42 Bài giảng thí nghiệm phân tích môi trường Bài 7 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG F TRONG MẪU NƯỚC MẶT 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1 1 Giới thiệu chung Hàm lượng ion florua trong nước bề mặt thường rất nhỏ và thay đổi tron[.]
42 Bài giảng thí nghiệm phân tích mơi trường Bài XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG F- TRONG MẪU NƯỚC MẶT CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung Hàm lượng ion florua nước bề mặt thường nhỏ thay đổi khoảng rộng Trong nước ngầm, tùy thuộc vào điều kiện cấu tạo địa chất, hàm lượng flo cao tới 10 mg/l Trong nước thải cơng nghiệp hóa học thủy tinh, hàm lượng flo cao Hàm lượng flo nước sinh hoạt có ảnh hưởng lớn tới Ở nồng độ lớn 1,5 mg.l-1, bệnh flo tăng (răng trở nên màu, dòn, dễ gẫy có vết chấm) Mặt khác, nồng độ florua giảm lại liên quan tới việc tăng trường hợp bị mục xương (như phá hoại răng) Nồng độ xấp xỉ mg.l-1 coi tối ưu cho Vì vậy, vùng nước có hàm lượng flo thấp người ta phải bổ sung flo vào nước cấp Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam chất lượng nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT) - hàm lượng flo mẫu nước cấp cho sinh hoạt nằm giới hạn – 1,5 mg l-1, phải xử lý theo qui định Hàm lượng giới hạn từ 1,5 - mg l-1 áp dụng tưới tiêu thủy lợi mục đích sử dụng khác có u cầu chất lượng nước tương tự 1.2 Phương pháp xác định Có nhiều phương pháp phân tích xác định hàm lượng flo Trong tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6494-1999), hàm lượng ion florua xác định phương pháp sắc kí lỏng ion Ngồi phương pháp trên, hàm lượng flo xác định xác định phương pháp đo quang với thuốc nhuộm ziriconium đỏ 1.2.1 Phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999 Trong phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999, ion florua tách cột tách Dùng chất trao đổi anion dung lượng thấp làm pha tĩnh dung dịch nước thông thường muối chứa axit yếu bậc bậc hai làm pha động (dung dịch rửa giải) Dùng detector đo độ dẫn để xác định hàm lượng mẫu Qui trình phân tích theo phương pháp cho phép xác định nồng độ florua nước từ 0,01 mg – 10 mg/l (Xem chi tiết mục 1.2.1 thí nghiệm số 6) 1.2.2 Phương pháp đo nhanh số 10225 HACH Hàm lượng F- mẫu nước xác định theo phương pháp đo nhanh số 10225 công ty Hach (Mỹ) Phương pháp đo nhanh xác định flo dựa phản ứng flo với dung dịch thuốc nhuộm zirconium đỏ Flo phản ứng với phần zirconium tạo thành phức không màu, màu đỏ thuốc nhuộm bị hấp thụ theo nồng độ flo Với mẫu nước biển nước thải cần phải chưng cất trước đo Bước sóng đo hàm lượng flo 580 nm Phần 2: Các thí nghiệm phân tích mơi trường 43 Phạm vi áp dụng Phương pháp đo nhanh số 10225 áp dụng để phân tích mẫu nước mặt, nước thải nước biển với hàm lượng florua khoảng từ 0,02 – 2,0 mg/l Nếu mẫu có hàm lượng vượt ngồi khoảng đo, cần pha lỗng mẫu với nước cất khử ion HĨA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1 Hóa chất thiết bị cho phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999 - Thiết bị gồm: + Máy sắc kí lỏng ion; + Tủ sấy; + Bình hút ẩm; + Thiết bị lọc hút chân khơng với màng lọc cỡ lỗ trung bình 0,45µm; - Natri hiđrocacbonat (NaHCO3); - Natri hiđrocacbonat (Na2CO3); - Kali hiđro phtalat (C8H5O4K); - Natri florua (NaF) 2.2 Phương pháp số 10225 HACH Dung dịch SPADNS: ml; Nước cất: 10 ml; Pipet, thể tích 2-ml: cái; Pipet, thể tích 10-ml: cái; Pipet bầu: cái; Cuvet: cái; Máy ổn nhiệt: máy; Máy đo quang DR 2700 DR 5000: máy CÁCH TIẾN HÀNH 3.1 Lấy mẫu bảo quản mẫu Mẫu lấy vào chai thủy tinh chai plastic ngày trước phân tích, bảo quản mẫu nhiệt độ 4oC thấp Mẫu phân tích nước cất đưa nhiệt độ phòng (± 1°C) trước tiến hành đo 44 Bài giảng thí nghiệm phân tích mơi trường 3.2 Qui trình phân tích 3.2.1 Qui trình theo phương pháp sắc kí lỏng ion Pha dung dịch rửa giải giống mục 3.2.1 thí nghiệm số Dung dịch gốc: Chuẩn bị dung dịch gốc chứa 1000 mg/l F- (cân 2,2100 g NaF sấy khô 105 C pha nước cất bình định mức tới thể tích 1000 ml) Dung dịch bền vài tháng bảo quản lạnh o Từ dung dịch gốc, pha loãng thành - 10 dung dịch chuẩn khác có nồng độ cần xác định từ 0,1 mg/l tới mg/l Các dung dịch bền khoảng từ 1- ngày Lắp cột sắc kí lỏng ion vào máy Điều chỉnh máy sắc kí theo hướng dẫn nhà sản xuất, máy bắt đầu sử dụng để bơm mẫu đường ổn định Tiến hành bơm dung dịch chuẩn có nồng độ khác để tiến hành lập đường chuẩn cho máy Thiết lập hàm chuẩn cho cho việc xác định ion cần phân tích theo phương trình sau: y = ax + b Trong đó: y giá trị đo (độ lớn tín hiệu) tính theo chiều cao pic, mm diện tích pic mm2; a độ dốc đường chuẩn, ví dụ mml/mg mm2l/mg; b điểm cắt đường chuẩn với trục hoành (dung dịch trắng) theo đơn vị mm mm2 x nồng độ khối lượng ion cần phân tích, mg/l Định tính hàm lượng ion cần phân tích cách so sánh với thời gian lưu, chiều cao pic dung dịch tiêu chuẩn Nếu mẫu có hàm lượng cao vượt khoảng phân tích, cần tiến hành pha lỗng mẫu Sau khoảng 10 – 20 lần đo, cần đo lại nồng độ -2 dung dịch chuẩn Tính tốn lại nồng độ dung dịch chuẩn, có sai lệch cần tiến hành lập lại đường chuẩn Tính tốn kết Xác định hàm lượng anion (x) dung dịch mẫu dựa diện tích chiều cao pic đường chuẩn sau: x = yb/a Trong đó: y giá trị đo (tín hiệu) tính theo chiều cao pic, mm diện tích pic mm2; a độ dốc đường chuẩn, ví dụ mml/mg mm2l/mg; b điểm cắt đường chuẩn với trục hoành (dung dịch trắng) theo đơn vị mm mm2 Phần 2: Các thí nghiệm phân tích mơi trường 45 3.2.2 Phương pháp số 10225 HACH Chọn tiêu phân tích số 190 Chuẩn bị mẫu: Dùng pipet hút 10 ml nước mẫu vào cuvet khô thứ Chuẩn bị mẫu trắng: Dùng pipet hút 10 ml nước cất vào cuvet khô thứ hai Thêm cẩn thận ml hóa chất SPADNS vào cuvet Lắc để trộn lẫn Đặt thời gian phản ứng phút Khi hết thời gian, đo mẫu trắng Chỉnh giá trị Đo mẫu, đọc kết đo theo đơn vị mg/l F 0,00 mg/l F- Chú ý: Nếu máy báo nồng độ mẫu nằm ngồi khoảng cho phép, pha lỗng mẫu với thể tích nước cất tương đương tiến hành thao tác lại, dùng dung dịch bước nhân kết đo lên lần NHẬN XÉT KẾT QUẢ - So sánh kết phân tích mẫu nhóm với Qui chuẩn Việt Nam hàm lượng flo loại nước; đánh giá chất lượng nước máy nơi lấy mẫu tiêu flo - Thu thập kết phân tích flo điểm lấy mẫu nhóm khác lớp Tính toán độ lệch chuẩn số liệu thu thập thảo luận kết thu dựa vào kiến thức hóa nước - Từ hàm lượng florua phân tích được, cho biết mẫu nước mặt sử dụng để xử lý làm nguồn nước cấp: a) có cần thiết phải florua hóa nguồn nước khơng, biết người dùng kem đánh có chứa florua; b) thêm loại bỏ florua nhà máy xử lý nước; c) Liệu có nguy hiểm có nhiều florua người vừa dùng kem đánh có chứa florua nước florua hóa 46 Bài giảng thí nghiệm phân tích mơi trường Bài XÁC ĐỊNH ĐỘ MÀU TRONG MẪU NƯỚC MẶT CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung Nước thiên nhiên thường khơng có màu sắc Nhưng thực tế, nước tinh khiết quan sát có ánh sáng truyền qua độ sâu vài mét cho màu lam nhẹ, biến đổi nước có chất nhiễm tạo nên nhiều màu khác Nước tự nhiên phần lớn có màu nâu vàng chứa thành phần đặc thù sắt, hạt sét, chất mùn (hoặc màu xanh nước có tảo) màu khơng quan sát chất hịa tan hồn tồn Màu sắc nước đặc tính quang học thay đổi thành phần quang phổ ánh sáng trơng thấy truyền qua Màu sắc bên ngồi (màu biểu kiến) nước màu sắc chất hịa tan huyền phù khơng hịa tan xác định mẫu nước ban đầu chưa lọc li tâm Màu sắc thực nước màu chất hòa tan, xác định sau lọc mẫu nước qua màng lọc có cỡ lỗ 0,45µm Nước thải từ nguồn khác thường có màu sắc khác Trong nhiều trường hợp, màu nước bị ảnh hưởng hoạt động vi sinh vật, hạt bùn, đất lơ lửng, thực vật, tảo sống nước muối kết tủa gây nên 1.2 Phương pháp xác định Việc xác định xác hồn tồn khách quan màu sắc nước tương đối khó, nên số trường hợp, người ta cịn phải mơ tả sắc thái cường độ màu lời có kèm theo số định lượng Màu sắc nước xác định cách định tính mắt thường dựa vào việc so sánh với mẫu chuẩn Tuy nhiên, cách cho kết khơng xác, cho biết sắc thái màu sắc mẫu nước 1.2.1 Phương pháp trắc phổ theo TCVN 6185 – 1996 Để mơ tả xác màu sắc mẫu nước người ta tiến hành đo phổ hấp thụ mẫu nước vùng khả kiến Cách cho phép đo tương đối xác cường độ gần màu sắc, việc so sánh thực máy so màu quang điện Phương pháp mô tả đặc điểm cường độ màu mẫu nước cách đo độ giảm cường độ (độ hấp thụ) ánh sáng Các màu khác tạo độ hấp thụ cực đại bước sóng khác xạ tới bước sóng có độ hấp thụ cực đại phải xác định đo độ giảm cường độ (độ hấp thụ) bước sóng Phần 2: Các thí nghiệm phân tích mơi trường 47 Quang phổ hấp thụ nước tự nhiên có màu nâu vàng nhạt thơng thường cho thấy độ hấp thụ đoạn cuối bước sóng ngắn quang phổ nhìn thấy Nếu khơng chọn bước sóng độ hấp thụ cực đại chọn bước sóng gần với 400 nm vùng có hấp thụ thích hợp Trong vùng này, bước sóng tia thủy ngân 436 nm thích hợp để đo màu nước tự nhiên độ tái lập Nước cơng nghiệp có màu cho độ hấp thụ mạnh vùng khác quang phổ nhìn thấy Do thu kết tốt phép đo thực bước sóng có độ hấp thụ cực đại xạ tới mẫu thử Các phép đo màu bước sóng khác khơng thể so sánh với phép đo 435 nm 1.2.2 Phương pháp số 8025 HACH Ngoài phương pháp xác định theo TCVN 6185 - 1996, độ màu mẫu nước đo phương pháp đo nhanh số 8025 công ty Hach, Mỹ nghiên cứu phát triển (tương đương với phương pháp chuẩn 253 Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ) Chương trình đo độ màu chuẩn theo đơn vị màu theo tiêu chuẩn APHA đề cập Một đơn vị độ màu tương đương với mg/l platin theo ion cloroplatinat Phép đo tiến hành tiêu số 120 125 với bước sóng riêng biệt 455 465 nm HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1 Phương pháp trắc phổ theo TCVN 6185 – 1996 Quang phổ kế (A), có chọn lọc biến đổi liên tục (dạng lăng kính lưới sắt) có khả làm việc giải bao trùm vùng quang phổ nhìn thấy được, tức từ 350 nm đến 780 nm) thích hợp thiết bị ghi có chùm tia kép Quang phổ kế (B), có chọn lọc biến đổi không liên tục (dạng lọc), bước sóng gần 436 nm tốt bước sóng khác Nếu hấp thụ vùng khác quang phổ nhìn thấy cần đo giải hẹp tốt 2.2 Phương pháp đo nhanh số 8025 HACH Dung dịch axit clohidric 1N; Dung dịch NaOH 1N; Nước cất; Bộ dụng cụ lọc nước cất với màng lọc có đường kính lỗ 0,45µm nối với bơm hút chân không; Cuvet: cái; Máy ổn nhiệt: máy; Máy đo quang DR 2700: máy 48 Bài giảng thí nghiệm phân tích mơi trường CÁCH TIẾN HÀNH 3.1 Lấy mẫu bảo quản mẫu Mẫu lấy vào chai nhựa chai thủy tinh Tiến hành đo độ màu sớm kết đo độ màu mẫu xác Nếu khơng phân tích ngay, cần nắp chặt chai mẫu tránh để khoảng trống chứa khơng khí chai Tránh để mẫu tiếp xúc với không khí thời gian dài Mẫu bảo quản vòng 24 nhiệt độ 4oC Đưa mẫu tới nhiệt độ phòng trước đo 3.2 Qui trình phân tích 3.2.1 Qui trình theo phương pháp trắc phổ (TCVN 6185 – 1996) Nếu mẫu nước phân tích đục, cần lọc qua màng lọc có kích thước lỗ 0,45µm Nếu mẫu có đất sét chất phân tán mịn khơng thu dịch lọc Trong trường hợp này, đo màu sắc bên Nếu cần thiết, phải pha loãng mẫu với lượng xác định nước tinh khiết dùng để phân tích quang học Xác định bước sóng độ hấp thụ cực đại nước cơng nghiệp Bước sóng độ hấp thụ cực đại xác định quang phổ mẫu thử thu từ phương pháp sau: Dùng quang phổ kế (A) theo hướng dẫn sử dụng nhà sản xuất đo số hấp thụ qua suốt dải từ 350 nm đến 780 nm vẽ đồ thị hấp thụ dựa vào bước sóng, tính theo nm Dùng quang phổ kế tự ghi (A) để ghi quang phổ trực tiếp; Dùng quang phổ kế (B) để tiến hành đo với chọn ánh sáng khác Xác định màu sắc Đối với nước tự nhiên, đo độ hấp thụ mẫu cuvet có kích cỡ thích hợp bước sóng 436 nm Đối với nước công nghiệp, đo độ hấp thụ mẫu cuvet có kích cỡ thích hợp bước sóng có độ hấp thụ cực đại xác định phần Báo cáo kết Tính tốn hệ số hấp thụ quang phổ a(λ), tính theo giá trị nghịch đảo mét bước sóng λ theo cơng thức: a ( ) Trong đó: A 1000 l Phần 2: Các thí nghiệm phân tích mơi trường 49 A - độ hấp thụ mẫu λ nm; l - độ dày cuvet sử dụng, tính theo mm Đối với nước tự nhiên, λ có giá trị 436 nm Quang phổ chất hòa tan tự nhiên nước phụ thuộc vào độ pH Do vậy, người ta cho độ pH mẫu thử liên quan đến màu sắc Trong trường hợp phát xạ đơn sắc, phải ghi rõ bước sóng giải quang phổ (ví dụ λ = 436 nm Δ λ = 21 nm) 3.2.2 Qui trình theo phương pháp 8025 HACH Qui trình sử dụng thuốc thử NCASI cần điều chỉnh pH mẫu nước tới giá trị 7,6 dung dịch HCl 1N NaOH 1N Khi điều chỉnh pH, tổng thể tích mẫu vượt q 1%, cần sử dụng axit bazơ đậm đặc Đặt chương trình đo số 125 tiến hành đo theo qui trình Trong phép đo độ màu, bỏ qua bước số – bước Dùng nước không khử ion bước mẫu không lọc bước Chọn tiêu phân tích số 125 Lấy 200 ml nước mẫu vào cốc thủy tinh dung tích 400 ml Điều chỉnh pH tới giá trị 7,6 Lọc mẫu qua màng lọc có đường kính lỗ 0,45µm Lọc khoảng 50 ml nước cất khử ion để làm dụng cụ, sau đổ lượng nước Lọc tiếp 50 ml nước cất qua màng lọc Chuẩn bị mẫu trắng: lọc đong 10 ml nước cất khử ion bước vào cuvet thứ Đổ bỏ lượng nước dư bình lọc Lọc khoảng 50 ml nước mẫu qua màng lọc Chuẩn bị mẫu thử: Lấy xác 10 ml mẫu thử lọc vào cuvet 50 Bài giảng thí nghiệm phân tích mơi trường Đặt cuvet chứa mẫu trắng vào máy để hiệu chỉnh 10 Chỉnh máy giá trị Trên hình hiển thị giá trị đơn vị Pt -Co 11 Chuyển cuvet chứa mẫu vào máy đo 12 Đọc kết hiển thị máy theo hàm lượng mg/l Pt –Co NHẬN XÉT KẾT QUẢ - So sánh kết phân tích nhóm với QCVN 02 – 2009 Bộ Y tế Nhận xét cảm quan màu sắc mẫu nước - Màu sắc mẫu nước bị ảnh hưởng nguyên nhân nào? Những ion phổ biến thường gây nên màu sắc mẫu nước Phần 2: Các thí nghiệm phân tích mơi trường 51 Bài XÁC ĐỊNH CHẤT RẮN LƠ LỬNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung Chất rắn lơ lửng chất không tan nước nước thải Chất rắn gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng nước theo nhiều đường khác Chúng phân hủy nước uống làm giảm khả dùng nước cho mục đích tưới cơng nghiệp Nước có hàm lượng chất rắn cao cần xử lí học hóa học Việc xác định chất rắn lơ lửng cần thiết việc đánh giá ô nhiễm nước Nó dùng rộng rãi để xác định mức độ nước thải sinh hoạt hiệu suất trình xử lí nước Việc xác định chất rắn ổn định quan trọng phân tích nước thải Thơng số dùng để định liệu trình lắng sơ cấp có cần thiết cho xử lí nước Mẫu đo cần phải lấy vào chai nhựa sạch, sau lấy mẫu cần đo sớm tốt Mẫu bảo quản vịng ngày nhiệt độ 4oC Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) nước hạt chất vơ cơ, hữu Chất rắn lơ lửng thường có nước mặt hoạt động xói mịn có nước ngầm khả tách lọc tốt đất Ngoài hạt chất rắn lơ lửng có nguồn gốc tự nhiên, nhiều chất rắn lơ lửng xuất phát từ hoạt động sinh hoạt, sản xuất người 1.2 Phương pháp xác định 1.2.1 Phương pháp xác định theo TCVN 6625-2000 Mẫu nước lọc qua màng lọc sợi thủy tinh biết trước khối lượng Giấy lọc sấy 105 C đem cân lại Tổng lượng chất rắn lơ lửng xác định từ khối lượng tăng giấy lọc thể tích mẫu lọc Giới hạn phép đo mg/l o 1.2.2 Phương pháp số 8006 HACH Phạm vi áp dụng Phương pháp 8006 công ty HACH (Mỹ) dùng để xác định TSS nước máy nước thải với hàm lượng TSS từ – 750 mg/l bước sóng 810 nm HĨA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1 Hóa chất thiết bị theo TCVN 6625-2000 Bình hút ẩm;