HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG

Bài 1: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NITROGEN DIOXIDE TRONG KHÔNG KHÍ BẰNG PHUƠNG PHÁP GRIESS-SALTZMAN Nitrogen dioxide được hấp thu vào dung dịch hấp thu Griess –Saltzman, NO2 chuyển thành ion

TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH

QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG

Khoa Môi Trường

Biên soạn: TS Tô Thị Hiền

Bài 1:

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NITROGEN DIOXIDE

TRONG KHÔNG KHÍ BẰNG PHUƠNG PHÁP

GRIESS-SALTZMAN

Nitrogen dioxide được hấp thu vào dung dịch hấp thu Griess –Saltzman, NO2 chuyển thành ion nitrit và ion này tác dụng với amine đểtạo phức azo màu tím hồng

2 HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ

2.1 Hóa chất:

 N-(1-naphthyl) ethylene diamin dihydrochloride (NEDA): Hòa tan0.1g NEDA trong 100 ml nước cất Dung dịch này để ổn định 1tháng nếu đựng trong chai màu và giữ trong tủ lạnh

 Dung dịch hấp thu Saltzman : hòa tan 5 g sulfanilic acid khan trong

1 lít nước có chứa 140 mL acid acetic băng (nếu không tan có thểđun nhẹ) Sau đó thêm 20 mL dung dịch NEDA 0.1 % và pha loãngthành 1 lít bằng nước cất Dung dịch được bảo quản lạnh trong chaisẫm màu và nút kín, dung dịch ổn định trong 3 tháng Trước khi lấymẫu cần để thuốc thử về nhiệt độ phòng

 Dung dịch chuẩn sodium nitrite gốc (NaNO2):

Hòa tan 0.675 g NaNO2 tinh khiết, khan trong nước cất và định mứcthành 500 mL bằng nước cất Dung dịch này chứa 900 g NO2 /mL.Dung dịch ổn định khoảng 6 tháng nếu đựng trong chai màu và bảoquản trong tủ lạnh Nồng độ tương ứng của khí NO2 là 1000 g/mL vìthực tế chỉ có 90% NO2 trong không khí được chuyển thành ion NO2

khi hấp thu trong dung dịch hấp thu

 Dung dịch chuẩn sodium nitrite sử dụng (10 g NO2/mL): lấy 1 mL(dùng micropipette) dung dịch NaNO2 gốc vào bình định mức 100

2

Ghi lại tổng thể tích khí, nhiệt độ và áp suất khi lấy mẫu.

 Phân tích mẫu :

Định mức bình chứa mẫu bằng dung dịch hấp thu và tiến hành

đo màu cùng với dãy màu chuẩn ở bước sóng 550 nm Việc phân tíchmẫu tiến hành càng sớm càng tốt để tránh mất mẫu do các phản ứng vớichất oxy hóa mạnh trong không khí

 Xây dựng thang màu chuẩn : cho lần lượt 0; 0.2; 0.4; 0.6; 0.8 và1.0 mL dung dịch nitrit chuẩn (10 g NO2/mL) vào bình địnhmức 25 mL Nồng độ tương ứng là 0.08; 0.16; 0.32; 0.64 và 0.64

g NO2/25 mL Đo độ hấp thu của dãy màu chuẩn ở bước sóng

550 nm với dung dịch so sánh là bình đầu tiên

2KCl + HgCl2 = 2K+ + [HgCl4]

2-SO2 + [HgCl4]2- + H2O = [HgCl2SO3]2- + 2H+ + 2Cl-

[HgCl2SO3]2- + HCHO + 2H+ = HO-CH2-SO3H + HgCl2

HO-CH2-SO3H + C19H18N3Cl + HCl = axit Pararosanilin Metylsulfonic (màu tím)

(pararosanilin)

Khoảng đo: 0,01 - 0,6 mg/m3 Lấy mẫu khoảng 30-50 lit không khí Tuân theo định luật Ber-Lamber với nồng độ khoảng 0,25mg/10ml dungdịch hấp thu

III Hóa chất

- Dung dịch hấp thu: K2HgCl4 potassium tetrachloromercurate0.04M (TCM) : hòa tan 10.86g HgCl2, 5.96g KCl, và 0.066gEDTA trong nước cất và pha loãng thành 1 lít Dung dịch ổnđịnh trong 6 tháng

- Acid sulfamic 0.6%: hòa tan 0.6g acid sulfamic trong 100mLnước Dung dịch sử dụng trong 10 ngày nếu bảo quản trong chaikín

- HCl 1N: pha loãng 8.3 mL HCl đậm đặc (HCl 36%, 12 M) bằngnước cất thành 100 mL

- H3PO4 3M: pha loãng 20.5 mL H3PO4 đậm đặc (H3PO4 85%)bằng nước cất thành 100 mL

- Tinh chế pararoaniline: chất màu pararoaniline được tinh chếbằng cách chiết với 1 – butanol Trong phễu chiết 250mL, chovào 100mL 1 – butanol và 100mL HCl 1N và lắc để phân lớp,sau đó tách riêng 2 phần (phần acid bão hòa butanol nằm ở lớpdưới, phần butanol ở lớp trên) Lấy một phễu chiết 125 mL, cho50mL dung dịch acid đã bão hòa butanol vào phễu, thêm 0.1gpararoaniline vào phễu, lắc và để ổn định 10 phút Dung dịchtách thành 2 lớp, các chất cặn bẩn và màu tím sẽ được chuyểnvào pha hữu cơ ở lớp trên, lớp dưới là dung dịch acid có chứapararoaniline Tách lấy lớp dưới sang một phễu chiết khác, thêmvào 50mL dung dịch acid đã bão hòa butanol, lắc và để yên vàiphút, sau đó tách lấy lớp dưới qua 1 phễu chiết khác Chiết tiếpvới 20mL 1-butanol Lập lại quá trình này cho đến khi khôngcòn màu tím Sau đó lọc dung dịch qua bông thủy tinh, cho vàobình định mức 50mL và định mức bằng HCl 1N Dung dịchcuối cùng là 0.2% pararoaniline trong HCl 1N bão hòa vớibutanol Nếu màu tím vẫn còn sau 5 lần chiết với 1 – butanol thì

bỏ lọ thuốc thử này

- Thuốc thử Pararoaniline làm việc : cho 20mL dung dịch

pararoaniline đã tinh chế vào bình định mức 250mL, thêm25mL H3PO4 3M và định mức thành 250mL bằng nước cất

6

Dung dịch Iodine 0.01N làm việc: pha từ dung dịch iodine chuẩn0.1N.

- Chỉ thị hồ tinh bột: hòa tan 0.4g tinh bột và 0.002g HgI2 (chấtbảo quản) trong 200mL nước đun sôi

- Dung dịch chuẩn thiosulfate 0.1N: hòa tan 25g Na2S2O3.5H2Otrong 1 lít nước cất đun sôi để nguội và thêm 0.1g Na2CO3 Nồng

độ Na2S2O3 được xác định lại chính xác bằng K2Cr2O7

- Dung dịch chuẩn SO2: chuẩn bị từ Na2SO3 hoặc Na2S2O5

Hòa tan 0.400g Na2SO3 hoặc 0.300g sodium metabisulfite(Na2S2O5) trong 500mL nước cất Hàm lượng tương ứng của SO2

trong dung dịch là 406g/mL (đối với Na2SO3) và 404g/mL(đối với Na2S2O5) Thực tế, nồng độ SO2 sẽ thấp hơn nồng độ lýthuyết khoảng 10%, do đó cần xác định lại chính xác nồng độcủa chúng

Chuẩn lại dung dịch Na2SO3: cho vào erlen 250mL (có nútnhám) 20mL Iodine 0.01N, thêm tiếp 10mL dung dịch Na2SO3.Đậy kín và để phản ứng khoảng 5 phút Sau đó chuẩn lại bằngdung dịch thiosulfate 0.01N, đến màu vàng nhạt Sau đó thêmvài giọt chỉ thị hồ tinh bột và chuẩn đến mất màu xanh

A: số mL thiosulfate 0.01N chuẩn mẫu trắng

B: số mL thiosulfate 0.01N chuẩn mẫu

IV Cách tiến hành :

IV.1 Lấy mẫu :

- Mẫu khí được thu qua bình hấp thu chứa 10 mL dung dịch hấpthu TCM Tốc độ lấy mẫu từ 0.5 – 2.5 lít/phút, thời gian lấy mẫu

từ 30 – 60 phút Tránh để mẫu dưới ánh sáng mặt trời trong vàsau khí lấy mẫu (nếu cần, che các bình lấy mẫu bằng giấynhôm)

- Nếu mẫu chưa được phân tích ngay cần được bảo quản ở 50Ctrong tủ lạnh

- Chú ý: cần ghi lại các thông số nơi lấy mẫu: nhiệt độ, áp suất,

thể tích khí đã lấy

IV Phân tích mẫu :

- Mẫu được chuyển qua bình định mức 25 mL, sử dụng khoảng5mL nước cất để tráng Thêm 1mL acid sulfamic, để phản ứng

10 phút Thêm chính xác 2mL formaldehyde 0.4% và 5mL thuốcthử pararoaniline Đo màu ở bước sóng 548nm sau 30 phút

Đo màu sau 30 phút

VI Tính toán kết quả :

Bài 3:

XÁC ĐỊNH NHU CẦU OXY SINH HÓA

(Biochemical Oxygen Demand)

I GIỚI THIỆU :

- Nhu cầu oxy sinh hóa BOD (Biochemical Oxygen Demand): làlượng oxy cần thiết dùng để oxy hóa các chất hữu cơ dưới tác dụngcủa vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí

- Đơn vị : mg/L

Vi sinh vật

- Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + tế bào mới + …

Ý nghĩa môi trường :

BOD có ý nghĩa biểu thị lượng chất hữu cơ trong nước có thể bịphân hủy bởi vi sinh vật

+ Trung hòa mẫu nước cần phân tích và pha loãng ở những tỷ

lệ khác nhau bằng nước pha loãng (là nước cất có bổ sungcác chất dinh dưỡng như N, K, Fe,…và bão hòa oxy, có hoặckhông có chất ức chế sự nitrat hóa)

+ U ở nhiệt độ 200C trong thời gian 5 ngày, trong tối Xác địnhnồng độ oxy hòa tan trước và sau khi ủ Từ đó tính đượclượng oxy tiêu tốn trong 1 lít nước, tức giá trị BOD

II.2 Phương pháp áp kế (manometric): trên thiết bị BOD Trak

Nguyên tắc :

Mẫu nước được cho vào những chai BOD chuyên dụng, có thể tích chính xác, và chỉ chiếm một phần nhất định trong chai BOD Chai

10

- Sau đó, toàn bộ hệ thống được cho vào tủ ủ ở một nhiệt độxác định Với hệ thống như vậy, trong quá trình xảy ra phảnứng oxy hóa sinh hóa, có bao nhiêu phân tử oxy biến mất do

vi khuẩn sử dụng thì có bấy nhiêu phân tử CO2 được sinh ra.Lượng CO2 này được hấp thụ hoàn toàn bởi LiOH đặt trênmột chén nhỏ gắn liền với nắp chai BOD

- Kết quả, áp suất của pha khí trong chai giảm tỷ lệ với lượng

O2 mất đi Thiết bị sẽ đo sự giảm áp suất không khí trên mặtthoáng chai BOD, và biểu diễn trực tiếp ra giá trị BOD

Ưu điểm của phương pháp :

- Đơn giản và ít mắc sai số

- Theo dõi được giá trị BOD một cách liên tục, theo từng giờtừng ngày,…

III DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT :

1 Dụng cụ :

- Chai BOD dung tích 300mL

- Tủ ủ, có khả năng duy trì nhiệt độ 200C  10C

- Các dụng cụ cần thiết để xác định oxy hòa tan (trong bài oxyhòa tan)

- Các dụng cụ thủy tinh khác : bình định mức, phễu, …

2 Hóa chất :

a) Dung dịch đệm phosphate : hòa tan 8.5g KH2PO4, 21.75g K2HPO4,33.4g Na2HPO4.7H2O, và 1.7g NH4Cl trong nước cất và pha loãngthành 1 lít pH của dung dịch này sẽ là 7.2 không cần điều chỉnh gìthêm

b) Dung dịch magie sunfat 22.5g/L : hòa tan 22.5g MgSO4.7H2O trongnước cất và pha loãng thành 1 lít

_ c) Dung dịch canxi clorua 27.5g/L : hòa tan 27.5g CaCl2 trong nước cất

và pha loãng thành 1 lít

d) Dung dịch sắt (III) clorua 0.25g/L : hòa tan 0.25g FeCl3.6H2O trongnước cất và pha loãng thành 1 lít

e) Dung dịch NaOH 0.5N, HCl 0.5N

f) Dung dịch chuẩn BOD chuẩn : cân 150mg glucose và 150mg acid

glutamic và định mức thành 1 lít Chuẩn bị hàng ngày trước khi sửdụng Dung dịch chuẩn này có giá trị BOD : (200  37) mg/L

IV CÁCH TIẾN HÀNH :

1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu : mẫu dùng phân tích BOD rất dễ bị phân

hủy trong quá trình lấy mẫu và bảo quản và kết quả là giá trị BODgiảm đi

 Nếu phân tích ngay trong vòng 2 giờ kể từ khi lấy mẫu thìkhông cần bảo quản

 Mẫu được bảo quản bằng cách làm lạnh ở nhiệt độ  40C, vàphân tích trong vòng 6 giờ

 Trong trường hợp mẫu được bảo quản lạnh thì trước khi phântích phải làm ấm mẫu lên 200C

2 Chuẩn bị nước pha loãng : thêm mỗi 1ml các dd đệm phosphate,

MgSO4, CaCl2, FeCl3 và dung dịch cấy (nếu cần) cho mỗi lít nướcpha loãng, đưa về nhiệt độ 200C và sục không khí trong khoảng 2 -3giờ (giá trị oxy hòa tan ít nhất phải đạt 7 - 8mg/L)

Dung dịch chuẩn bị như trên chỉ được dùng trong vòng 24 giờ

Ghi chú : Dung dịch cấy thường là nước thải sinh hoạt : lấy từ cống

chính hoặc từ cống của một vùng dân cư không bị ô nhiễm công nghiệp.Nước này được lắng trước khi dùng

 Nếu lượng clo dư không mất đi trong thời gian ngắn, thìviệc loại bỏ như sau : thêm 1ml acid acetic (1 : 1) hoặc

H2SO4 1 : 50, 10ml dd KI 10% và chuẩn độ bằng dungdịch Na2SO3 với chỉ thị hồ tinh bột

V. PHÂN TÍCH MẪU :

1 Phương Pháp Pha Loãng

 Kỹ thuật pha loãng : việc pha loãng mẫu nên theo bảng sau :

Khoảng BOD

dự đoán (mg/L)

Tỷ lệ pha loãng(%)

Thể tích mẫu(ml) cho vàochai BOD300ml

được làm sạchsinh học

được làm tronghoặc nước thảicôngnghiệp ônhiễm nhẹ

Nước thảiđược làm tronghoặc nước thảicôngnghiệp ônhiễm nhẹNước thải chưa

xử lý

xử lýNước thảicông nghiệp ônhiễm nặng

công nghiệp ônhiễm nặng

Hoặc có thể pha loãng như sau :

- 0.0 – 1.0% : đối với nước thải công nghiệp ô nhiễm nặng

- 1.0 – 5.0% : đối với nước cống đã lắng hoặc chưa xử lý

- 5.0 – 25% : đối với dòng chảy đã xử lý sinh học

- 25 – 100% : đối với nước sông ô nhiễm (dòng sông nhậnnước thải)

 Tiến hành xác định mẫu

 Xác định BOD mẫu chuẩn :

 Đối với nước pha loãng :

Nước pha loãng chuẩn bị như đã nêu, có thêm 5mL dung dịch cấy là nước thải sinh hoạt Sục oxy khoảng 2 - 3 giờ.

Chiết nước pha loãng vào 2 chai BOD, đậy kín nút, tránh đểtạo bọt khí

Một chai xác định ngay DOa và một chai xác định DOb sau 5ngày ủ ở 200C

14

Kết quả BOD : ([ DO 1 – DO 2 ] - [ DO a – DO b ]) hệ số pha loãng

 Xác định BOD mẫu nước sông :

 Đối với nước pha loãng :

Chiết nước pha loãng vào 2 chai BOD, đậy kín nút, tránh đểtạo bọt khí

Một chai xác định ngay DOa và một chai xác định DOb sau 5ngày ủ ở 200C

 Đối với nước sông : pha loãng 10%

- Lấy chính xác100mL mẫu nước sông và pha loãng bằngnước pha loãng thành 1000mL

- Chiết mẫu đã pha loãng vào 2 chai BOD, đậy kín nút, tránhtạo bọt khí

Một chai xác định ngay DO1 và một chai xác định DO2 sau 5ngày ủ ở 200C

Kết quả BOD : ([ DO 1 – DO 2 ] - [ DO a – DO b ]) hệ số pha loãng

2 Phương pháp áp kế trên thiết bị BOD Trak

Thiết bị BOD Trak có 4 thang đo như sau :

Khoảng BOD của mẫu

(mg/L) Thể tích mẫu(mL) Thang đo (mg/L)

- Dùng silicon thoa trên nắp chai để tránh bọt khí

- Dùng phễu cho LiOH vào Đặt chén vào cổ mỗi chai, tránh

để LiOH rơi vào mẫu Nếu điều này xảy ra phải bỏ mẫu đó

và chuẩn bị lại mẫu mới

- Để vào tử điều nhiệt ở 200C, khuấy trong vòng 1giờ

- Nối áp kế vào và lập trình cho máy Đóng kín tủ Kết quả thínghiệm được theo dõi trực tiếp trên máy hoặc nối với máytính

16

Bài 4:

XÁC ĐỊNH PHOSPHAT, PHOSPHO TỔNG TRONG NƯỚC

Phospho hiện diện trong nước tự nhiên và nước thải chủ yếu ởdạng phosphate Phosphate tồn tại nhiều dạng như: orthophosphate(PO43-, HPO42-, H2PO4-), polyphosphate (pyro-, meta-, vàpolyphosphate), và những dạng phosphat hữu cơ khác Những hợp chấtnày có trong dung dịch, trong những hạt lơ lửng, hoặc trong cơ thể củanhững vi sinh vật sống trong nước

1 Nguyên tắc – phương pháp Acid ascorbic:

Trong môi trường acid, orthophosphate sẽ phản ứng vớiAmmonium molybdate và kali antimonyl tartrate để hình thành phứcantimony phosphomolybdate, sau đó phức này bị khử bằng acid ascorbictạo thành phức molybden màu xanh Độ hấp thụ quang được đo tại bướcsóng 880nm

Để xác định phospho tổng, mẫu được vô cơ hóa để chuyển cácdạng phospho về orthophosphate, sau đó xác định orthophosphate bằngphương pháp acid ascorbic

Mẫu có thể được vô cơ hóa bằng persulfate, hỗn hợp HNO3 –

H2SO4 hoặc acid perchloric

2 Yếu tố ảnh hưởng:

Arsenate ảnh hưởng ở nồng độ 0.1 mg As/L vì tạo phức màuxanh với molybdate Silicate không gây ảnh hưởng ở nồng độ 1 – 10mg/L

3 Hóa chất – Dụng cụ:

3.1 Dụng cụ:

- Dung dịch Potassium antimonyl tartrate: hòa tan 1.3715 gK(SbO)C4H4O6 ½ H2O trong 500 mL nước cất, dung dịch đượcchứa trong chai nâu và bảo quản trong tủ lạnh

- Dung dịch Ammonium molybdate: hòa tan 20 g(NH4)6Mo7O24.4H2O trong 500 mL nước cất, dung dịch đượcchứa trong chai nhựa và bảo quản trong tủ lạnh

- Acid ascorbic 0.1 M: hòa tan 1.76 g acid ascorbic trong 100 mLnước cất Bảo quản trong tủ lạnh ở 40C

- Pha hỗn hợp thuốc thử: chuẩn bị hỗn hợp gồm 100 mL dung

dịch H2SO4 5N, 10 mL dung dịch Potassium antimonyl tartrate,

30 mL dung dịch Ammonium molybdate, 60mL dung dịch Acidascorbic Lắc sau mỗi lần thêm các dung dịch hóa chất vào Các

18

hóa chất cần để về nhiệt độ phòng trước khi chuẩn bị hỗn hợpthuốc thử Hỗn hợp này ổn định trong 4 giờ Dung dịch có màuvàng nhạt, nếu sậm màu thì pha lại dung dịch mới

4 Cách tiến hành:

4.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu:

Lấy mẫu vào chai PE, PVC hoặc tốt nhất là chai thủy tinh Khinồng độ phosphate thấp thì nhất thiết phải dùng chai thủy tinh (vìphosphate có thể hấp phụ vào thành bình nhựa) Mẫu được bảo quảnlạnh ở nhiệt độ thấp hơn 40C

4.2 Phân tích mẫu:

Xác định phosphat :

Lấy 50 mL mẫu cho vào erlen 125 mL, thêm 1 giọt chỉ thịphenolphthalein, nếu màu đỏ xuất hiện, thêm từ từ từng giọt dung dịchacid mạnh đến khi mất màu Thêm 4 mL hỗn hợp thuốc thử, lắc đều Đomàu sau 10 phút nhưng trước 30 phút ở bước sóng 880 nm

có màu hồng nhạt Chuyển toàn bộ mẫu vào bình định mức 50 mL

- Dựng đường chuẩn độ hấp thu A theo hàm luợng P (g/50mL).

- Dựa vào đồ thị chuẩn tính nồng độ phosphate và phospho tổng

có trong mẫu

20

2 Yếu tổ ảnh hưởng:

- Các mẫu có hàm lượng khoáng hóa cao như Ca2+, Mg2+, Cl-, SO4

2-cần được kéo dài thời gian sấy khô và thực hiện thao tác cânnhanh để tránh quá trình hút ẩm xảy ra

- Lọai bỏ các vật thể lớn nổi trên mặt nước.

- Phân tích mẫu: lắc đều chai mẫu cần xác định SS Đặt tờ giấylọc đã chuẩn bị ở phần trên vào phểu lọc, tráng giấy lọc bằng nướccất, sau đó cho một thể tích mẫu cần xác định qua giấy lọc, trángbình chứa mẫu bằng nước cất và cho nước lọc đi qua giấy lọc Thể