Chương 1: Môi trường và sinh thái.1.1.Khái niệm sinh thái và môi trường.1.1.1.Sinh thái.Mối quan hệ tương hỗ giữa một quần thể sinh vật với các yếu tố môi trường.Hệ sinh thái: bào gồm các quần thể sinh vật và môi trường, mối quan hệ tương hỗ giữa các quần thể và các yếu tố môi trường.Tính chất:•Độ lớn: mỗi hệ sinh thái có quy mô lớn nhỏ khác nhau nhất định.•Hệ thống: thể hiện chủ yếu là mối quan hệ tương hỗ giữa sinh vật với môi trường.•Kín: là trong đó vật chất, năng lượng, thông tin chỉ trao đổi trong ranh giới của hệ.•Hở: vật chất năng lượng thông tin được trao đổi qua ranh giới của hệ.•Tính Phản hồi: trong quá trình tồn tại và Phát triển sinh vật luôn tiếP nhận vật chất năng lượng, thông tin sức éP Của môi trường và hệ sinh thái xung quanh nên xuất hiện tính trạng Phản hồi. Tính trạng Phản hồi có hai đặc trưng: năng lựu chịu tải và khả năng chịu tải. Tính chất cân bằng và Phản hồi lại để tồn tại.Cấu trúc:•Nhân tố môi trường: bao gồm tất cả các nhân tố sinh thái tự nhiên, sinh cảnh như nước, không khí,… tồn tại xung quanh, con người và sinh vật.•Nhân tố sản xuất: boa gồm các sinh vật (chủ yếu là thực vật) có khả năng chuyển hóa các chất từ tự nhiên đất nước không khí… tạo ra nguyên liệu cho cuộc sống của con người và sinh vật.•Nhân tố tiêu thụ: là bao gồm động vật con người sử dụng trực tiếP hoặc gián tiếP các sản Phẩm, các sản Phẩm, các chất liệu do nhân tố sản xuất tạo ra trong quá trình tồn tại và Phát triển.•Nhân tố Phân hủy: gồm các loài vi khuẩn, nấm chúng Phân hủy các nguyên liệu, sản Phẩm Phế thải… để tồn tại và đồng thời sinh ra các chất khác các chất đó có thể có lợi hoặc có hại cho con người và sinh vật.
Trang 1HÓA MÔI TRƯỜNG Chương 1: Môi trường và sinh thái
1.1 Khái niệm sinh thái và môi trường
Mối quan hệ tương hỗ giữa một quần thể sinh vật với các yếu tố môi trường
Hệ sinh thái: bào gồm các quần thể sinh vật và môi trường, mối quan hệ tương hỗ giữa các quần thể và các yếu tố môi trường
Tính chất:
Độ lớn: mỗi hệ sinh thái có quy mô lớn nhỏ khác nhau nhất định
Hệ thống: thể hiện chủ yếu là mối quan hệ tương hỗ giữa sinh vật với môi trường
Kín: là trong đó vật chất, năng lượng, thông tin chỉ trao đổi trong ranh giới của hệ
Hở: vật chất năng lượng thông tin được trao đổi qua ranh giới của hệ
Tính Phản hồi: trong quá trình tồn tại và Phát triển sinh vật luôn tiếP nhận vật chất năng lượng, thông tin sức éP Của môi trường và hệ sinh thái xung quanh nên xuất hiện tính trạng Phản hồi Tính trạng Phản hồi có hai đặc trưng: năng lựu chịu tải và khả năng chịu tải Tính chất cân bằng và Phản hồi lại để tồn tại
Cấu trúc:
Nhân tố môi trường: bao gồm tất cả các nhân tố sinh thái tự nhiên, sinh cảnh như nước, không khí,… tồn tại xung quanh, con người và sinh vật
Nhân tố sản xuất: boa gồm các sinh vật (chủ yếu là thực vật) có khả năng chuyển hóa các chất từ tự nhiên đất nước không khí… tạo ra nguyên liệu cho cuộc sống của con người và sinh vật
Nhân tố tiêu thụ: là bao gồm động vật con người sử dụng trực tiếP hoặc gián tiếP các sản Phẩm, các sản Phẩm, các chất liệu do nhân tố sản xuất tạo ra trong quá trình tồn tại và Phát triển
Nhân tố Phân hủy: gồm các loài vi khuẩn, nấm chúng Phân hủy các nguyên liệu, sản Phẩm Phế thải… để tồn tại và đồng thời sinh ra các chất khác các chất đó có thể có lợi hoặc có hại cho con người và sinh vật
Trang 2Khái niệm: là tậP hợP tất cả các thành Phần của thế giới vật chất bao quanh con người và sinh vật có khả năng tác động vào sự tồn tại
và Phát triển của con người và sinh vật
Ô nhiễm môi trường: là tác động làm thay đổi thành Phần môi trươgnf tạo nên sự mất cân bằng trạng thái tác động xấu
Chất ô nhiễm môi trường: là những chất có trng tự nhiên, do con người tạo ra gây hại cho con người và sinh vật
Vai trò của môi trường:
Nguyên nhân:
Tự nhiên: khí thải, lũ lụt, bão
Con người
Đối tượng:
Môi trường khí:
Môi trường nước:
Môi trường đất:
1.1.3 Sai số trong Phân tích
a Ý nhĩa của sai số
Trong Phan tích việc đánh giá kết quả là một bước không thể thiếu
và trong đó tính ra sai số là quan trọng nhất
Sai số cho ta biết kết quả Phân tích có đúng hay không và chính xác đến mức độ nào
Có thể nói rằng không bao giờ chúng ta có thể tiến hành một PhéP Phân tích mà kết quả thu được lai không mắc sai số có nghĩa là không biết được giá trị thực của đại lượng cần xác định chứng ta chỉ
có thẻ cố gắng tiến hành PhéP Phân tích sao cho kết quả nằm trong giới hạn cho PhéP, chấP Nhận được
b Các loại sai số
Sai số thuyệt đối: là hiệu số giữa giá trị trung bình và giá trị thực không cho thấy mức độ gần nhau của giá trị thực và giá trị xác định
Sai số tương đối: tỷ số giữa sai số tương đối và giá trị trung bình
Sai số hệ thống: những sai số do nguyên nhân cố định gây ra có thể mang đến dấu dương hoặc dấu am Nguyên nhân: dụng cụ trang thiết bị không chuản, do xác định nồng độ dung dịch chuẩn sai, do hóa chất không tinh khiết, do người Phân tích có kỹ năng tay nghề thiếu kinh nghiệm
Sai số ngẫu nhiên: là nhưng sai số gây nên bởi những nguyên nhân không cố định, không loại trừ được mà chỉ biết trước khi dương khi
Trang 3âm: môi trường, điều kiện Phân tích, người Phân tích thiếu kinh nhiệm
1.2 Quan trắc và Phân tích môi trường
Nhận xét: là không gian sống tồn tại và Phát triển cua rcon người và sinh vật Môi trường có sạch thì xã hội mới tồn tại và Phát triển bền vững Mọi chất độc hại có mặt trong môi trường đều ảnh hưởng đến con người và sinh vật
Vì vậy chúng ta Phải giám sát môi trường đẻ có những điều chỉnh thích hợP
Giám sát môi trường:
trường đất nước không khí sinh quyển
Tìm biện PháP khác Phục để bảo vệ môi trường cho sự Phát triển bền vững của xã hội
Cảnh báo, nhắc nhở, cơ quan quản lý, người dân về những yếu tố xấu đẻ Phòng ngừa và bảo vệ môi trường cũng như cuộc sống hiện tại và tương lai
Quan trắc môi trường: là xem xét điều tra xác định các yếu tố ô nhiễm hóa học, vật lý, khí hậu, trong các đối tượng môi trường mà chue yếu là các chất và các nhân tố có khả năng gây ô nhiễm cho môi trường ảnh hưởng xấu đến sự sống Phát triển của con người và sinh vật
Điều kiện quan trắc:
Trình độ, hiểu biết về môi trường: chất ô nhiễm, nguồn gốc…
Trang thiết bị Phục vụ cho quá trình quan trắc
Quy trình Phân tích hợP lý
Tay nghề trình độ chuyên môn kinh nghiệm Phân tích
Chính sách chiện lược PháP luật mục tiêu cụ thể
Sự hợP tác khu vực quốc tế để học hỏi
Tiêu chuẩn chỉ tiêu cho từng đối tượng
Mạng lưới các Phong thí nghiệm với trang thiết bị hiện đại
Các biện PáP triển khai thực hiện kiểm tra đánh giá quản lý chất lượng môi trường
Nhiệm vụ của quan trắc
Tồn dư và Phát tán của các chất trong môi trường như thế nào, trong
hệ sinh thái
ảnh hưởng tới môi trường, con người sinh vật
Trang 4 chất ô nhiêm độc hại có từ đâu ra và tồn tại như thế nào.
Yếu tố nào ô nhiễm chất nào có hại cho môi trường đã xuất hiện hàm lượng là boa nhiêu
Tồn tại tích tụ xa lắng tậP trung như thế nào theo thời gian
Phương hướng khả năng khác Phục loại trừ chunhs như thế nào
Cách dự Phòng để chống chúng tái ô nhiễm như thế nào
Tuyên truyền khuyến cáo người dân nhà nước cần làm gì để Phòng chống
Đối tượng của quan trắc môi trường:
Tự nhiên: đất nước không khí sinh quyển nguồn tài nguyên thiên nhiên Phục vụ cho con người và sinh vật
Nhân tạo: dự án Phát triển kinh tế xã hội đô thị hóa, giao thông vận tải của đất nước để xem các dự án đó tác động như thế nào tới môi trường để tìm ra biện PháP khắc Phục
Các chỉ tiêu quan trắc môi trường:
Chỉ tiêu vật lý: nhiệt độ, PH, hàm lượng cạn lơ lửng
Chỉ tiêu về kim loại nặng Phi kim
Chỉ tiêu về hừu cơ: COD, BOD, dung môi hữu cơ thuốc bào vệ thực vật
Chỉ tiêu về khí và bụi
Chỉ tiêu về chất hoạt động bề mặt
Chỉ tiêu về vi sinh vật nấm mốc
Chỉ tiêu vè Phóng xạ, tiếng ồn, bức xạ
Chỉ tiêu về rong rêu, động thực vật Phù du
Các hoạt động trong quan trắc môi trường:
Ngoài hiện trường: đo một số chỉ tiêu đơn giản, chỉ tiêu không bền theo thời gian, lấy mẫu xéP Mẫu bảo quản mẫu, vận chuyển mẫu, viết sổ tayu nhật ký
Trong Ptn: chuẩn bị dụng cụ thiết bị trước khi Phân tích, chuản bị bản đồ lấy mẫu, dụng cụ lấy mẫu, chuẩn bị các loại hóa chất, xử lý mẫu, đo imẫu, xử lý kết quả Phân tích và đánh giá nhận xét về kết quả Phân tích
1.3 Chọn mẫu và Phân chia
Trong tất cả các Phương tích hóa học và công cụ để xác định hàm lượng các chất trong mẫu một cách chính xác ta Phải mang mẫu về Phòng thí nghiệm để xác định
Trang 5 Trạng thái tồn tại của đối tượng nghiên cứu rất đa dạng Phức tạP, có thể đồng nhất hoặc không đồng nhất
Đối tượng Phân tích rộng trên mặt đất, trong lòng đất, trên không, dưới nước nên không thể đem máy tải trọng lớn điều kiện Phân tích khắt khe
Khái niệm mẫu Phân tích: một lượng mẫu nhất định tối thiểu được lấy để Phân tích xcas định các chỉ tiêu mong muốn của đối tượng càn nghiên cứu quan sát được lấy từ đối tượng nghiên cứu Phải đại diện đúng cho đối tượng cần nghiên cứu
Mục đích của việc lấy mẫu: chọn một thể tích hoặc khối lượng nhỏ Phù hợP đủ cho đối tượng cần nghiên cứu để Phân tích ngay tại hiện trường hay bảo quản mang về Phòng thí nghiệm để xử lý
Yêu cầu trong lấy mẫu:
Đảm bảo đại diện cho đối tượng Phân tích
Đảm bảo lấy đúng lượng mẫu: không Phân tích đủ chỉ tiêu Phân tích được hàm lượng nếu lấy thừa gây o nhiễm nới làm thí nghiệm gây khó khăn trong việc vận chuyển mẫu
Đảm bảo thực hiện đúng đủ các yêu cầu về Phân tích
ĐáP ứng đúng yêu cầu của chất Phân tích hay nghiên cứu./
Phù hợP với Phương PháP Phân tích đã chọn
Mẫu Phải có lý lịch thích hợP, điều kiện lấy mẫu rõ ràng
Điều kiện cần cho việc lấy mẫu:
Theo mục tiêu từng đối tượng Phân tích mẫu Phân tích
Có bản đồ vị trí cần lấy mẫu
duyệt
Dụng cụ lấy mẫu đúng quy cách đảm bảo
Người lấy mẫu Phải có tay nghề
Cần có sổ tay để nghi chéP
Các loại mẫu cách lấy:
Mẫu lặP: kiểm tra tay nghề
Mẫu đại diện:
Cách lấy mẫu: tùy thuộc vào mục đích
Lấy mẫu đại diện trung bình
Trang 6 Lấy mẫu theo tầng theo độ sâu.
Lấy mẫu theo điểm, sắc xuất của đối tượng nghiên cứu
Lấy mẫu theo hướng lan truyền, Phát tán của gió
Lấy mẫu theo dòng cháy sông biển
Lấy mẫu theo cách tiếP cận đối tượng: lấy trên ống khói
1.4 Xử lấy mẫu
Khái niệm: là một quá trình Phân hủy và hòa tan mẫu dưới tác dụng của các hợP chất axit, kiềm, hỗn hợP ax và năng lượng đẻ lấy các chất Phân tích ra khỏi mẫu ban đầu cà xác định chúng theo Phương PháP đã chọn
Phá vỡ cấu trúc ban đầu của mẫu
Hóa tan chúng để giả Phóng các chất cần Phân tích và đưa chúng về một dạng đồng thể xác định
Các yếu tố quyết định lựa chọn:
Đối tượng chất cần Phân tích là loại nào
Bản chất, sự tồn tại của chất cần xác định và hàm lượng của nó
Loại mẫu bản chất cấu trúc hợP chát của chất cần Phân tích
Trạng thái tồn tại cấu trúc của chất
Các yêu cầu trong xử lý mẫu
Lấy được hoàn toàn và không làm mấy chất Phân tích
Không làm nhiễm bẩn chất Phân tích và mẫu do bất kỳ nguồn nào
Kết quả xửa lý Phải Phù hợP với Phương PháP Phân tích đã chọn
Cá hóa chất Phải đảm bảo độ sạch
Môi trương Phòng thí nghiệm và các dụng cụ Phải đảm bảo sạch
Không được đưa thêm các chất gây ảnh hưởng tới mẫu
Có thể tách hay làm giầu mẫu càng tốt
1.5 Các Phương PháP xử lý mẫu
1.5.1 Kỹ thuật Phân hủy khô có Phụ gia
a Nguyên tắc
Nung mẫu ở nhiệt độ thích hợP (440-800) để Phá vỡ cấu trúc của mẫu thành các muối hay oxit của chúng trong một khoảng thời gian nhất định tùy thuộc từng loại sau đó hòa tan cho mẫu thu được băng axit vô cơ
Chú ý: Quá trình nung mẫu có một số chất dễ bay hơi, mất đi vì vậy
đẻ tro hóa nhanh và không mất chất Phân tích người ta cho thêm vào
Trang 7mẫu các chất Phụ gia, chất bảo vệ như muối cacbonat kiềm, kiềm thổ
b Điều kiện chon Phương PháP:
Bản chất cấu trúc của mẫu
Bản chất cấu trúc của chất có trong mẫu
Nhiệt độ và thời gian nung Loại chất Phụ gia và chất đệm thêm vào
Kiểu nung mẫu: điều kiện thường, lò vi sóng
c Ưu nhược điểm
Ưu điểm: loại bỏ được các hợP chất hữu cơ, chất mùn có trong mẫu nền thu được mẫu thuần khiết vô cơ
Nhược điểm: nếu chất Phân tích là chất dễ bay hơi: làm mất mẫu
Vì vậy Phương PáP này dùng để Phân tích mẫu xác định kim loại,
hợ kim trong mẫu sinh học quặng
1.5.2 Kỹ thuật Phan hủy ướt ở điều kiện thường hay lò vi sóng
a Nguyên tắc:
Dùng axit mạnh bazo mạnh đặc nóng để Phá mẫu trong bình Kendan, ống nghiệm hộP kín, lò vi sóng dươius tác dụngc ủa năng lượng nhiệt nhờ đung hay năng lượng lò vi sóng tạo ra
Các loại hợP chất thường dùng:
Axit:
Axit và hợP chât oxi hóa mạnh
Lượng hóa chất sử dụng:
Phụ thuộc vào cấu trúc bản chất thành Phần kích thước của mẫu và cách thức Phân hủy mà lượng hóa chất cho vào là khác nhau
Thường gấP 6-15 lần
Thời gian Phá mẫu:
Tùy thuộc vào bản chất của mẫu cấu trúc, thành Phần mẫu, kích thước và cách thức dùng để Phân hủy mẫu
Thời gian thích hợP từ 2 – 12h
b Cơ chế Phá mẫu:
trong các bình dưới tác dubgj của ax hoặc kiềm chuyển đoongj nhiệt, sự va chạm các hạt mẫu làm mẫu bị bào mòn dần
Lò vi sóng: ngoiaf tác dụng nhơ cơ chế ở điều kiện thường, còn có thêm sự Phá vỡ các hạt mẫu từ bền trong ra ngoài do các Phân tử
Trang 8nước trong mẫu hấP thụ năng lượng vi sóng làm chuyên động nhhanh hơn mạnh hơn Vì vậy các hạt mẫu bị Phá vỡ cả bên trong
và bên ngoài
c Điều kiện chon Phương PháP:
Bản chất cấu trúc của mẫu
Bản chất cấu trúc của chất có trong mẫu
Năng lượng nhiệt, kiểu cơ chế sinh năng lượng để Phân hủy
Loại ax, bz thành Phần nồng độ của chúng để Phân hủy mẫu
Nhiệt độ sôi, nhiệt độ Phân hủy của hỗn hợP mẫu
ÁP Suất trong bình Phân hủy
d Ưu nhược điểm
Ưu điểmkhông làm mất chất Phân tích
Nhược điểm: sử dụng nhiều hóa chất gây ô nhiễm môi trường, nếu không xử lý đúng cách có thể làm bẩn mẫu Phá hủy mẫu ở điều kiện thường các hchc được dùng xử lý không triệt để dễ tro hóa mẫu
1.5.3 Kỹ thuật chiết lỏng – lỏng
Dùng một chất tách một số cấu từ ra khỏi hỗn hợP
a Nguyên tắc
Dựa vào quy luật Phân bố của các chất giữa hai dung môi không tan trong nhau để đưa chất Phân tích từ Pha này sang Pha kia thương chiết chất Phân tích từ Pha nước sang Pha dung môi hữu cơ
b Điều kiện và yếu tố quyết định:
Bản chất cấu trúc của mẫu
Bản chất cấu trúc của chất có trong mẫu
Dung môi hữu cơ dùng để chiết chất Phân tích
Hệ số Phân bố của chất Phân tích giữa hai Pha
Nhiệt độ
Cách, kỹ thuật chiết
c Ưu nhược điểm
Ưu điểm: làm giàu chất Phân tích tách ra khỏi hỗn hợP ban đầu
Cần dung môi có độ tinh khiết cao
Mẫu Phải ở trạng thái lỏng huyển Phù hoặc nhũ tương
Trang 9 ứng dụng: xác định các chất vô cơ trong đối tượng Phân tích môi trương hoặc thực Phẩm, đặc biệt là Phân tích lượng vết đối với mẫu Phức tạP
d Cách tiến hành:
Lấy một lượng mẫu xác định: 100 – 1000ml mẫu cho vào Phễu
Lấy một lượng dung môi xác định: 15 - 200ml mẫu cho vào Phễu
Lắc đều
Chiết
1.5.4 Kỹ thuật chiết Pha rắn – lỏng
a Nguyên tắc
Giống như chiết lỏng lỏng nhưng dựa vào sự Phân bố của chất cần Phana tích giữa hai Pha không tan lẫn trong nhau Chất chiết ở Pha rắn mẫu ở Pha lỏng
Các chất cần chiết đượ giữ lại trên bề mặt Pha rắn
Rửa giải các chất cần chiết có trong Pha rắn hoặc các dung môi
b Điều kiện yếu tố quyết định
Bản chất cấu trúc của chất cần Phân tích
Bản chất cấu trúc thành Phần của các chất có trong mẫu
Dung môi dùng để rửa giải
Hệ số Phân bố của các chất Phân tích trong Pha lỏng và Pha rắn
Nhiệt độ và điều kiện chiết
Cách chiết kỹ thuật chiết
c Thực hiện:
Hoạt hóa cột băng một dung môi tăng khả năng thấm ướt, rửa cột
Chiết mẫu vào cột
Rửa giải các chất Phân tích từ cột ra ngoài
d Ưu nhược điểm
Ưu điểm: đơn giản dễ thực hiện
chất Phức bền ít Phân ly qua một Phản ứng hóa học có tính chất định lượng, với một lượng thuốc thử nhất định thì mới có thể chiết được theo cơ chế hP
ứng dụng: được dùng để xác định hàm lượng vết, các chất vc – hc trong Phân tích
Chương 2: Quan trắc môi trường nước
2.1 Xác định độ cứng
Trang 10 Khái niệm: thông số chỉ hàm lượng kim loại Mg2+, Ca2+, Al3+.
Không ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe con người
lượng dệt nhuộm, sự Pha màu
thường
Sử dụng hơi nước, truyền nhiệt: tạo cặn, truyền nhiệt kém, tắc đường ống
Phân loại:
Độ cứng tạm thời
Độ cứng vĩnh viễn
Phân loại theo cacbonat, Phicacbonat
mgCaCO3/l
Độ Đức: (d0H) 1d0H=10mgCaO/l=17,8mgCaCO3/l
Độ Anh: (d0E) 1d0E=14mgCaCO3/l
Độ PháP: (d0F) 1d0F=10mgCaCO3/l
PP nhiệt: đun sối
PP kết tủa: Na2CO3, NaOH, Ca(OH)2: ít sử dụng
PP sử dụng hạt nhựa trao đổi ion
Cách xác định:
Máy đo nồng độ các ion Ca2+, Mg2+ để quy đổi ra
Xác định độ cứng bằng Phương PháP chuẩn độ:
Nguyên tắc: ion Ca2+, Mg2+ tạo Phức bền với EDTA ở nhiệt độ 50 –
600C, PH=10, chỉ thị ETOO, điểm chuẩn độ dừng lại khi dung dịch chuyển từ màu mận chín sang màu xanh
Chú ý:
o Nếu trong mẫu có nồng độ Mg2+ nhỏ sử chuyển màu không rõ, bổ xung thêm một lượng chính xác Mg2+
o Nếu các ion có khả năng gây ảnh hưởng đến quá trình tạo Phức,
Zn2+, Fe2+, Cu2+, Mn2+, Mn4+, Fe3+ do đó có thể tạo Phức với EDTA, loại bỏ trước khi chuẩn độ Loại Mn2+, Fe3+ bằng hydroxinlamin, loại Cu2+, Zn2+, Fe2+ dung KCN
Các Phản ứng sảy ra: