bài thực hành phương pháp phân tích môi trường

Sau khi chuyển nitơ sang dạng amoni người ta dùng phương pháp chuẩn độ hoặc so màu để xác định lượng nitơ tổng số trong đất.. BÀI 2: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT THEO PHƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

BÀI THỰC HÀNH

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG

Giảng viên: ThS Trần Nguyễn Vân Nhi

BÀI 1: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG TỔNG NITƠ TRONG ĐẤT

BẰNG PHƯƠNG PHÁP KJELDAHL

1 Mục đích

Nitơ là một trong những nguyên tố dinh dưỡng quan trọng của thực vật Hầu hết các nitơ trong đất đều ở dạng hữu cơ (95-99%), chỉ một phần ở dạng vô cơ (1-5%) Đa

số các đất, hàm lượng nitơ trong chất mùn chiếm khoảng 5% chất mùn Cây trồng chỉ sử dụng nitơ trong đất khi đã chuyển hoá thành dạng vô Mức độ phân giải phụ thuộc vào bản chất của dạng nitơ hữu cơ (nếu C/N càng cao, nitơ hữu cơ càng khó phân giải), vào nhiệt độ, độ ẩm, pH… của đất

Nitơ tổng là một chỉ tiêu thường được phân tích để đánh giá độ phì nhiêu tiềm tàng của đất Để phân tích người ta thường phân huỷ chất hữu cơ chuyển nitơ thành dạng amoni Quá trình phân huỷ này có rất nhiều phương pháp khác nhau:

 Dùng H2SO4 đặc kết hợp với chất xúc tác: phương pháp Kjeldahl (Kjendahl,1883) dùng H2SO4 đặc đun sôi với chất xúc tác là Selen hoặc CuSO4

 Dùng H2SO4 đặc kết hợp với chất oxi hoá mạnh: Chiurin(1933) dùng

H2SO4 đặc đun sôi với K2Cr2O7 hay CrO3 Hay có thể kết hợp với KClO4

và đun sôi (Ghinbuoc, Meseriacov, 1963)

Sau khi chuyển nitơ sang dạng amoni người ta dùng phương pháp chuẩn độ hoặc

so màu để xác định lượng nitơ tổng số trong đất

2 Nguyên tắc

Khi cho chất hữu cơ tác dụng với acid sunfuric đậm đặc (H2SO4 đđ)đun sôi với sự

có mặt của chất xúc tác (CuSO4.5H2O và K2SO4), cacbon và hidro của chất hữu cơ được oxi hoá đến CO2 và H2O, nitơ còn lại ở dạng khử và chuyển sang dạng amonium sunfat

2CH3CHNH2COOH + 13H2SO4 (NH4)2SO4 + 6CO2 + 16H2O + 12SO2 Sau đó kiềm hóa sản phẩm phản ứng:

(NH4)2SO4 + 2NaOH 2NH3 + Na2SO4 + 2H2O Rồi đem chưng cất và chuẩn độ lượng amoniac giải phóng ra:

NH3 + H3BO3 NH4+H2BO3- 2NH4+H2BO3- + H2SO4 (NH4)2SO4 + 2H3BO3

3 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị

3.1 Hóa chất:

Hoá chất:

- Nước cất 01 lần

- Acid Sunfuric đậm đặc (H2SO4đđ)

- Hỗn hợp xúc tác (CuSO4.5H2O và K2SO4); NaOH; H3BO3

- Methyl đỏ và methyl xanh

- Ethanol 95%

- Acid sunfuric 0,05mol/L (H2SO4 0,1N)

Pha hoá chất:

- Xúc tác gồm hỗn hợp CuSO4.5H2O và K2SO4 được cân theo tỷ lệ 1: 5 trộn đều

- NaOH 40%: hòa tan 400g NaOH trong nước và định mức thành 1L

- H3BO3 4%: hòa tan 40g H3BO3 trong nước và định mức thành 1L

- Chỉ thị Tashiro: hòa tan 2g methyl đỏ và 1g methyl xanh trong ethanol và định mức thành 1000mL

- Ethanol 95%: pha 950mL ethanol trong nước và định mức thành 1000mL

- Acid sunfuric 0,05mol/L (H2SO4 0,1N): pha ống chuẩn (H2SO4 0,1N) và định mức thành 1L

3.2 Dụng cụ:

- Buret 25mL

- Ống đong 1000mL

- Bình định mức 25mL, 1000mL

- Bình tam giác 100mL

3.3 Thiết bị:

- Hệ thống phá mẫu và chưng cất đạm bán tự động (Kjeldahl)

4 Cách tiến hành

4.1 Vô cơ hoá mẫu:

- Cân khoảng 0,5g đến 2,0g mẫu cho vào ống Kjeldahl có dung tích phù hợp (thường 250 mL)

- Thêm một lượng chất xúc tác (CuSO4.5H2O và K2SO4) phù hợp khoảng 0,9g đến 1,2g

- Thêm 25 mL H2SO4 đđ đối với gam chất khô đầu tiên của mẫu và thêm 6-12mL cho mỗi gam chất khô tiếp theo Trộn đều, đảm bảo đã làm ướt toàn bộ phần mẫu thử Đặt bộ ống Kjeldahl vào bộ phá mẫu

- Cài đặt nhiệt độ và thời gian cho máy với tổng thời gian vô cơ hóa từ 3 – 4 giờ

- Sau khi phá mẫu hoàn tất, chất lỏng trong bình trong và có màu xanh da trời nhạt

Để nguội Nếu thấy quá trình vô cơ hóa xuất hiện cặn rắn thì cho một ít nước cất vào rồi lắc đều

4.2 Chưng cất amoniac

- Đem mẫu đi chưng cất Cài đặt thông số cho máy (dựa theo catalogue) như sau:

H2O : 2S

H3BO3 : 3S NaOH : 5S

- Thời gian chưng cất: 5 phút

- Nhỏ 3 giọt chỉ thị Tashiro vào bình hấp thu và tiến hành chưng cất mẫu

4.3 Chuẩn độ

Chuẩn độ bằng H2SO4 0,1N, ghi nhận điểm cuối khi chuyển từ màu xanh dương sang mận chín Đọc thể tích acid sunfuric tiêu tốn trên buret

5 Kết quả

Hàm lượng nitơ của mẫu thử được xác định theo công thức sau:

WN = (V1 – V0) * C *14 /m

Trong đó:

WN : Hàm lượng nitơ của mẫu (g/kg)

V1 : Thể tích dung dịch H2SO4 0,1N dùng để chuẩn độ mẫu thử (mL)

V0 : Thể tích dung dịch H2SO4 0,1N dùng để chuẩn độ mẫu trắng (mL)

C : Nồng độ của dung dịch H2SO4 0,1N (mol/L)

14 : Khối lượng phân tử gam của nitơ (M = 14 g/mol)

m : Khối lượng của mẫu thử (g)

6 Câu hỏi

6.1 Giá trị chỉ thị của hàm lượng nitơ (%N) trong 6 nhóm đất chính của Việt Nam được quy định như thế nào?

6.2 Cho biết công thức hóa học của phức chất màu xanh dương và màu mận chín trong quá trình chuẩn độ?

BÀI 2: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT

THEO PHƯƠNG PHÁP CHIURIN

1 Mục đích

Sự tích lũy chất hữu cơ ở dạng mùn trong đất là do hoạt động vi sinh vật, thực vật cũng như bón phân hữu cơ Xác định chất hữu cơ trong đất là xác định hàm lượng, thành phần mùn quyết định hình thái và tính chất lí, hoá học và độ phì của đất

Trong tầng mùn chứa gần 90% nitơ ở dạng dự trữ và phần lớn các nguyên tố dinh dưỡng như P, S, nguyên tố vi lượng, là kho dự trữ chất dinh dưỡng cho cây trồng

Hiện có nhiều phương pháp xác định chất hữu cơ của đất: phương pháp đốt khô, phương pháp đốt ướt (Chiurin, Walkley - Black), phương pháp đốt mùn trong tủ sấy

150oC, thời gian 20 phút (Nikitin) và phương pháp oxi hóa mùn 24 giờ ở nhiệt độ 20oC (P.Antanova)

2 Nguyên tắc

Chất hữu cơ của đất, dưới tác dụng của nhiệt độ, bị dung dịch K2Cr2O7 + H2SO4 (1: 1) oxi hoá:

3C + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 3CO2 + 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O

Lượng K2Cr2O7 còn dư được dung dịch muối FeSO4 hay muối Morh (FeSO4.(NH4)2SO4.6H2O) để khử:

K2Cr2O7 +6FeSO4 +7H2SO4 Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 +K2SO4 + 7H2O Chất chỉ thị cho quá trình chuẩn độ này thường dùng là acid phenylanthranilic (C13H11O2N), màu chuyển từ đỏ mận sang xanh lá cây hoặc diphenylamin (C12H11N), màu sẽ chuyển từ màu lam tím sang xanh lá cây

Trong quá trình chuẩn độ, Fe3+ tạo thành có thể ảnh hưởng đến quá trình chuyển hoá màu cũa chất chỉ thị, vì vậy trước khi chuẩn độ có thể cho thêm một lượng nhỏ

H3PO4 hoặc muối chứa ion F- để tạo phức không màu với Fe3+

3 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị

3.1 Hóa chất:

- K2Cr2O7 0,4N trong H2SO4 (1:1): cân 20g tinh khiết K2Cr2O7 nghiền bằng chày trong cối sứ, hoà tan trong 250 mL nước cho vào bình định mức 1L Cần phải để bình trong chậu nước đá lạnh rồi mới cho từ từ H2SO4 đậm đặc (d = 1,84) vào cho đến thể tích 1L Nồng độ của dung dịch này được kiểm tra bằng dung dịch FeSO4 (hoặc muối Morh) 0,2N

- Có trường hợp sau khi pha xong để một vài hôm có vài tinh thể màu đỏ hình kim xuất hiện, trong trường hợp này chỉ cần thêm ít nước, lắc đều tinh thể sẽ mất

- Dung dịch muối Morh 0,5N: cân 200g (NH4)2SO4.FeSO4.6H2O hoà tan trong nước, thêm 20mL H2SO4 đặc và định mức đến 1L

- Chỉ thị Ferroin: pha 0,695g FeSO4.7H2O; 1,485g orthophenaltrolinamonohydrat trong 100mL H2O cất

3.2 Dụng cụ:

- Cối, chày sứ

- Cốc thủy tinh

- Bình định mức 1L

- Pipet

- Bình tam giác (Erlen) 250mL

- Buret

- Rây

3.3 Thiết bị:

- Cân phân tích

- Tủ sấy

4 Cách tiến hành

- Đất để phân tích mùn được chuẩn bị cẩn thận: dùng cân phân tích cân lấy khoảng 0,8g đã rây qua rây 1mm (Tùy theo dạng đất mà lượng đất lấy khác nhau: Đất trắng có ít mùn nên khối lượng đất > 1g, và ngược lại đất đen < 1g ), trộn đều bỏ vào trong erlen Hút 10mL dung dịch H2SO4: K2Cr2O7 (1:1) bằng pipet chính xác vào trong erlen 100mL Lắc nhẹ bình, tránh để đất bám lên thành bình

- Cách quan sát mẫu: nếu khi cho đất vào dung dịch chuyển sang màu xanh ngọc

 hàm lượng mùn tương đối cao

- Sấy ở nhiệt độ 1500

C trong vòng 20 phút

- Sau 20 phút lấy mẫu ra ngoài để nguội tự nhiên 1 thời gian

- Cho vào dung dịch mẫu khoảng 7µl chất chỉ thị Ferroin

- Chuẩn chỉ thị với dung dịch Morh 0,5N Dung dịch có màu xanh tím đậm  xanh ngọc  đỏ Đồng thời mẫu luôn được tiến hành song song với 1 mẫu trắng đối chứng Thí nghiệm với 3 lần lặp lại

5 Tính kết quả

Chất hữu cơ = (V0-V) x N x 0,003 x 1,724 x 100 x K

V0: muối Morh dùng chuẩn độ thí nghiệm trắng (mL)

V: thể tích muối Morh dùng chuẩn độ mẫu (mL)

N: nồng độ đương lượng của dung dịch muối Morh (mgđl/L)

a: lượng mẫu đất lấy phân tích (g)

K: hệ số chuyển đổi từ mẫu khô không khí sang mẫu khô tuyệt đối

1,724: hệ số chuyển đổi thành tổng hàm lượng chất hữu cơ

Chú ý: đất chứa nhiều clorua cũng ảnh hưởng đến kết quả phân tích vì có một

phần Cr2O72- tiêu tốn cho sự oxi hoá Cl-

Cr2O72- +6 Cl- + 14H+ 2Cr3+ + 3 Cl2 + 7 H2O

6 Câu hỏi

6.1 Thành phần mùn đất và đặc điểm của chúng?

6.2 Công thức hóa học của tinh thể màu đỏ hình kim xuất hiện sau khi pha dung dịch K2Cr2O7 trong H2SO4?

BÀI 3: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG TỔNG PHỐTPHO

TRONG ĐẤT

1 Mục đích

Phốtpho có tác dụng rất quan trọng trong dinh dưỡng của thực vật, đặc biệt là đối với sự phát triển của rễ và hạt Hàm lượng photpho trong đất giao động trong khoảng 0,1 – 0,19 % (P2O5) Trong tất cả các loại đất, hàm lượng photpho ở các tầng dưới nhỏ hơn đáng kể so với tầng trên

2 Nguyên tắc

Trong môi trường acid các dạng photphat sẽ được chuyển về dạng orthophotphat

và sẽ phản ứng tạo phức amoniummolybdate có màu xanh và được đo ở bức sóng 882nm hoặc 670nm

Phương trình phản ứng

PO4

+ 12(NH4)2M0O4 + 24H+ (NH4)3PO4.12M0O3 + 21 NH4

+

+ 12 H2O (NH4)3PO4.12M0O3 + ne+ = Molybdenum (xanh dương)

3 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị

3.1 Hoá chất

- Acid H2SO4 2,5M: cho từ từ 138mL acid H2SO4 đậm đặc vào trong 500mL nước cất rồi định mức thành 1L (a)

- Dung dịch acid ascorbic 0,1M: cân 1,76g acid ascorbic hoà tan trong 100mL nước cất (b)

- Dung dịch amoniummolybdate 4%: hoà tan 40g trong 1L nước cất (c)

- Dung dịch potassiumantimoniumtartrate KSbOC4H4O4.1/2H2O cân 0,2728g hòa tan trong 100mL nước cất (d)

- Dung dịch thuốc thử trộn theo tỉ lệ: (a):(b):(c):(d) = 50:30:15:5 thành 100mL

- Dung dịch NaOH 1N: Pha 40g NaOH bằng nước cất rồi định mức tới 1L

- Dung dịch photphat chuẩn gốc: hòa tan 439mg KH2PO4 khan (đã sấy ở 1050C trong một giờ) trong 1L nước cất Dung dịch chuẩn có nồng độ 100ppm

- Dung dịch làm việc: pha trước lúc dùng Lấy 5 mL dung dịch chuẩn gốc pha loãng bằng nước cất tới 50 mL, dung dịch có nồng độ 10 ppm

3.2 Dụng cụ

- Cốc thủy tinh

- Ống đong

- Pipet

- Bình định mức 50mL, 100mL

3.3 Thiết bị

- Spectrophotometer

- Bếp điện

- Tủ hút

4 Cách tiến hành

- Phá huỷ mẫu bằng hỗn hợp H2SO4 và HClO4: Cân 1g đất đã ray chuẩn bị vào trong bình Kjeldahl dung tích 50mL Thêm vào bình 8mL dung dịch H2SO4 đậm đặc, để yên khoảng 15 phút để mẫu thấm hóa chất

- Đun khoảng 15-20 phút thấy xuất hiện khói trắng Chuyển ra ngoài để nguội rồi cho 2-3 giọt HClO4 70% (cần chú ý phải thực hiện trong tủ hút) Đốt tiếp dung dịch cho tới khi mẫu xuất hiện màu trắng thì đem ra để nguội Dùng nước cất rửa và chuyển dung dịch vào bình định mức 100mL, định mức đến 100mL

- Sau đó dùng phương pháp so màu: Cho 2mL mẫu vào các bình định mức 50mL, cho thêm 2-3 giọt phenolphthalein Chuẩn độ pH bằng cách dùng NaOH 1N cho vào bình định mức, hỗn hợp có màu hồng nhạt Tiếp tục cho H2SO4 0,1N vào chuẩn lại cho dung dịch mất màu hồng nhạt (Các bình định mức dựng đường chuẩn cũng chuẩn pH tương tự như vậy) Tất cả các bình cho vào 4 mL dung dịch thuốc thử, định mức bằng nước cất đến 50 mL Trộn đều hỗn hợp, để yên 10 phút để màu được lên hoàn toàn Đem đi so màu trên máy spectrophotometer tại bức sóng 882nm

VPO4

chuẩn (ml) 0 2 4 6 8 10 0

V thuốc thử (ml) 4 4 4 4 4 4 4

Vmẫu (ml) 0 0 0 0 0 0 2

5 Tính kết quả

Sau khi đo độ hấp thu loạt chuẩn Vẽ đồ thị A = f(x) Sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu để lập phương trình tuyến tính y = ax + b Dựa vào đường chuẩn để tính toán kết quả

P2O5 (%) Đất nghèo P <0,06 Trung bình 0,06-0,1

6 Câu hỏi

6.1 Giới hạn chỉ thị của hàm lượng phốtpho tổng số trong 6 nhóm đất chính của Việt Nam

6.2 Ngoài phương pháp phá huỷ mẫu bằng cách sử dụng hỗn hợp axit và chất oxi hoá mạnh thì dùng phương pháp nung chảy kiềm với hỗn hợp Na2CO3

và K2CO3 có được hay không? Giải thích?

BÀI 4: XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ NO2 TRONG KHÔNG KHÍ THEO

PHƯƠNG PHÁP GRIESS-SALTZMAN

1 Mục đích

Xác định hàm lượng NO2 trong không khí xung quanh tại vị trí thu mẫu Phương pháp này dùng để xác định nồng độ khối lượng của nitơ dioxit trong không khí xung quanh trong khoảng từ 0,010 đến 20 mg/m3 Thời gian lấy mẫu từ 10 phút đến 2 giờ

Do độ bền theo thời gian của dung dịch mẫu bị hạn chế, khoảng thời gian từ lúc kết thúc lấy mẫu đến lúc đo không được vượt quá 8 giờ

Phương pháp này không phù hợp đối với việc lấy mẫu ở vùng thở của người

2 Nguyên tắc

Khí NO2 được hấp thu vào dung dịch NaOH tạo NaNO2, cho phản ứng với

CH3COOH tạo thành HNO2 Acid HNO2 tác dụng với axit sulfanilic và α-naphtylamin cho ra hợp chất Azoic trong khoảng thời gian xác định, kết quả tạo thành màu hồng trong vòng 15 phút

Phản ứng diễn ra như sau:

2NO2 + 2NaOH → NaNO2 + NaNO3 + H2O NaNO2 + CH3COOH → HNO2 + CH3COONa

Đo độ hấp thụ của dung dịch màu ở bước sóng giữa 540 nm và 550 nm bằng phổ quang kế phù hợp (hoặc máy so màu) và xác định nồng độ khối lượng của nitơ dioxit bằng đường chuẩn xây dựng với hỗn hợp khí hiệu chuẩn thu được

3 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị

3.1 Chuẩn bị thiết bị và dụng cụ đi thu mẫu hiện trường

- Máy hút không khí

- Lưu lượng kế

- Bình hấp thu

- Dung dịch hấp thu NO2

- Lọ thủy tinh nâu đựng mẫu

3.2 Kỹ thuật lấy mẫu

- Lắp đặt hệ thống theo đúng quy trình lấy mẫu

- Mẫu không khí được hút qua 2 bình hấp thu nối tiếp nhau, chứa 40 mL dung dịch hấp thu, với lưu lượng 0,5 L/phút lấy mẫu trong khoảng thời gian 1 giờ Xong, gom toàn bộ dung dịch đã hấp thu lại cho vào lọ đựng mẫu và bảo quản mẫu cẩn thận

3.3 Chuẩn bị hóa chất phòng thí nghiệm

- Dung dịch hấp thu NaOH

 Dung dịch 0,1N: cân 4g NaOH, hòa tan trong 0,5mL butanol rồi dùng nước cất hai lần định mức đến 1L

 Dung dịch 0,5N: hòa tan 20g NaOH trong nước cất hai lần rồi định mức đến 1L

- Thuốc thử Griess A: hòa tan 0,5g acid sulfanilic trong acid acetic 10% rồi định

mức đến 150mL Đun nhỏ lửa cho tan

- Thuốc thử Griess B: hòa tan 0,1g N(1-naphtyl)-ethylenediamine2HCl trong

20mL nước cất và đun cách thủy 15 phút Sau đó, thêm acid acetic 10% rồi định mức đến 150mL

Lưu ý: chỉ trộn dung dịch Griess A và dung dịch Griess B (tỉ lệ A:B = 1:1) với nhau khi tiến hành phân tích

- Dung dịch chuẩn NaNO 2

 Dung dịch chuẩn gốc (0,1mg NO2/mL): hòa tan 0,15g NaNO2 trong nước cất hai lần rồi định mức đến 1L