

Nếu mẫu bị đục và có màu, thay vì sử dụng nước cất làm mẫu chuẩn trắng, sử dụngchính mẫu làm mẫu chuẩn trắng và xử lý mẫu qua tất cả các bước như trong quátrình thực hiện nhưng không cho phenanthroline

Dãy chuẩn sắt

5 Tính toán

Sau khi có độ hấp thụ của một loạt chuẩn Vẽ giản đồ A = f(C), sử dụngphương pháp bình phương cực tiểu để lập phương trình y= ax + b Từ trị số độ hấpthụ của dung dịch mẫu Amsuy ra Cm từ phương trình trên Kết quả biểu diễn bằngđơn vị mg/l

6 Câu hỏi

6.1.Trình bày những trạng thái khác nhau của sắt trong nguồn nước tự nhiên, nêu

điều kiện tồn tại của mỗi trạng thái

6.2.Nêu những nguyên nhân chính gây ô nhiễm sắt trong nguồn nước ngầm.

BÀI 14: NITROGEN – NITRITE (N – NO 2 )

1 Giới thiệu chung

1 1 Ý nghĩa môi trường

Nitrite là một giai đoạn trung gian trong chu trình đạm hóa do sự phân hủy các chấtđạm hữu cơ Vì có sự chuyển hóa giữa nồng độ các dạng khác nhau của nitrogennên các vết nitrite được sử dụng để đánh giá sự ô nhiễm hữu cơ Trong các hệ thốngxử lý hay hệ thống phân phối cũng có nitrite do những họat động của vi sinh vật.Ngoài ra nitrite còn được dùng trong ngành cấp nước như một chất chống ăn mòn.Tuy nhiên, trong nước uống, nitrite không được vượt quá 0.1 mg/l

1.2 Nguyên tắc

Nitrite được xác định bằng phương pháp so màu Màu do phản ứng từ các dung dịchtham chiếu và mẫu sau khi tác dụng với acid sulfanilic và naphthylamine ở môitrường pH = 2 – 2.5 tạo thành hợp chất màu đỏ tím của acid azobelzolnaphthylamine sulfonic như sau:

Phương pháp DIAZO thích hợp khi xác định hàm lượng N-NO2từ 1 - 25 g / l

1.3 Các ảnh hưởng

Chlorine và nitrogen trichloride tồn tại trong mẫu sẽ gây ra trở ngại đối với phươngpháp này Ảnh hưởng này sẽ giảm thấp khi thêm naphthylamine hydrochloridetrước, sau đó đến acid sulfanilic Những ion tạo kết tủa làm sai lệch kết quả như:

Sb, Fe3+, Pb2+, Hg2+, Ag+,… không nên tồn tại trong mẫu Một lượng nhỏ chất rắn lơlửng cũng gây cản trởm có thể lọc qua giấy lọc kích thước 0.45 m

2 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất

2.1 Dụng cụ và thiết bị

2.1.1 Dụng cụ

Pipet 1ml (1); ống đong 50ml (1); pipet 25ml (1)

Erlen 125ml (9); quả bóp cao su (1)

FAS 0.05N: cân 19.607g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O + 20ml H2SO4đậm đặc + nước cất =

F

E D C B

A [( * ) ( * )]*7 mg/ml N-NO2

B ml dung dịch KMnO4đã dùng

C nguyên chuẩn độ của dung dịch KMnO4(0.05N)

D ml FAS (hoặc Na2C2O4) đã dùng

E nguyên chuẩn độ của dung dịch chuẩn (0.05N)

F ml dung dịch NaNO2dùng định phân

b Dung dịch EDTA: cân 0.5g muối natri dẫn xuất từ EDTA + nước cất = 100ml

c Acid sulfanilic + 70ml nước nóng để nguội + 20ml HCl đậm đặc pha loãng thành100ml với nước cất

d Dung dịch Naphthylamine chlohydrate: cân 0.6g naphthylamine chlohydrate +50ml nước cất + 1ml HCl đậm đặc + nước cất = 100ml Pha dùng ngay hoặc lưu giữ

ở nhiệt độ thấp

e Dung dịch đệm axetat: cân 16.4g CH3COONa hay 27.2g CH3COONa.3H2O +nước cất = 100ml

f Dung dịch huyền treo Al(OH)3: cân 125g AlK(SO4)2.12H2O hayAl(NH4)(SO4)2.12H2O trong 1000ml nước cất, đun nhẹ đến 600C + 55ml NH4OHđậm đặc Từ từ lắc đều Được 1 giờ, rửa huyền trọc nhiều lần với nước cất đến khinước rửa không còn Cl-(thử bằng AgNO3) Sau đó thêm nước cất cho thành 1000ml

2.2 Trình tự thí nghiệm

Nếu mẫu thử nhiều chất lơ lửng và màu, thêm 2ml Al(OH)3 vào 100ml mẫu, đểlắng vài phút, lọc bỏ lớp nước qua lọc đầu tiên (Nếu mẫu trong thì không phải làmbước này)

Chuẩn bị mẫu và dung dịch tham chiếu (đường chuẩn) theo bảng sau:

ml acid sulfanilic 0.5ml/ống – đợi 10 phút

1 Phân tích một mẫu nước ngầm, kết quả hàm lượng nitrite cao, có thể kết luận gì?

2 Nitrogen thường tồn tại ở dạng nào trong nước mặt? Nước ngầm?

BÀI 15: NITROGEN-NITRATE (NO 3 - )

1 Giới thiệu chung

1.1 Ý nghĩa môi trường

Nitrate là sản phẩm của giai đoạn oxy hóa cao nhất trong chu trình củanitrogen, cũng là giai đoạn quan trọng trong tiến trình oxy hóa sinh học Ở lớp nướcmặt thường gặp nitrate ở dạng vết nhưng đôi khi rong nước ngầm mạch nóng lại cóhàm lượng cao

Nếu nước uống có quá nhiều nitrate thường gây bệânh huyết sắc tố ở trẻ em

Do đó, trong nguồn nước cấp cho sinh hoạt giới hạn nitrate không vượt quá 6mg/l

1.2 Nguyên tắc

Phản ứng giữa nitrate và brucine cho sản phẩm có màu vàng được áp dụngđể xác định hàm lượng nitrate bằng phương pháp so màu Cường độ màu được đo ởbước sóng = 410nm Tốc độ phản ứng giữa nitrate và brucine chịu ảnh hưởng rõrệt vào lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình phản ứng Vì thế, các chất phản ứng đượcthêm vào lần lượt và ủ ở một khoảng thời gian chính xác tại nhiệt độ đã biết Nồngđộ acid và thời gian phản ứng được lựa chọn để tạo màu tốt nhất và ổn định.Phương pháp này thích hợp với cả nước ngọt và nước biển, với hàm lượng N-NO3

xấp xỉ 0,1-2 mg/l

1.3 Các ảnh hưởng

Sự hiện diện của tác nhân oxy hóa có thể được loại trừ bằng cách thêm chấtphản ứng orthotolidine Trở ngại bởi clor dư có thể bị loại bằng một lượng sodiumarsenite khi chlor dư không quá 5 mg/l Một lượng dư sodium arsenite nhỏ khôngảnh hưởng đến việc xác định nitrate Ion Fe2+, Fe3+và Mn4+sẽ gây ảnh hưởng nhẹ,nhưng nếu hàm lượng các ion này nhỏ hơn 1mg/l thì ảnh hưởng không đáng kể Trởngại do nitrite gây ra khi N-NO2 < 0,5 mg/l được ngăn ngừa bằng acid sulfanilic

Hàm lượng chất hữu cơ cao trong nước thải cũng sẽ gây trở ngại cho việc xác địnhnitrate.

2 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất

2.1 Dụng cụ và thiết bị

Ống nghiệm 25ml đã đánh số từ 1-5 và 7 ống khác;

Pipet 1ml, 2ml, 10ml, 25ml;

Hộp giấy kín hoặc tủ kín;

Spectrophotometer

2.2 Hóa chất

2.2.1 Dung dịch N-NO 3 chuẩn: (1ml = 2 g N-NO 3 )

Dung dịch N-NO3 lưu trữ: (1ml = 2 g N-NO3) Hòa tan 0,7218g AnhydrousPotassium Nitrate KNO3+ nước cất = 1 lít

Dung dịch N-NO3 chuẩn: (1ml = 0,002mg = 2 g N-NO3) Pha loãng 10mldung dịch lưu trữ thành 500ml để có 1ml dung dịch chuẩn = 2 g N-NO3

2.2.2 Dung dịch Brucine-Sulfanilic:

Cân 1g Brucine Sulfate + 0,1g Sulfanilic Acid trong 70ml nước cất nóng, thêm 3 mlHCl đậm đặc, làm lạnh, pha loãng thành 100ml Giữ trong chai đậm màu ở 5oC.Dung dịch này có màu hồng nhưng không ảnh hưởng đến kết quả phân tích và cóthể dùng rong vài tháng (chú ý: rất độc không được dùng miệng để hút dung dịchvào pipet)

2.2.3 Dung dịch H 2 SO 4 đậm đặc

2.2.4 Dung dịch Sodium Arsenite (NaAsO 2 )

Hòa tan 5,0g NaAsO2 với 1 lít nước cất (chú ý: rất độc không được dùngmiệng để hút dung dịch vào pipet)

2.2.5 Dung dịch Sodium Chloride

Hòa tan 300g NaCl với 1 lít nước cất

Trong loạt ống nghiệm khác, cẩn thận lấy 4ml H2SO4 đđvào từng ống

Thật chính xác, trích 1ml dung dịch tham chiếu cũng như mẫu vào từng ống nghiệmtheo đúng số thứ tự từng ống

STT 0 1 2 3 4 5 6 7(mẫu)

ống đựng dung dịch N-NO3 chuẩn và mẫu Lắc đềutừng ống

Lắc đều Đặt tất cả vào tủ kín hoặc hộp giấy trong bóng tối Đợi 10 phút

Trong thời gian đợi phản ứng hoàn tất, hút sẵn 5ml nước cất vào loạt ốngnghiệm đã dùng H2SO4trước đó

Sau 10 phút rót nhanh 4ml nước cất vào từng ống nghiệm, lắc đều Tiếp tụcđể trong bóng tối thêm 20 phút nữa cho phản ứng hoàn toàn

Đo độ hấp thu A ở = 410nm

4 Cách tính

Từ loạt chuẩn đo độ hấp thu

Vẽ giản đồ A = f(C), sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu để lậpphương trình

y = ax + b

Từ trị số độ hấp thu Amcủa mẫu tính nồng độ Cm

mgNO3/l = mg N-NO3x 4,43

5 Câu hỏi

1 Tại sao phải phân tích Nitrate trong kiểm tra ô nhiễm?

2 Nitrate có mặt trong nguồn nước mặt, nước ngầm, nước cấp do nguyên nhânnào?

3 Khi sử dụng nước có chứa nhiều Nitrate có ảnh hưởng đến sức khỏe như thếnào?

BÀI 16: NITROGEN – AMMONIA (NH 3 )

1 Giới thiệu chung

1.1 Ý nghĩa môi trường

Sự hiện hữu của ammonia trong nước mặt hay nước ngầm bắt nguồn từ hoạt độngphân hủy chất hữu cơ do các loại vi sinh vật trong điều kiện yếm khí Đối với nguồnnước cấp cho sinh hoạt, ammonia được tìm thấy khi bị nhiễm bẩn bởi các dòng nướcthải Trong mạng lưới cấp nước, ammoniac còn được sử dụng dưới dạng hóa chấtdiệt khuẩn chloramines nhằm tạo lượng chlor dư có tác dụng kéo dàithời gian diệtkhuẩn khi lưu chuyển trong đường ống Tùy theo tỷ lệ phối hợp, ammonia có thểkết hợp với chlor để cho monochloramine, dichloramine, trichloramine

1.2 Nguyên tắc

a Phương pháp Nessler được áp dụng cho nước uống tinh khiết, nước thiên nhiên,nước thải đã được làm sạch hoặc chưng cất Tất cả các loại này phải có độ màuthấp và nồng độ N-NH3 lớn hơn 20 g/l Áp dụng phương pháp Nessler hóa trựctiếp đối với nước thải sinh hoạt, có thể chấp nhận sai số của N-NH3từ 1-2 mg/l.Ammonia tác dụng với thuốc thử Nessler trong môi trường kiềm theo phản ứng sauđể cho sản phẩm có màu vàng:

2(2KI.HgI2) +NH3 + 3KOH (NH2)Hg-O-HgI + 7KI + 2 H2O

(màu vàng)

b Đối với nước thải, để tránh những trở ngại do các tạp chất có trong mẫu gây ra,mẫu cần được chưng cất và dịch phẩm thu được sẽ dùng phương pháp Nessler đểxác định

1.3 Các trở ngại

Khi hàm lượng calci vượt quá 250mg/l, ammonia đo được thường thấp hơn thực tế.Để tránh điều này phải điều chỉnh pH trước khi chưng cất mẫu Dung dich độnphosphate còn được dung với mục đích phụ làm kết tủa lượng calci trên dưới dạngcalci phosphate Một số hợp chất amine day thẳng, hợp chất vòng, chloramines hữu

cơ, acetone, aldehyt, rượu, và những chất hữu cơ khác cũng gây nhiều trở ngại.Những dung dịch này có thể cho màu vàng hay màu lục hoặc trở nên đục khi thêmthuốc thử Nessler vào chưng cất phẩm

2 Dụng cụ thiết bị và hóa chất

2.1 Dụng cụ và thiết bị

- Bình và bầu Kjeldahl

- Quang phổ kế và ống đo độ truyền suốt ( =430nm)

- Hệ thống chưng cất Kjeldahl

2.2 Hóa chất

a Dung dịch ZnSO4: hòa tan 100g ZnSO4.7H2O trong nước cất và định mức thành 1lít

b Dung dịch NaOH 6N: hòa tan 240g NaOH trong nước cất và định mức thành 1lít

c Dung dịch EDTA : hòa tan 50g EDTA –Na trong 60ml nước cất có chứa 10gNaOH.Có thể đun nhẹ cho tan hết ,làm nguội đến nhiệt độ phòng và định mứcthành 100ml

d Dung dịch chuẩn N-NH3(1ml= 10 g N-NH3)

* Dung dịch lưu trữ NH3: ( 1ml=1mg N= 1000 g N-NH3).Hòa tan 3,819g NH4Cl(đã sấy khô ở 100oC), thêm nước cất cho đủ một lít (1ml =1mgN= 1,22 mg NH3)