Luận văn thạc sỹ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO KIT THỬ ĐỊNH LƯỢNG AMONI, NITRIT VÀ NITRAT TRONG NƯỚC

đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và viết luận văn.Tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí của đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp thành phố Hà Nội: “N

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Nguyễn Thị Kim Thường

Hà Nội – 201

Trang 3

đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và viết luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí của đề tài nghiên cứu khoa học

và phát triển công nghệ cấp thành phố Hà Nội: “Nghiên cứu chế tạo thiết bị đoquang cầm tay kết hợp với kit thử để phân tích nhanh lượng vết amoni, nitrit vànitrat trong nước tại hiện trường”, mã số: 01C- 02/05-2014-2

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo giảng dạy tại khoa HoáHọc, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội, đ ặc biệt làcác thầy cô trong bộ môn Hoá Phân tích đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiệnthuận lợi để tôi hoàn thành bản luận văn này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên,chia sẻ trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Đặng Thị Trang

Trang 4

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 21

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu chung về nitrit, nitrat và amoni 3

1.1.1 Tính chất lí, hóa học của nitrit, nitrat và amoni 3

1.1.1.1 Tính chất lí, hóa học của nitrit 3

1.1.2 Độc tính của nitrit và nitrat và amoni 6

Bảng 1.1: Giới hạn cho phép hàm lượng amoni, nitrit và nitrat trong nước 7

1.1.3 Chu trình sinh hóa của Nitơ trong môi trường 7

1.2 Các phương pháp phân tích nitrit, nitrat và amoni trong phòng thí nghiệm 8

1.2.1 Phương pháp phân tích thể tích và trọng lượng 8

1.2.1.1 Xác định nitrit 8

1.2.1.2 Xác định nitrat 9

1.2.1.3 Xác định amoni 10

1.2.2 Phương pháp trắc quang 11

1.2.3 Các phương pháp khác 19

1.3 Các phương pháp phân tích nhanh amoni, nitrit và nitrat 22

1.3.1.Chế tạo thiết bị đo quang nhỏ gọn 22

1.3.2 Các bộ test kit hiện có xác định amoni, nitrit và nitrat 24

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 27

2.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 27

Trang 5

2.1.1 Hóa chất 27

2.1.2 Dụng cụ, thiết bị 30

2.3 Phương pháp nghiên cứu 30

2.3.1 Phương pháp trắc quang xác định nitrit bằng thuốc thử Griess 30

2.3.2 Phương pháp khử nitrat thành nitrit 31

2.3.3 Phương pháp trắc quang xác định NH4+ bằng thuốc thử thymol 31

2.3.4 Phương pháp nghiên cứu chế tạo kit thử 32

2.3.5 Nghiên cứu ứng dụng kit thử phân tích tại hiện trường sử dụng máy đo quang cầm tay 32

2.4 Phương pháp thí nghiệm và xử lý số liệu 33

3.1 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng nitrit 34

3.1.1 Nghiên cứu tìm điều kiện tối ưu xác định NO2- trong phòng thí nghiệm 34

3.1.1.1 Phổ hấp thụ của phức màu 34

3.1.1.2 Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang 34

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của phức màu xác định nitrit 35

3.1.1.3 Ảnh hưởng của lượng thuốc thử Griees đến độ hấp thụ quang 36

Bảng 3.2 : Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc thử đến độ hấp thụ quang xác định nitrit 36

3.1.1.4 Ảnh hưởng của thứ tự thêm thuốc thử đến độ hấp thụ quang 36

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của thứ tự thêm thuốc thử đến độ hấp thụ quang xác định nitrit 37

3.1.1.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới độ ổn định màu của phức 37

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới độ hấp thụ quang xác định nitrit 38

3.1.1.6 Khảo sát ảnh hưởng của các ion cản trở đến độ hấp thụ quang 39

Bảng 3.5 :Ảnh hưởng của ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định nitrit 40

3.1.1.7 Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định nitrit 40

Bảng 3.6: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ NO2- 41

Hình 3.6: Đường chuẩn xác định nitrit với thuốc thử Griess 41

3.1.2 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng nitrit 42

3.1.2.1 Xây dựng thành phần kit thử nitrit 43

3.1.2.2 Khảo sát khả năng sử dụng axit oxalic làm môi trường phản ứng 43

Bảng 3.7: Khảo sát khả năng khử của axit oxalic đối với nitrat 43

3.1.2.3 Khảo sát thời gian ổn định màu của phức khi sử dụng kit thử 43

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu azo 44 3.1.2.4 Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn xác định nitrit khi sử dụng kit thử 44

Trang 6

Bảng 3.10: Độ hấp thụ quang của mẫu trắng khi xác định nitrit 46

3.1.2.5 Nghiên cứu thay thế pipet và bình định mức bằng dụng cụ ngoài hiện trường (xy lanh, ống fancol) 46

Bảng 3.11: Kết quả phân tích nitrit trong mẫu nước bằng dụng cụ PTN và dụng cụ hiện trường 47

3.1.2.6 So sánh sự sai khác 2 nồng độ trong dung dịch mẫu khi sử dụng quy trình phòng thí nghiệm và phân tích hiện trường xác định nitrit 47

Bảng 3.12: Kết quả đo mẫu xác định nitrit bằng quy trình PTN và hiện trường 47

3.1.2.7 Đánh giá độ chính xác của phép phân tích dùng kit thử nitrit 48

Bảng 3.13: Đánh giá độ lặp lại của phép đo với dung dịch chuẩn khi sử dụng kit thử nitrit 48

Bảng 3.14: Đánh giá độ lặp lại của phép đo với mẫu thực khi sử dụng kit thử nitrit 48

Bảng 3.15 Kết quả phân tích mẫu thực tế đánh giá độ đúng của phương pháp phân tích nitrit 49

3.1.2.8 Khảo sát độ bền của kit thử nitrit 49

Bảng 3.16: Độ bền của hỗn hợp kit nitrit theo thời gian 50

3.2 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng nitrat trên cơ sở kit nitrit 51

3.2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng chất khử đến độ hấp thụ quang 51

Bảng 3.17: Ảnh hưởng của hàm lượng chất khử đến độ hấp thụ quang xác định nitrat 52

3.2.2 Ảnh hưởng của môi trường khử đến độ hấp thụ quang 52

Bảng 3.18: Ảnh hưởng của nồng độ NH4Cl đến khả năng khử NO3- thành NO2- 53

3.2.3 Ảnh hưởng thời gian khử đến độ hấp thụ quang 53

Bảng 3.19: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất khử nitrat 54

3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của các ion cản trở đến độ hấp thụ quang 55

Bảng 3.20: Ảnh hưởng của ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định nitrat 56

3.2.5 Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định nitrat khi không có nitrit 56

Bảng 3.21: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrat 57

3.2.6 Đường chuẩn NO2- khi có và không có mặt chất khử 59

Bảng 3.22: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrit trong môi trường khử 59

3.2.7 Đánh giá độ chính xác của phép đo khi dung kit thử nitrat 61

Bảng 3.23 Đánh giá độ lặp lại của phép đo với dung dịch chuẩn dùng kit thử NO3- 61

Bảng 3.24 Đánh giá độ lặp lại của phép đo với mẫu thực dùng kit thử nitrat 62

Bảng 3.25 Kết quả phân tích mẫu thực tế đánh giá độ đúng của phương pháp phân tích nitrat 62

Bảng 3.26: Độ bền của hỗn hợp kit nitrat theo thời gian 63

Hình 3.17: Đồ thị đảm bảo chất lượng (QC) về độ bền của hỗn hợp kit nitrat theo thời gian 63

3.3 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng amoni 64

Trang 7

3.3.1 Nghiên cứu tìm điều kiện tối ưu xác định NH4+ trong phòng thí nghiệm 64

3.3.1.1 Phổ hấp thụ của hợp chất indothymol 64

3.3.1.2 Khảo sát thời gian ổn định màu của phức 65

Bảng 3.27: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu indothymol 65

Bảng 3.28: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào pH khi xác định amoni 66

3.3.1.4 Ảnh hưởng của lượng thuốc thử thymol 3% đến độ hấp thụ quang 67

Bảng 3.29: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang xác định amoni vào lượng thymol 67

3.3.1.5 Ảnh hưởng của xúc tác natri nitropussiat đến độ hấp thụ quang 68

Bảng 3.30: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang xác định amoni vào natri nitroprussiat 68

3.3.1.6 Ảnh hưởng của lượng NaClO tới độ hấp thụ quang 69

Bảng 3.31: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang xác định amoni vào lượng NaClO 0,5% 69

Bảng 3.32: Ảnh hưởng của ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định amoni 71

3.3.1.8 Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn xác định amoni 72

Bảng 3.33: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ NH4+-N 72

3.3.2 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng amoni 73

3.3.2.1 Xây dựng thành phần kit thử amoni 74

3.3.2.3 Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn xác định amoni khi sử dụng kit thử 75

Bảng 3.35: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào C NH4+-N khi dùng kit thử 75

Bảng 3.36: Kết quả phân tích amoni trong PTN và ngoài hiện trường 77

3.3.2.5 Đánh giá độ chính xác của phép đo khi dùng kit thử 77

Bảng 3.37: Đánh giá độ lặp lại với dung dịch tiêu chuẩn khi sử dụng kit thử amoni 78

Bảng 3.38: Đánh giá độ lặp lại với mẫu thực khi sử dụng kit thử amoni 78

Bảng 3.39 Kết quả phân tích mẫu thực tế đánh giá độ đúng của phương pháp phân tích amoni 79

Để đánh giá độ bền của kit amoni chúng tôi tiến hành khảo sát sự tạo phức màu của NH4+ 1,0 ppm với kit thử ở các thời gian khác nhau Lấy vào bình định mức 10,00 ml: 1,00 ml dung dịch chuẩn NH4+ 10,00ppm,thêm 0,4 ml kit dung dịch A, 0,2 rắn

B lắc cho tan hết, định mức đến vạch bằng nước cất Sau 5 phút đem đo độ hấp thụ

Trang 8

quang tại bước sóng 693 nm, với mẫu trắng làm dung dịch so sánh Kết quả được

trình bày trong bảng 3.40 và được biểu diễn trên hình 3.29: 79

Bảng 3.40: Độ bền của hỗn hợp kit amoni theo thời gian 80

3.4 Quy trình sử dụng kit thử amoni, nitrit và nitrat 81

Hình 3.30: Kit thử nitrit và hướng dẫn sử dụng 81

Hình 3.31: Kit thử nitrat và hướng dẫn sử dụng 82

Hình 3.32: Kit thử amoni và hướng dẫn sử dụng 82

3.5 Ứng dụng kit thử phân tích mẫu thực tế 83

3.5.1 Nghiên cứu ứng dụng kit thử cho máy cầm tay thương mại 83

Bảng 3.41: Xác định nitrit trong mẫu tự tạo trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM – MT 83

Hình 3.33 : Xác định nitrit trong mẫu tự tạo trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM – MT 83

Bảng 3.42: Xác định nitrat trong mẫu tự tạo trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM – MT 84

Hình 3.34: Xác định nitrat trong mẫu tự tạo bằng trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM – MT 84

Bảng 3.43: Xác định nitrit trong mẫu tự tạo có mặt chất khử trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM – MT 84

Hình 3.35: Xác định nitrit trong mẫu tự tạo có mặt chất khử trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM – MT 85

Bảng 3.44: Xác định amoni trong mẫu tự tạo trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM – MT 85

Hình 3.36 : Xác định amoni trong mẫu tự tạo trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM – MT 86

3.5.2 Ứng dụng phân tích 86

3.5.2.1 Phân tích nitrit 86

Bảng 3.45: Kết quả đo mẫu thực với kit thử nitrit 87

3.5.2.2 Phân tích nitrat 87

Bảng 3.46: Kết quả đo mẫu thực với kit thử nitrat 88

Bảng 3.47: Kết quả đo amoni trong mẫu thực 89

KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC: Quy trình sử dụng kit thử amoni, nitrit và nitrat

Trang 9

DANH MỤC BẢNG

LỜI CẢM ƠN 3

MỞ ĐẦU 1

Trang 10

Hình 3.1: Phổ hấp thụ của phức màu giữa nitrit và thuốc thử Griees 34

Hình 3.2 : Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của phức màu azo 35

Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc thử đến độ hấp thụ quang xác định nitrit 36

Hình 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới độ hấp thụ quang xác định nitrit 38

Hình 3.5: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrit 41

Trang 11

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu azo 44

Hình 3.7 : Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu azo 44

3.1.2.4 Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn xác định nitrit khi sử dụng kit thử 44 Bảng 3.9: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ NO2- 45

Hình 3.8: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ NO2- 45

Hình 3.9: Đường chuẩn xác định nitrit với kit thử 45

Hình 3.10: Đồ thị đảm bảo chất lượng (QC) về độ bền của hỗn hợp kit nitrit theo thời gian 50

Trang 12

Hình 3.11: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang xác định nitrat vào lượng NH4Cl 53

Hình 3.12: Đồ thị sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào thời gian khử 54

Hình 3.13: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrat khi dùng kit thử 57

Hình 3.14: Đường chuẩn xác định nitrat với kit thử 58

Hình 3.15: Đường chuần nitrit với kit thử khi có và không có mặt chất khử 59

Hình 3.16: Mối tương quan độ hấp thụ quang xác định nitrit khi có và không có chất khử 60

Hình 3.19: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu 65

Trang 13

Hình 3.22: Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào lượng natri nitropussiat 68

Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lượng chất oxy hóa NaClO tới độ hấp thụ quang 69

Hình 3.24: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ amoni 72

Hình 3.25: Đường chuẩn xác định amoni với thuốc thử indothymol 73

Hình 3.26: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu indothymol 75

Hình 3.27: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào CNH4+-N khi dùng kit thử 76

Hình 3.28: Đường chuẩn xác định amoni với kit thử 76

Trang 14

B lắc cho tan hết, định mức đến vạch bằng nước cất Sau 5 phút đem đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 693 nm, với mẫu trắng làm dung dịch so sánh Kết quả được

Hình 3.29: Đồ thị đảm bảo chất lượng (QC) về độ bền của hỗn hợp kit amonit theo thời gian 80

KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

Trang 15

DANH MỤC HÌNH

LỜI CẢM ƠN 3

MỞ ĐẦU 1

Trang 16

Hình 3.1: Phổ hấp thụ của phức màu giữa nitrit và thuốc thử Griees 34

Hình 3.2 : Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của phức màu azo 35

Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc thử đến độ hấp thụ quang xác định nitrit 36

Hình 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới độ hấp thụ quang xác định nitrit 38

Hình 3.5: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrit 41

Trang 17

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu azo 44

Hình 3.7 : Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu azo 44

3.1.2.4 Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn xác định nitrit khi sử dụng kit thử 44 Bảng 3.9: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ NO2- 45

Hình 3.8: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ NO2- 45

Hình 3.9: Đường chuẩn xác định nitrit với kit thử 45

Hình 3.10: Đồ thị đảm bảo chất lượng (QC) về độ bền của hỗn hợp kit nitrit theo thời gian 50

Trang 18

Hình 3.11: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang xác định nitrat vào lượng NH4Cl 53

Hình 3.12: Đồ thị sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào thời gian khử 54

Hình 3.13: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrat khi dùng kit thử 57

Hình 3.14: Đường chuẩn xác định nitrat với kit thử 58

Hình 3.15: Đường chuần nitrit với kit thử khi có và không có mặt chất khử 59

Hình 3.16: Mối tương quan độ hấp thụ quang xác định nitrit khi có và không có chất khử 60

Hình 3.19: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu 65

Trang 19

Hình 3.22: Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào lượng natri nitropussiat 68

Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lượng chất oxy hóa NaClO tới độ hấp thụ quang 69

Hình 3.24: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ amoni 72

Hình 3.25: Đường chuẩn xác định amoni với thuốc thử indothymol 73

Hình 3.26: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu indothymol 75

Hình 3.27: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào CNH4+-N khi dùng kit thử 76

Hình 3.28: Đường chuẩn xác định amoni với kit thử 76

Trang 20

B lắc cho tan hết, định mức đến vạch bằng nước cất Sau 5 phút đem đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 693 nm, với mẫu trắng làm dung dịch so sánh Kết quả được

Hình 3.29: Đồ thị đảm bảo chất lượng (QC) về độ bền của hỗn hợp kit amonit theo thời gian 80

KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

Trang 21

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

% RSD % Relative standard deviation % Độ lệch chuẩn tương đốiLOD Limit of Detection Giới hạn phát hiện

LOQ Limit of Quantification Giới hạn định lượng

Trang 22

MỞ ĐẦU

Trong môi trường nước nitơ tồn tại ở nhiều dạng hợp chất khác nhau nhưng

có thể chia thành hai nhóm lớn đó là nitơ vô cơ và nitơ hữu cơ Nitơ vô cơ tồn tại ở

ba dạng chính đó là: amoni (NH4 ); nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-)

Amoni không gây độc trực tiếp cho con người nhưng sản phẩm chuyển hóa

từ amoni là nitrit và nitrat là yếu tố gây độc Nitrat tạo chứng thiếu vitamin và cóthể kết hợp với các amin để tạo thành nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở

người cao tuổi [6].

Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ, hoặc qua nước dùng

để pha sữa Khi vào cơ thể, nitrat chuyển hóa thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột.Ion nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khỏe con người Khi tác dụng vớicác amin hay ankyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo thành các hợp

chất chứa nitơ gây ung thư [26].

Trong cơ thể nitrit có thể ôxi hóa sắt II ngăn cản quá trình hình thànhHemoglobin làm giảm lượng ôxi trong máu có thể gây ngạt, nôn, khi nồng độ cao

có thể dẫn đến tử vong

Có rất nhiều phương pháp để xác định amoni, nitrat và nitrit như phươngpháp trắc quang, phương pháp cực phổ, phương pháp điện cực chọn lọc ion, phươngpháp sắc kí, phương pháp phân tích bơm mẫu vào dòng chảy… trong các đối tượngmẫu khác nhau Các phương pháp này có độ nhạy tốt, nhưng cần thiết phải có điềukiện phân tích nghiêm ngặt, máy móc và trang thiết bị hiện đại, cồng kềnh, mấtnhều thời gian Bên cạnh đó, việc lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu ảnh hưởngđến sự tồn tại các dạng nitơ trong nước

Hiện nay ở các nước như Mỹ, Đức, Nhật người ta đã sản xuất ra các kitthử xác định nhanh amoni, nitrat và nitrit dựa trên phản ứng tạo phức màu của chấtphân tích với thuốc thử, kết hợp thang đo màu để phân tích bán định lượng Tuynhiên, khi về Việt Nam giá thành của các bộ kit tăng lên đáng kể và khó đặt mua

Trang 23

Ở Việt Nam hiện nay cũng có bộ kit thử phân tích amoni, nitrat và nitrit của

Bộ Công An sản xuất, tuy nhiên bộ kit cũng chỉ dùng phân tích định bán địnhlượng

Với mục đích chế tạo kit thử amoni, nitrat và nitrit kết hợp máy đo quangcầm tay để có thể xác định lượng vết amoni, nitrit và nitrat trong mẫu nước ngoàihiện trường với thời gian phân tích ngắn, giảm hóa chất độc hại, giảm sai số dochuyển hóa các dạng nitơ trong quá trình vận chuyển và bảo quản mẫu, đơn giảnhóa dụng cụ phòng thí nghiệm, giảm chi phí phân tích, tiện lợi, linh hoạt và phù hợp

với điều kiện phân tích ở nước ta, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên

cứu chế tạo kit thử định lượng amoni, nitrit và nitrat trong nước”.

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu chế tạo kit thử dạng bột, hạn chế tối đadung dịch, sử dụng dụng cụ phân tích đơn giản để xác định lượng vết amoni, nitrit

và nitrat trong nước ngay tại hiện trường bằng cách kết hợp với máy đo quang cầmtay

Trang 24

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về nitrit, nitrat và amoni

1.1.1 Tính chất lí, hóa học của nitrit, nitrat và amoni

1.1.1.1 Tính chất lí, hóa học của nitrit

Trong muối nitrit nguyên tử N ở trạng thái lai hóa sp2, hai obitan lai hóatham gia tạo thành liên kết σ với hai nguyên tử O và một obitan lai hoá có cặpelectron tự do Một obitan 2p còn lại không lai hoá của nitơ có một electron độcthân tạo nên liên kết π không định chỗ với hai nguyên tử oxy

Nhờ có cặp electron tự do ở nitơ, ion NO2- có khả năng tạo liên kết cho nhậnvới ion kim loại Một phức chất thường gặp là natricobantinitrit Na3[Co(NO2)6].Đây là thuốc thử dùng để phát hiện ion K+ nhờ tạo thành kết tủa K3[Co(NO2)6] màuvàng

Nitrit kim loại kiềm bền với nhiệt, chúng không phân hủy khi nóng chảy màchỉ phân hủy ở trên 5000C Nitrit của kim loại khác kém bền hơn, bị phân hủy khiđun nóng, chẳng hạn như AgNO2 phân hủy ở 1400C, Hg(NO2)2 ở 750C [4, 10].

Axit nitrơ không bền, nhanh chóng bị phân hủy, nhất là khi đun nóng:

3 HNO2 → HNO3 +2NO + H2OBởi vậy khi khí NO2 tan trong nước thì thực tế tạo nên HNO3 và NO theophản ứng:

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NOTrong dung dịch nước, axit nitrơ là một axit yếu (Kb= 4,5.10-4), hơi mạnhhơn axit cacbonic Do không bền, axit nitrơ rất hoạt động về mặt hóa học Nó vừa

có tính oxi hóa vừa có tính khử

Axit nitrơ oxi hóa được dung dịch HI đến I2, dung dịch SO2 đến H2SO4, ion

Fe2+ đến ion Fe3+… còn bản thân nó biến thành NO Với những chất oxi hóa mạnhnhư KMnO4, MnO2, PbO2, axit nitrơ bị oxi hóa đến axit nitric

Trang 25

Các muối nitrit bền nhiệt hơn HNO2 và có thể tồn tại độc lập Phần lớn cácnitrit tan tốt trong nước, trừ AgNO2 Nitrit của các kim loại kiềm nóng chảy khôngphân hủy Cũng như ion NO2-, đa số muối nitrit không có màu.

Trong môi trường axit, muối nitrit có tính oxi hóa và tính khử như axit nitrơ.Muối NaNO2 được dùng rộng rãi trong công nghiệp hóa học, nhất là công

nghiệp nhuộm azo [4].

1.1.1.2 Tính chất lí, hóa học của nitrat

Trong muối nitrat, ion NO3- có cấu tạo hình đa giác đều với góc ONO bằng

1200 và độ dài liên kết N-O bằng 1,218 A0 Trong đó nguyên tử nitơ ở trạng thái laihóa sp2, ba obitan lai hóa tạo thành ba liên kết σ với ba nguyên tử oxi Obitan 2pcòn lại ở nguyên tử nitơ tạo nên một liên kết π không định chỗ với nguyên tử oxi

[4, 10].

Muối nitrat khan của kim loại kiềm khá bền với nhiệt (chúng có thể thănghoa trong chân không ở 380 – 500oC) Còn các nitrat của kim loại khác dễ phân hủykhi đun nóng

Nitrat là muối của axit kém bền HNO3 HNO3 bị thủy phân dưới tác dụng củaánh sáng, dung dịch có màu vàng Trong nước, HNO3 là axit mạnh nên phân li hoàntoàn

Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước và là chất điện li mạnh Trong dungdịch, chúng phân li hoàn toàn thành các ion Ion NO3- không có màu, nên màu củamột số muối nitrat là do màu của cation kim loại trong muối tạo nên

Một số muối nitrat như NaNO3, NH4NO3, hấp thụ hơi nước trong không khínên dễ bị chảy rữa Các muối nitrat dễ bị phân hủy Độ bền nhiệt của muối nitratphụ thuộc vào bản chất của cation tạo muối

Muối nitrat của các kim loại hoạt động mạnh (kali, natri, ) bị phân hủythành muối nitrit và oxi Muối nitrat của magie, kẽm, sắt, chì, đồng, bị phân hủythành oxit kim loại tương ứng, NO2 và O2 Muối nitrat của bạc, vàng, thủy ngân,

bị phân hủy thành kim loại tương ứng, khí NO2 và O2 [4].

2 NaNO3 →2 NaNO2 + O2

Trang 26

2 Pb(NO3)2→ 2 PbO +4 NO2 + O2

Hg(NO3)2 → Hg +2NO2 + O2

Ở nhiệt độ cao, muối nitrat phân hủy ra oxi nên chúng là các chất oxi hóamạnh Khi cho than nóng đỏ vào muối kali nitrat nóng chảy, than bùng cháy

Ion NO3- trong môi trường axit có khả năng oxi hoá như axit nitric

Trong môi trường trung tính muối nitrat hầu như không có khả năng ôxi hóa,nhưng trong môi trường kiềm có thể bị Al, Zn khử đến NH3.

4 Zn + NO3- + 7 OH- → 4 ZnO2- + NH3 + 2 H2O

Do tính chất oxi hóa trong môi trường axit, nitrat còn có khả năng tham gianitro hóa với một số chất hữu cơ như: axit sulfosalicilic, diphenylamin, antipyrin.Khi chuyển về môi trường kiềm sản phẩm của quá trình nitro hóa sẽ có màu Đây là

cơ sở cho phản ứng định lượng nitrat bằng phương pháp trắc quang [30].

1.1.1.3 Tính chất lí, hóa học của amoni

Ion amoni NH4+ có cấu tạo hình tứ diện đều với bốn nguyên tử H ở đỉnh vànguyên tử nitơ trung tâm, có bán kính ion là 1,43 Ao, gần tương đương với các ionkim loại Rb+= 1,48 và K+ = 1,44 Ao Do đó muối amoni giống với muối kim loạikiềm Chúng thường có kiến trúc kiểu NaCl hay kiểu CsCl Hầu hết các muối amoni

đều dễ tan và phân li mạnh ở trong nước [10].

Muối amoni tan tốt trong nước, NH4+ bị thủy phân tạo môi trường axit

NH4+ + H2O  NH3 + H3O+ K =5,5.10-10

Các muối amoni khác với muối kim loại kiềm là đều kém bền với nhiệt Tùythuộc vào bản chất của axit tạo nên muối phản ứng nhiệt phân có thể xảy ra mộtcách khác nhau

Các muối (NH4)2CO3, NH4HCO3 phân hủy ngay ở nhiệt độ thường thành

NH3(k), CO2(k) và H2O

Muối amoni trong thực tế được dùng nhiều để làm phân đạm, một số muốiđặc trưng quan trọng là NH4Cl, (NH4)2SO4 và NH4NO3 [4].

Trang 27

1.1.2 Độc tính của nitrit và nitrat và amoni

Amoni trong nước tồn tại ở 2 dạng: không ion hoá (NH3) và ion hoá (NH4 ).Độc tính của amoni phụ thuộc vào dạng tồn tại của nó trong nước Các phân tử NH3

độc hơn so với NH4 , điều này phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của nước Ion NH4 ítđộc hại hơn và tồn tại ở pH thấp hơn Khi pH tăng từ 7-8 thì có sự chuyển NH4+

thành NH3

Sự có mặt của amoni trong nước bề mặt gây ra khó khăn trong việc xử lýnước uống do muốn xử lý chúng cần có clo, amoni có thể kết hợp với clo tạo ra

cloramin làm cho hiệu quả khử trùng giảm đi rất nhiều so với clo gốc [7].

Amoni không gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người, nhưng trongquá trình khai thác, lưu trữ và xử lý…amoni được chuyển hoá thành nitrit (NO2-) vànitrat (NO3-) là những chất có tính độc hại tới con người

Trong nước ngầm amoni không thể chuyển hoá được do thiếu oxy, khi khaithác lên vi sinh vật trong nước, oxy trong không khí sẽ chuyển amoni thành nitrit

và nitrat

Nitrat và nitrit là những tác nhân gây ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng và

là một trong những nguyên nhân gây ra hai loại bệnh: methaemoglobinemia: hội

chứng da xanh ở trẻ sơ sinh và ung thư dạ dày ở người lớn [5].

Khi đi vào cơ thể, nitrat tham gia phản ứng khử ở dạ dày và đường ruột dotác dụng của các men tiêu hoá sinh ra nitrit Nitrit sinh ra phản ứng với Hemoglobintạo thành methaemoglobinemia làm mất khả năng vận chuyển oxi của Hemoglobin

Thông thường Hemoglobin chứa Fe2+, ion này có khả năng liên kết với oxi.Khi có mặt NO2- nó sẽ chuyển hoá thành Fe3+ làm cho hồng cầu không làm được

nhiệm vụ chuyển tải oxi Nếu duy trì lâu sẽ dẫn tới tử vong [8].

4HbFe2+(O2) +4NO2- + 2H2O → 2HbFe3+ + OH- +4NO3- +O2

Sự tạo thành methaemoglobinemia đặc biệt thấy rõ ở trẻ em Trẻ em mắcchứng bệnh này thường xanh xao và dễ bị đe doạ đến cuộc sống đặc bệt là trẻ dưới

6 tháng tuổi

Trang 28

Ngoài ra, NO2 trong cơ thể dễ tác dụng với các axit amin tạo thành

nitrosamine một hợp chất gây ung thư [6, 26].

Các hợp chất nitroso được tạo thành từ các amin bậc hai và các axit nitrơ(HNO2) có thể trở nên bền vững hơn nhờ tách lại proton để trở thành nitrosamine

Các amin bậc ba trong môi trường axit yếu ở pH = 3 - 6 với sự có mặt củacác ion nitrit chúng dễ dàng phân huỷ thành andehit và amin bậc hai Sau đó aminbậc hai tiếp tục chuyển thành nitrosamin

Do độc tính của amoni, nitrit và nitrat mà các tổ chức y tế thế giới và cácquốc gia đều có những qui định về hàm lượng của các ion này trong nước Ở ViệtNam, Bộ Tài Nguyên Môi Trường, Bộ Y tế đã ban hành các quy chuẩn và tiêuchuẩn về hàm lượng cho phép amoni, nitrit và nitrat như sau:

Bảng 1.1: Giới hạn cho phép hàm lượng amoni, nitrit và nitrat trong nước

Nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT) Nước ngầm

(QCVN09:2008/BTNMT)

Nước uống(QCVN01:2009/BYT)

Ion Sinh hoạt Mục đích khác

NH4 - N 0,1 (mg/l) 1,0 (mg/l) 0,1 (mg/l) NH4 3,0 (mg/l)

NO2- - N 0,01(mg/l) 0,05 (mg/l) 1,0 (mg/l) NO2- 3,0 (mg/l)

NO3- - N 2,0 (mg/l) 15 (mg/l) 15 (mg/l) NO3- 50 (mg/l)

1.1.3 Chu trình sinh hóa của Nitơ trong môi trường

Trong môi trường nước, nitơ là chất dinh dưỡng vô cùng cần thiết cho nhiềuloại thực và động vật, nhưng sự dư thừa nitơ (hiện tượng phú dưỡng) sẽ dẫn đến sự

ô nhiễm, ảnh hưởng tới môi trường nước

Khí nitơ trong khí quyển có thể bị oxi hóa thành dạng có hoạt tính sinh họchơn và nhiều hơn dưới dạng NO trong các cơn bão, sau đó bị hòa tan vào nước vàrơi xuống mặt đất cùng với nước mưa

Các nguồn phát thải nitơ chủ yếu tới từ khí quyển, phân đạm dư thừa, nước

thải từ trang trại, cơ sở chăn nuôi, khu công nghiệp, dân cư, xe cộ…[17].

Trang 29

Một vài loại cây có khả năng cố định nitơ từ khí quyển, hầu hết tại mọi thờiđiểm nitơ vô cơ (NH4 và NO3-) trong đất thường chỉ tồn tại một lượng nhỏ do sựhấp thụ nhanh của thực vật và vi sinh vật

Nitơ hữu cơ có thể có nhiều hơn trong đất vì dạng này không thích hợp chothực vật sử dụng Đầu tiên nitơ hữu cơ phân hủy thành NH4+ bởi các vi khuẩn gọi làquá trình khoáng hóa NH4 sau đó bị ôxi hóa sinh ra NO3- trong môi trường có O2,với NO2- và NO là các dạng trung gian Nitơ được chuyển hóa vào đất dưới dạngcác ion NO3-, một vài trường hợp dưới dạng NH4+, sau đó tới được tầng nước ngầm

Nitơ trở lại khí quyển từ đất hoặc từ biển thông qua quá trình đề nitơ hóagồm nhiều bước trong đó NO3- bị khử thành N2 bởi các vi khuẩn trong môi trườngthiếu ôxi hình thành các sản phẩm trung gian như NO2, N2O, NO [25].

Nitơ cũng có thể trở lại khí quyển thông qua quá trình ôxi hóa amoni trongmôi trường thiếu ôxi, trong đó vi khuẩn ôxi hóa NH4+ cùng với NO2- sinh ra khí N2

2,4-vì thời gian phân tích quá dài, không thích hợp khi cần phân tích nhanh

Ngoài ra, người ta còn xác định nitrit bằng phương pháp gián tiếp dựa trênphản ứng:

3HNO2 + AgBrO3 → AgBr↓ + 3HNO3

Lọc lấy kết tủa AgBr, đem rửa bằng dung dịch H2SO4 (1:4) và sấy ở nhiệt độ85-900C rồi đem cân Từ lượng AgBr kết tủa ta tính được NO2- có trong dung dịch.Phương pháp này chỉ áp dụng với những mẫu có chứa lượng lớn NO2

Trang 30

Nitrit có thể được xác định dựa trên phản ứng oxi hóa nitrit thành nitrat bằngdung dịch KMnO4 Điểm cuối của quá trình chuẩn độ được nhận biết bằng màuhồng của pemanganat.

Phương trình chuẩn độ:

2 MnO4- + 5 NO2- + 6 H+→ 2 Mn2+ + 5 NO3- + 3 H2OTrong môi trường axit ion NO2- bị phân hủy thành NO và NO2 theo phươngtrình:

NO2- + H+ + HNO2 → NO + NO2 + H2O

Do đó cần phải đảo ngược thứ tự phản ứng (nhỏ từ từ dung dịch NO2- vàodung dịch MnO4- trong môi trường axit)[11, 24].

Phương pháp này có độ nhạy thấp và tính chọn lọc kém vì thường dung dịch

có rất nhiều ion có khả năng bị KMnO4 oxi hóa Hơn nữa hàm lượng nitrit khônglớn nên khó có thể áp dụng phương pháp chuẩn độ để xác định nitrit Do đó phươngpháp chuẩn độ thường dùng để xác định lại nồng độ dung dịch chuẩn gốc

1.2.1.2 Xác định nitrat

Người ta có thể xác định nitrat theo phương pháp này dựa trên phản ứng khử

NO3- về các trạng thái oxi hoá thấp hơn bằng các chất khử thích hợp Sau đó tiếnhành phép chuẩn độ (có thể sử dụng chuẩn độ trực tiếp hay chuẩn độ ngược)

Với phép chuẩn độ ngược thì một lượng chính xác dung dịch chuẩn Fe2+

được cho dư so với lượng cần thiết vào dung dịch mẫu Sau đó lượng dư Fe2+ đượcchuẩn độ bằng dung dịch Cr2O72- với chất chỉ thị là ferroin Các phản ứng xảy ranhư sau:

NO3- + 3Fe2++ 4H+ → NO + 3Fe3+ + 2H2O2Fe2+ + Cr2O72- + 14H+→ 6Fe3++ 2Cr3++ 7H2OPhản ứng giữa Fe2+ và NO3- xảy ra nhanh hơn khi đung nóng dung dịch và cómặt của lượng dư axit H2SO4 65% Phương pháp đơn giản, dễ thực hiện Cho phépxác định lượng NO3- với nồng độ cao 10-3M đến 10-4M Tuy nhiên, do NO sinh raphản ứng với oxi không khí tạo thành các chất có khả năng bị khử hay bị oxi hoábởi Fe2+ nên trong quá trình phản ứng và chuẩn độ phải được tiến hành trong môi

Trang 31

trường khí CO2 Điều này được thực hiện bằng cách thêm một lượng nhỏ NaHCO3

trước khi đun nóng và chuẩn độ Phương pháp này có thể xác định cả lượng nhỏ vàlượng lớn NO3- trong mẫu phân tích [24].

1.2.1.3 Xác định amoni

Nếu trong mẫu, hàm lượng amoni lớn như amoni trong nguồn nước chưa xử

lý, nước uống, nước sinh hoạt, nước thải với khoảng nồng độ lớn hơn 10ppm có thểxác định bằng phương pháp chuẩn độ sau khi chưng cất trong dung dịch mẫu (pH6,0 – 7,4), có mặt MgO) Phương pháp này là phương pháp đơn giản, khá phổ biến

nhưng dễ gặp sai số nếu trong mẫu có ure, các amin dễ bay hơi [12].

Ngoài ra để xác định lượng nitơ trong muối amoni người ta tiến hành chưngcất dung dịch muối amoni với lượng kiềm dư Lượng amoni bay ra được thu vàobình có chứa sẵn dung dich HCl hay H2SO4 (nồng độ chính xác) sau đó chuẩn độlượng axit dư bằng dung dịch kiềm hoặc cho dung dịch muối amoni phản ứng vớiCHO và chuẩn độ lượng axit sinh ra bằng NaOH (chuẩn) với chỉ thị phenolphtalein

từ đó tính được NH4+ trong mẫu

2 (NH4)2SO4 + 6 HCHO → (CH2)6N4 + 2 H2SO4 + 6 H2O

H2SO4 + NaOH → Na2SO4 + 2H2OĐây là phương pháp thông dụng và đơn giản nhất cho việc xác định amoni

trong dung dịch [22].

Cũng có thể xác định amoni bằng cách cho lượng dư hypobromit (BrO3-) vàomẫu

BrO3- +2NH3 → Br- + N2 + 3 H2OSau đó Br- phản ứng tiếp với BrO3-

6H+ + BrO3- + 5Br- → 3Br2 + 3H2O

Br2 sinh ra phản ứng với I- trong môi trường H+ cho ra I2

Br2 + 2 I- + 2H+ → I2 + HBrChuẩn độ lượng I2 bằng Na2S2O3 sau đó từ lượng Na2S2O3 sẽ tính được lượngamoni ban đầu

I2 + Na2S2O3 → 2NaI + Na2S4O6

Trang 32

Sau đó muối này phản ứng với α-naphtylamin tạo thành hợp chất azo có mầu hồng

Độ hấp thụ quang được đo ở bước sóng 520nm Phản ứng thường được tiếnhành ở pH khoảng 1,7 – 3 và ở khoảng nhiệt độ là 0 – 50C Nhiệt độ càng cao phảnứng xảy ra càng nhanh nhưng lại dễ dàng bị phân huỷ thành các hợp chất khác.Phương pháp có độ chọn lọc cao, khi có một lượng rất lớn (thường gấp 100 lần)cloamin, clo, thiosunfat, natrithyophotphat và Fe3+ thì sai số của phương pháp là

10% [29].

Ngoài thuốc thử Griess, người ta còn có thể sử dụng dẫn xuất của Griss nhưhỗn hợp thuốc thử 4 - amino benzene sunfonamit (NH2C6H4SO2NH2) và N-(1-naphtyl) - 1,2 diaminoetan hidroclorua (C10H7NH-CH2-CH2-NH2.HCl) Khi sử dụnghỗn hợp thuốc thử này có màu tím hồng ở pH = 1,9 ± 0,1 và cực đại hấp thụ ở 540

nm [24, 29, 33].

* Thuốc thử axit barbituric

Trang 33

Nitrit phản ứng với axit barbituric trong môi trường axit tạo ra violuric (dẫnxuất nitrosoaxit), trong nước có màu tím Độ hấp thụ quang được đo ở bước sóng

310 nm, khoảng tuyến tính 0,00 - 3,22 ppm Hệ số hấp thụ mol phân tử là 15330 ±259,7 (95%) Phương pháp này áp dụng thành công để xác định nitrit trong nước tựnhiên Giới hạn định lượng là 1,66µg NO2- trong 100ml dung dịch làm việc tươngứng với lượng tối thiểu 9,5 ppb NO2- trong mẫu nước Nếu nồng độ nitrit thấp (3,0

µg NO2-/1l mẫu) thì ta sử dụng phương pháp pha loãng mẫu với RSD thấp hơn 0,5

% [15].

Phương trình phản ứng

1.2.2.2 Xác định nitrat

* Thuốc thử axit phenoldisulfonic

Trong môi trường axit sunfuric đậm đặc, nitrat tham gia phản ứng với axitphenoldisulfonic tạo thành phức chất không màu nitrophenoldisulfonic Ở môitrường bazơ mạnh phức này có màu vàng bền trong vòng 15-20 phút và được đo

bằng quang phổ kế ở bước sóng λ= 410 nm [37].

Trang 34

* Thuốc thử natri salixylat

Trong môi trường axit sulfuric đậm đặc, nitrat tham gia phản ứng với natrisalixylat tạo thành phức màu p-nitrosalixylat natri hoặc sản phẩm có thể là o-nitrosalixylat natri Ở môi trường bazơ mạnh phức này có màu vàng và được đobằng máy đo quang tại bước sóng λ = 410nm

Trang 35

Ưu điểm của hai phương pháp này là có độ nhạy cao, sử dụng đơn giản Bêncạnh đó chúng cũng có nhiều nhược điểm, phải loại trừ các ion cản do phải cô, rấtmất thời gian (để xác đinh được NO3- trong nước mất khoảng 5 – 6 giờ).

* Thuốc thử diphenylamin

Nitrat phản ứng với diphenylamine trong môi trường axit sulfuric đậm đặc,sản phẩm tạo ra là muối có màu tím xanh Phức màu ổn định trong vòng 2-3 giờ.Cường độ của màu tỷ lệ với nồng dộ nitrat trong nước Tốc độ ôxi hoá diphenilaminbằng nitrit lớn gấp nhiều lần so với ôxi hoá bằng nitrat Cụ thể nếu ôxi hoá bằngnitrit thì màu cực đại xuất hiện sau khoảng 15 phút, trong khi đó nếu ôxi hóa bằngnitrat thì màu phát triển trong vòng vài giờ Vì thế không nên tiến hành so màu quásớm khi màu tím xanh do ôxi hoá bằng nitrat chưa ổn định Nếu so màu quá sớm thì

có thể xác định được nitrit là chính [3].

Ngoài ra diphenylamin còn bị oxi hóa bởi các ion MnO4-, Cr2O72- [Fe(CN)6]3,ClO3-, BrO3- Các chất khử mạnh S2-, SO3-, S2O32- bị oxi hóa bởi hỗn hợp axitnitric và axit sulfuric đều gây cản trở cho việc định lượng NO3-

*Các phương pháp sử dụng chất khử để khử nitrat thành nitrit

+ Sử dụng cột khử Cadimi sau đó xác định bằng thuốc thử Griess

Quá trình phân tích được thực hiện qua hai bước: trước tiên khử nitrat thànhnitrit, sau đó định lượng NO2- bằng cách đo quang hợp chất diazo

Việc chuyển NO3- thành NO2- bằng Cd kim loại hoặc hạt cadimi có phủ đồngtheo cơ chế sau:

NO3- + 2H + 2e → NO2- + H2O

Cd → Cd2+ + 2eLượng nitrit tạo thành sẽ phản ứng với thuốc thử Griess trong môi trường pH

từ 2-2,5 Nồng độ nitrit được xác định qua màu của sản phẩm tạo thành, đo bằng

quang phổ kế ở bước sóng 520 nm [37].

Phương pháp này có thể áp dụng cho những mẫu có nồng độ nitrate từ 0,01đến 1,0 NO3- mg/l và đặc biệt hữu ích đối với những mẫu có nồng độ nitrate < 0,1

Trang 36

mg/l do các phương pháp xác định nitrat khác không có độ nhạy phù hợp, ít các yếu

tố ảnh hưởng

Tuy nhiên, sự khử định lượng nitrat thành nitrit bằng cột Cd có phủ đồnggiảm dần theo thời gian sử dụng cột do các hợp chất lơ lửng có thể làm nghẹt cột

Vì vậy cần thiết phải tiến hành phục hồi cột một cách định kỳ

Khi nồng độ vượt vài mg/l, các ion kim loại Sb3+,Au3+,Bi3+,Fe3+,Pb2+, Hg2+,

Ag+, chloroplatinate (PtCl62-) và metavanadate (VO32-) làm giảm hiệu suất khửnitrate trên cột Ion Cu2+ có thể gây sai số âm do xúc tác phân hủy muối diazonium

Khắc phục cản nhiễu này bằng cách thêm EDTA vào mẫu.

+ Sử dụng chất khử Zn/NaCl sau đó xác định bằng thuốc thử methyl anthranilate

Đầu tiên, nitrat được khử xuống nitrit bằng Zn Tiếp theo, nitrit phản ứngdiazo hóa với axit sulfanilic, sau đó tạo phức với methyl anthranilate trở thành hợpchất azo và đo quang ở bước sóng 493 nm

Các tác giả đã nghiên cứu để tối ưu độ axit, lượng thuốc thử và ảnh hưởngcủa các ion cản Khoảng tuyến tính của phép xác định khi dùng cặp thuốc thử axitsulfanilic và methyl anthranilate là 0,2-2,0 µg/ml cho nitrit và độ nhạy là 4,5.10-3

µg.cm-2 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng lần lượt là 0,93và 2,82 (µgmL-1).Phương pháp này ứng dụng cho xác định nitrit và nitrat trong nước, dầu và các chế

phẩm dược [16].

+ Sử dụng cột khử Jone và xác định nồng độ nitrit bởi phức dị đa màu xanh

Phương pháp này dựa trên phản ứng của axit phosphomolybdic biến đổithành phức dị đa màu xanh (phosphomolybdenum) bởi Na2S

Trước tiên, nitrat được khử xuống nitrit bằng cột khử Jone Sau đó ta xácđịnh nồng độ nitrit gián tiếp bằng phương pháp trắc quang Phức màu xanh bị oxihóa bởi nitrit và bị giảm cường độ màu Độ hấp thụ tuyệt đối giảm tỷ lệ với lượngnitrit thêm vào

Độ hấp thụ của phức màu xanh được đo bằng máy quang phổ ở bước sóng814nm và thông qua xây dựng đường chuẩn ta biết được nồng độ của nitrat

Trang 37

Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo như axit, độ bền của phức, thời gian,nhiệt độ, nồng độ photphat, molipden, Na2S và các ion cản Khoảng tuyến tính củaphương pháp là 0,5 - 2,0 ppm với độ hấp thụ phân tử gam là 104l.mol-1.cm-1 Độ lệchchuẩn tương đối 2,6% trong 5 phép đo Khoảng tuyến tính là 0,2 - 3,6 ppm khi sửdụng phương pháp động học trắc quang với độ lệch chuẩn 2,4% trong 5 phép đo

[28].

Nitrat được khử xuống nitrit bằng hạt VCl3 2% trong HCl 6N ở 600C với hiệu

suất 95% [21] hoặc khử ở 450C trong 60 phút đạt hiệu suất 100 ± 3% [18] Nếu khử

ở nhiệt độ phòng, để phản ứng xảy ra hoàn toàn thời gian khử lên đến 10 - 20 giờ.Nitrat sau khi khử xuống nitrit được cho tạo phức mà với thuốc thử Griess và đo độhấp thụ quang ở 520 nm

Phương pháp có ưu điểm là thuốc thử có thể ổn định vài tháng nếu được lọc,

có thể phân tích hàng trăm mẫu một ngày Tuy nhiên, tác nhân oxy hóa có thể tiêuthụ V (III) trước khi khử nitrat, các ion cản trong quá trình tạo phức như azide, axitascorbic, và thiol V (III) nhạy với không khí và ánh sáng nên cần được bảo quảntrong bình tối, ngoài ra, thời gian phân tích dài(14-16) tiếng

Màu của phức được tạo thành ngay khi thuốc thử phản ứng với NH4+ trongmôi trường phù hợp và bền trong khoảng thời gian dài Tuy nhiên để sự tạo phức làhoàn toàn và bền ta bổ sung KNaC4H4O6 để tránh các kết tủa của các hidroxit kim

loại [8].

Trang 38

* Thuốc thử phenol -hypoclorit

Cơ sở của phương pháp là dựa trên phản ứng amoni với hypoclorit tạo thànhcloroamin trong môi trường kiềm, sau đó mono cloroamin phản ứng với phenol tạothành hợp chất màu xanh có λmax= 630nm

Phương pháp này ít bị ảnh hưởng bởi các ion cản trở Điều này cho phép xácđinh NH4 trong nhiều trường hợp không phải chưng cất amoniac Đặc biệt khi xác

định nước thải có chứa các hợp chất hữu cơ thành phần của chúng có nitơ [20, 23].

Nếu có mặt H2S và sunfua cản trở mạnh có thể loại trừ bằng cách axit hóamẫu đến pH = 3 và sục không khí đi qua cho đến khi hết mùi khí H2S Các chất khửphản ứng với hypoclorit ngăn cản phép xác định, ngoài ra độ kiềm cao (pH>8) vàcác chất màu làm đục nước cũng gây ảnh hưởng

* Thuốc thử Salicylate

Hợp chất màu xanh được tạo bởi phản ứng của amoni với salixylat và ionhypoclorit có sự tham gia của natri nitropussiat Phản ứng của cloramin với natrisalixylat xảy ra ở pH 12,6 có sự tham gia của natri nitropussiat tạo phức màu xanh

đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 630 nm [13, 14] Bất kỳ chất cloramin nào có mặt

trong mẫu thử cũng đều được xác định EDTA có trong thuốc thử để cản sự nhiễu

do các cation, đặc biệt là canxi và magiê

* Phương pháp indophenol màu xanh sử dụng phân tích bơm mẫu vào dòng

chảy

Trang 39

Một phép phân tích bơm mẫu phù hợp để phân tích giám sát chất lượng nước

về các hàm lượng amoniac trong nước và nước thải công nghiệp, nước sông đãđược phát triển Hệ thống dựa hoàn toàn trên máy vi tính và có thể theo dõi amoniactrong các mẫu ở một tần số nhất định (16 mẫu một giờ) với độ lệch chuẩn tương đốitốt 1,8% Đường chuẩn là tuyến tính từ 0 đến 50 ppm và nằm trong phạm vi cầnphân tích Mức độ cản trở có thể có trong các dòng nước và nước thải công nghiệp

là không đáng kể để gây ra bất kỳ sự can thiệp vào hệ thống phân tích

* Phương pháp đo màu bán tự động

Phạm vi áp dụng: Phương pháp này bao gồm việc xác định amoniac trongnước uống, mặt đất, nước mặt và nước muối, chất thải sinh hoạt và công nghiệp.Phạm vi áp dụng là 0,01- 2,0 mg/l NH4 , nếu nồng độ cao hơn có thể xác định bằngcách pha loãng mẫu Mỗi giờ có thể phân tích khoảng 60 mẫu

Tóm tắt phương pháp: Các mẫu tạo môi trường pH 9,5 với đệm borat để giảmthủy phân xyanat và các hợp chất nitơ hữu cơ, và được chưng cất thành một hợpchất của axit boric Phenol kiềm và hypochlorite phản ứng với amoniac để tạo thành

màu xanh indophenol cường độ màu tỷ lệ thuận với nồng độ ammoniac [20].

Trang 40

Đối với phương pháp này ít có chất ngăn cản nên việc xác định amoni chínhxác và nhanh hơn phương pháp xác định amoni bằng thuốc thử Nessler vàindophenol Điều này cho phép xác đinh NH4+ trong nhiều trường hợp không phảichưng cất amoniac Đặc biệt khi xác định nước thải có chứa các hợp chất hữu cơthành phần của chúng có nitơ.

Nếu dùng nền KCl 0,2M + SCN- 0,04M + Co2+ 2.10-4 M có pH = 1-2 thì sẽcho pic xuất hiện ở điện thế -0,5V và chiều cao pic tỷ lệ với nồng độ của ion NO2-

Có thể xác định NO2- bằng cách chuyển nó thành diphenylnitroamin trongmôi trường axit Để phản ứng chuyển hóa được nhanh chóng người ta dùng chất

xúc tác là KSCN [35].

Phương pháp cực phổ đòi hỏi thiết bị và hóa chất phức tạp, điều kiện thínghiệm để đảm bảo độ đúng của tín hiệu đo khắt khe nên không phù hợp cho xácđịnh nhanh ngoài hiện trường

* Phương pháp sắc khí

Ion nitrit phân tích bằng phương pháp sắc khí lỏng hiệu năng cao với phađộng là axit p-hydrobenzoic 8mM và Bis-Tris 3,2 mM Hàm lượng nitrit có thể xácđịnh đến 10-8 M

Ion nitrit cũng có thể xác định cùng với các ion khác bằng phương pháp sắc

kí ion Tuy nhiên, giới hạn phương pháp này chỉ xác định được 0,1 mg NO2-/l Mẫuđược bơm vào cột tách bằng van bơm mẫu, nhờ pha động thích hợp chảy qua cột

Tiêu đề	Nghiên Cứu Chế Tạo Kit Thử Định Lượng Amoni, Nitrit Và Nitrat Trong Nước
Tác giả	Đặng Thị Trang
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Thị Kim Thường, PGS.TS Tạ Thị Thảo
Trường học	Đại học Quốc gia Hà Nội
Chuyên ngành	Hóa Phân Tích
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2015
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	3,01 MB