DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT IC Sắc kí ion LOD Limit of Detection: Giới hạn phát hiện LOQ Limit of Quantitation: Giới hạn định lượng ppm Parts per million: Phần triệu ppb Parts per billion:
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-o0o -
PHÂN TÍCH MỘT SỐ CHỈ TIÊU ION ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MỘT SỐ LOẠI NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI BẰNG KỸ THUẬT SẮC
KÝ ION
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - 2015
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-o0o -
PHẠM THỊ PHƯỢNG
PHÂN TÍCH MỘT SỐ CHỈ TIÊU ION ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MỘT SỐ LOẠI NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI BẰNG KỸ THUẬT SẮC
KÝ ION
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60440118
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Văn Ri
Hà Nội - 2015
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Văn Ri đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện
đề tài và viết luận văn
Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới anh chị em trong phòng phân tích của công ty TNHH Hoya Glass Disk Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho em được học tập và nghiên cứu trong môi trường hiện đại
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo giảng dạy tại khoa Hoá, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Hoá Phân tích, đã cho em những kiến thức quý giá trong quá trình học tập và thực hiện đề tài này
Em cũng xin gửi lời cảm ơn các anh chị, bạn bè của tập thể lớp cao học hoá k22, đặc biệt là những người bạn trong nhóm hoá phân tích k22 đã giúp đỡ, chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình tôi học tập và thực hiện đề tài này
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên, chia sẻ mọi khó khăn cùng em để em có thể hoàn thành tốt luận văn
Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2015
Học viên
Phạm Thị Phượng
Trang 4DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
IC Sắc kí ion
LOD Limit of Detection: Giới hạn phát hiện
LOQ Limit of Quantitation: Giới hạn định lượng
ppm Parts per million: Phần triệu
ppb Parts per billion: Phần tỷ
ppt Parts per trillion: Phần nghìn tỷ
R Correlation coefficient: Hệ số tương quan
% RSD % Relative standard deviation: % Độ lệch chuẩn tương đối
SD Standard deviation: Độ lệch chuẩn
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
V Thể tích
C Nồng độ
S Diện tích píc
MSA Metyl sulfonic axit
ICP-QMS Phổ khối lượng plasma cảm ứng tứ cực
ICP-AES Phổ phát xạ nguyên tử Plasma cao tần cảm ứng
Trang 5DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN
Hình 1.1: Hình ảnh các loại nước trên thị trường dùng phân tích 12
Hình 2.1: Máy sắc ký trao đổi ion (Ion Chromatogarpgy – IC Dionex 2000) 31
Hình 2.2: Một số thiết bị, dụng cụ và hoá chất dùng trong nghiên cứu… ……… 32
Hình 3.1: Phổ anion so sánh sự thay đổi nồng độ dung dịch rửa giải……… …… 46
Hình 3.2: Phổ cation so sánh sự thay đổi nồng độ dung dịch rửa giải……… 47
Hình 3.3: Ảnh hưởng của tốc độ pha động tới áp suất hệ thống………… … 48
Hình 3.4: Hình ảnh so sánh phổ cation ở bốn tốc độ pha động khác nhau…….… 49
Hình 3.5: Bảng thành phần máy ICS 2000……… 50
Hình 3.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới áp suất hệ thống ……… 51
Hình 3.7: Hình ảnh so sánh phổ các nhiệt độ khác nhau của cation và anion 51
Hình 3.8: Hình ảnh so sánh phổ các nhiệt độ khác nhau của bên cation và anion khi khảo sát sự thay đổi nhiệt độ của cell heater………
53 Hình 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ cell đến nồng độ ion ……… 54
Hình 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ cell tới áp suất hệ thống……… 54
Hình 3.11: Ảnh hưởng của nhiệt độ cell đến nồng độ ion ……….……… 55
Hình 3.12: Hình ảnh so sánh phổ ứng với các thời gian lấy mẫu khác nhau …… 56
Hình 3.13: Minh hoạ cách lấy nhiễu nền(noise) và độ dốc(slope) cuả mẫu chuẩn 57 Hình 3.14: Mối quan hệ giữa LOD và lượng mẫu tiêm vào ……… 58
Hình 3.15: Hình ảnh so sánh phổ của các thời gian hút mẫu khác nhau ………… 58
Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa LOD và lượng mẫu hút vào ……… 59
Hình 3.17: Đồ thị sự phụ thuộc giữa nồng độ và diện tich peak của Flo ………… 62
Hình 3.18: Đường chuẩn xác định Flo ……….……… 62
Hình 3.19: Xác định nhiễu……… 64
Hình 3.20: Hình minh hoạ cách tính LOD ……… 64
Hình 3.21: Xác định nhiễu (noise) 65
Hình 3.22: Tính LOD dựa vào nhiễu (noise) và độ dốc (slope) 67
Trang 6DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN
Bảng 1.1: Chỉ tiêu cảm quan của nước uống đóng chai và nước khoáng thiên
nhiên 13
Bảng 1.2: Chỉ tiêu vi sinh vật của nước uống đóng chai và nước khoáng thiên nhiên 13
Bảng 1.3: Chỉ tiêu hoá lý của nước uống đóng chai và nước khoáng thiên nhiên 13
Bảng 1.4: Chỉ tiêu hoá lý các ion có trong nước uống đóng chai và nước khoáng thiên nhiên khi phân tích bằng máy sắc ký ion 16
Bảng 1.5: Bảng thang màu tiêu chuẩn 25
Bảng 2.1: Pha dung dịch chuẩn anion và cation cho nước uống đóng chai 41
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của tốc độ pha động tới áp suất hệ thống……… 48
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ cột tới áp suất hệ thống……… 51
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt cell đến nồng độ ion(anion)……… 54
Bảng 3.4: Áp suất cation khi thay đổi nhiệt độ cell ……… ……… 54
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nhiệt cell đến nồng độ ion (cation) 55
Bảng 3.6: Bảng tính LOD khi thay đổi thời gian tiêm mẫu 57
Bảng 3.7: Kết quả tính LOD với hai thời gian hút mẫu khác nhau 59
Bảng 3.8: Sự phụ thuộc của nồng độ và diện tich peak ion 60
Bảng 3.9: Phương trình đường chuẩn và hệ số tương quan của các ion 62
Bảng 3.10: Khoảng tuyến tính của các ion dựa vào đường chuẩn……… 63
Bảng 3.11: Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của các chất …….………… 67
Bảng 3.12: Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi đối với phương pháp phân tích F 69 Bảng 3.13: Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi đối với phương pháp phân tích Cl 69 Bảng 3.14: Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi đối với phương pháp phân tích Na + 69
Bảng 3.15: Kết quả so sánh giữa giá trị a với giá trị 0 của phương trình đường chuẩn Flo 70
Bảng 3.16: Giá trị F tính của một số ion 71
Bảng 3.17: Kết quả so sánh giữa b và b′ trong phương trình đường chuẩn của Flo
72
Trang 7Bảng 3.18: Kết quả so sánh giữa b và b′ trong phương trình đường chuẩn của
các ion 73 Bảng 3.19: Kết quả phân tích độ lặp lại của các ion……… ……… 74 Bảng 3.20: Độ lệch chuẩn lặp lại, độ lệch chuẩn tương đối của các ion…….……… 75 Bảng 3.21: Kết quả phân tích tái lặp của các ion……… 76 Bảng 3.22: Kết quả phân tích trung bình của các ion trong 40 mẫu nước………… 79 Bảng 3.23: Các ion của các mẫu nước bị vượt tiêu chuẩn……… 83
Trang 8
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3
1.1 Giới thiệu chung về nước 3
1.1.1 Thành phần hóa học của nước tự nhiên 3
1.1.2 Giới thiệu các chỉ tiêu quan trọng trong nước uống 3
1.2 Nước uống đóng chai trên thị trường Việt Nam 11
1.2.1 Phân loại sản phẩm nước uống đóng chai 11
1.2.1.1 Phân loại theo giá trị dinh dưỡng 11
1.2.1.2 Phân loại theo kích thước 11
1.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm nước uống đóng chai 12
1.3.1 Chỉ tiêu chất lượng 13
1.3.1.1 Chỉ tiêu cảm quan 13
1.3.1.2 Chỉ tiêu vi sinh 13
1.3.1.3 Chỉ tiêu hoá lý 13
1.4 Các phương pháp phân tích nước 16
1.4.1 Xác định đồng thời các ion trong nước bằng cách sử dụng phương pháp sắc ký trao đổi ion 16
1.4.2 Xác định các nguyên tố chính và vi lượng trong các loại nước đóng chai phân tích bằng ICP-QMS, ICP-AES, chuẩn độ, trắc quang, phương pháp đo độ dẫn và thế năng 18
1.4.2.1 Phương pháp phân tích nước bằng ICP-QMS 18
1.4.2.2 Phương pháp phân tích nước bằng ICP-AES 20
1.4.2.3 Phương pháp phân tích trắc quang 20
1.4.2.4 Phương pháp chuẩn độ 20
1.4.2.5 Phương pháp phổ huỳnh quang nguyên tử 21
1.4.3 Phương pháp quang phổ phát xạ 21
1.4.4 Các phương pháp trắc quang động học xúc tác 22
Trang 91.4.5 Phương pháp điện hóa dùng điện cực chọn lọc định lượng ion halogen 23
1.4.6 Một số tiêu chuẩn Việt Nam về kiểm tra các chỉ tiêu hoá học trong nước
uống 24
1.4.6.1 Phương pháp xác định hàm lượng clo tự do TCVN 2673 - 78 [12] 24
1.4.6.2 Phương pháp xác định độ cứng tổng số trong nước uống theo TCVN 25
1.4.6.3 TCVN về xác định hàm lượng các ion bằng sắc ký lỏng ion TCVN 6494-1 :206494-16494-1 26 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28
2.1 Đối tượng nghiên cứu 28
2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 31
2.2.1 Nội dung nghiên cứu 31
2.2.2 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị dùng trong nghiên cứu 32
2.2.3 Kỹ thuật sắc ký trao đổi ion để phân tích các ion trong nước uống… 34
2.2.3.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp sắc ký trao đổi ion 34
2.2.3.2 Nguyên tắc phương pháp xác định anion bằng sắc ký trao đổi ion ICS 2000 36
2.2.3.3 Sự tương tác giữa ba thành phần trong hệ sắc ký 36
2.2.3.4 Phân tích định lượng bằng sắc ký trao đổi ion 38
2.2.4 Qui trình pha dung dịch chuẩn dành cho nước uống đóng chai 39
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46
3.1 Xây dựng phương pháp phân tích 46
3.1.1 Khảo sát sự thay đổi của nồng độ dung dịch rửa giải 46
3.1.2 Khảo sát sự thay đổi của tốc độ pha động 48
3.1.2.1 Khảo sát sự thay đổi của tốc độ pha động đến áp suất hệ thống 48
3.1.2.2 Khảo sát sự thay đổi của tốc độ pha động đến kết quả phân tích 49
3.1.3 Khảo sát sự thay đổi nhiệt độ cột phân tích và cell 50
3.1.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ cột tách & cột bảo vệ 51
3.1.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ cell (phát hiện chất) 53
3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng cúa sự thay đổi thời gian lấy mẫu 55
Trang 103.2 Đánh giá phương pháp 60
3.2.1 Đường chuẩn, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 60
3.2.1.1 Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn xác định các ion 60
3.2.2 Giới hạn phát hiện và Giới hạn định lượng 64
3.2.2.1 Giới hạn phát hiện (LOD) 64
3.2.2.2 Giới hạn định lượng (LOQ) 65
3.2.2.3 Xác định LOD, LOQ 65
3.2.3 Đánh giá độ đúng của phương pháp 67
3.2.4 Đánh giá phương trình đường chuẩn 69
3.2.4.1 Kiểm tra sự sai khác của a so với giá trị 0 69
3.2.4.2 Kiểm tra sự sai khác giữa b và b′ 70
3.3 Độ chụm 72
3.3.1 Độ lặp lại 72
3.3.2 Độ tái lặp 75
3.4 Qui trình phân tích mẫu nước đóng chai và kết quả phân tích mẫu 77
3.4.1 Qui trình phân tích mẫu nước đóng chai 77
3.4.2 Kết quả phân tích mẫu 78
3.5 Tổng kết kết quả mẫu đã phân tích 82
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85
Trang 11MỞ ĐẦU
Việt Nam đã có tên chính thức trong danh sách những quốc gia không còn giàu có về nước Điều đáng lưu ý là, tình trạng thiếu nước sạch của chúng ta đã được cảnh báo từ lâu nhưng rất tiếc thảm họa này – một trong những thảm họa đáng
sợ nhất đối với sự phát triển bền vững nhất của một quốc gia vẫn tiến tới quá nhanh Nhìn rộng hơn liên hợp quốc đã cảnh báo “khủng hoảng nước sạch” có thể cản trở mức tăng trưởng kinh tế của các nước đang phát triển và có nguy cơ là nguyên nhân của những cuộc xung đột trên thế giới Theo ước tính của các chuyên gia lượng nước trên các dòng sông lớn sẽ giảm đi 1/3 trong thời gian tới Hiện có hơn một tỷ người trên thế giới không được sử dụng nước sạch Điều đáng buồn biết bao, từ một quốc gia dồi dào, Việt Nam đang có nguy cơ thiếu nguồn nước sạch trầm trọng Có tới 2/3 dân số ở nông thôn bị các bệnh liên quan đến chất lượng nước và nước cũng làm gần 30% trẻ em dưới 5 tuổi của Việt Nam bị suy dinh dưỡng
Nước giữ một vai trò đặc biệt trong đời sống sinh tồn và phát triển của con người Nước sạch là sự sống, con người, động, thực vật sẽ không tồn tại nếu thiếu nước Nước uống an toàn và vệ sinh là những yếu tố quyết định để giảm nghèo, để phát triển bền vững Hiện nay nhu cầu sử dụng nước uống đóng chai, đóng bình ngày càng phổ biến với mọi đối tượng trong cộng đồng cơ quan, doanh nghiệp, người dân
Nước uống đóng chai đã trở thành thức uống tiện ích đối với mỗi người dân Việt Nam khắp các ngả đường xuôi ngược từ thành thị đến nông thôn, từ các cuộc hội nghị, công sở, trường học đến những chuyến thăm viếng trong mỗi gia đình Với nhu cầu sử dụng cao của thị trường, ngày càng nhiều đơn vị sản xuất nước đóng chai nhanh chóng ra đời và phát triển từ công ty có trang thiết bị sử dụng tiên tiến đến cơ sở lọc chiết nước uống tinh khiết thô sơ Nhìn chung nhu cầu sử dụng và thị trường cung cấp luôn dồi dào đối với đất nước phần nhiều có khí hậu nhiệt đới như Việt Nam Điều đáng lo ngại là có rất nhiều cơ sở sản xuất chưa thực hiện nghiêm túc việc đảm bảo chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm đối với sản phẩm nước đóng chai, đóng bình Trong bối cảnh hiện nay, tại Việt Nam nước đóng chai là một vấn đề cần quan tâm nhiều hơn
Trang 12Trong luận văn này, tôi xin trình bày phương pháp xác định một số chỉ tiêu ion để đánh giá chất lượng một số loại nước uống đóng chai trên thị trường bằng máy sắc ký ICS 2000
Mục tiêu của đề tài :
- Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích xác định hàm lượng các anion (F-,
Cl-, NO2-, NO3-, Br-, SO42-, PO42-) và các cation (Li+
, Na+, K+, NH4+, Mg2+, Ca2+) trong một số loại nước uống đóng chai trên thị trường
- Góp phần nghiên cứu phát triển và mở rộng phạm vi các phương pháp phân tích hiện đại
- Đánh giá chất lượng các loại nước uống đóng chai dựa trên việc phân tích xác định một số chỉ tiêu ion trên thị trường góp phần trong công cuộc an toàn vệ sinh và nâng cao sức khỏe cho người dân
Trang 13
TÀI LIỆU THAM KHẢO
* Tài liệu Tiếng Việt
1 Nước: http://vi.wikipedia.org/wiki/Nước
2 Nước uống : http://vi.wikipedia.org/wiki/Nước-uống
3 Đỗ Phúc Quân (2002), “Nghiên cứu chế tạo điện cực chọn lọc ion tiếp xúc rắn
ứng dụng làm detector trong phân tích dòng chảy nhằm xác định các anion,
nitrat, nitrit trong mẫu môi trường”, Luận án tiến sĩ Hóa học, Trường Đại
học Khoa học Tự Nhiên, Hà Nội
4 Nguyễn Văn Ri (2012), chuyên đề các phương pháp tách
5 Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung, Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi(2003), Hóa
học phân tích- Phần 2(Các phương pháp phân tích công cụ), Đại học Quốc
Gia
6 Nguyễn Văn Ri, Tạ Thị Thảo (2007), Thực tập phân tích hóa học, Hà Nội
7 Tạ Thị Thảo (2010), giáo trình thống kê trong hóa phân tích
8 TCVN 4569 – 88 (1989), Nước thải – Phương pháp xác định hàm lượng Bromua
9 QCVN 6-1:2010/BYT -Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với nước khoáng thiên
nhiên và nước uống đóng chai
10.QCVN 01:2009/BYT-Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống
11 TCVN 6494-4:2000 (ISO 10304-4:1997) Chất lượng nước – Xác định các anion
hòa tan bằng sắc kí lỏng ion – Phần 4: Xác định clorat, clorua và clorit trong nước nhiễm bẩn thấp
12 TCVN 2672-1998: Chất lượng nước - Xác định độ cứng tổng số trong nước
uống
13 TCVN 2673 -78: Chất lượng nước – Xác định hàm lượng clo tự do trong nước
uống
14 TCVN 6494-1 :2011: Chất lượng nước -xác định hàm lượng các ion hoà tan
bằng sắc ký lỏng ion
15 Tham khảo trên mạng :
http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-quy-trinh-cong-nghe-san-xuat-nuoc-uong-dong-chai-52507/