TỔNG QUAN
Nước dằn tàu
Vật dằn là chất lỏng hoặc rắn được sử dụng trên tàu để điều chỉnh sự ổn định và duy trì cân bằng Trước những năm 1880, các tàu thuyền thường sử dụng đá, cát và kim loại làm vật dằn, nhưng điều này không thuận tiện Với sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là tàu vỏ thép và công nghệ bơm, nước đã trở thành lựa chọn phổ biến để dằn tàu Việc sử dụng nước mang lại lợi ích lớn vì nó dễ dàng được bơm vào và ra khỏi các két dằn mà không cần nhiều nhân lực.
Nước dằn tàu là yếu tố quan trọng đối với những tàu chở ít hoặc không có hàng hóa, vì khi tàu không tải, sự ổn định sẽ giảm Việc bơm nước dằn tàu giúp tăng cường sự ổn định bằng cách hạ thấp trọng tâm và kéo trọng lực trung tâm xuống dưới mức nổi Nước dằn tàu không chỉ đảm bảo tính ổn định và tiện dụng trong quá trình bốc dỡ hàng hóa tại cảng mà còn giữ cho tàu đủ sâu trong nước, đảm bảo hiệu quả hoạt động của cánh quạt và bánh lái, đồng thời ngăn chặn tình trạng mũi tàu nổi lên, đặc biệt ở vùng biển gập ghềnh.
Hình 1.1: Mặt cắt ngang của khoang chở hàng.
Tình trạng hiện tại của nước dằn tàu
Hình 1.2: Hoạt động bơm và xả nước dằn của tàu thuyền
Theo CSIRO Australia (2008), nước dằn tàu thường chảy vào hệ thống đường ống và khoang hàng qua một van gọi là “van thông biển” Khi tàu bơm nước ra, một phần nước dằn sẽ theo ra, nhưng vẫn còn một lượng đáng kể nước chứa nồng độ cao các chất bùn lắng lại trong khoang chứa Phần nước này được gọi là nước dằn tàu không thể bơm ra hay còn gọi là bùn lắng.
1.2 Kiểm soát và quản lý nước dằn tàu
Trải qua hàng thiên niên kỷ, các loài thủy sinh đã phân tán rộng rãi khắp các biển và đại dương nhờ vào dòng chảy và việc bám dính vào các vật thể nổi Tuy nhiên, các rào cản tự nhiên như nhiệt độ, độ ẩm và đất liền đã hạn chế quá trình phân tán này, tạo nên hệ sinh thái đa dạng và đặc thù tại từng vùng Gần đây, việc sử dụng nước biển làm nước dằn tàu và phát triển các con tàu lớn hơn, nhanh hơn đã phá vỡ những rào cản tự nhiên, cho phép các sinh vật vượt qua để di chuyển đến môi trường mới thông qua nước dằn tàu.
Khi gặp điều kiện thuận lợi, các sinh vật sống sót có thể phát triển thành quần thể mới, gây hại cho hệ sinh thái địa phương Một số bệnh truyền nhiễm như dịch tả có thể được vận chuyển qua nước dằn tàu, tạo ra mối lo ngại về ảnh hưởng của các sinh vật lạ đến hệ sinh thái, kinh tế và sức khỏe con người Để đối phó với mối đe dọa từ loài thủy sinh xâm nhập, Hội nghị Liên Hiệp Quốc về môi trường và phát triển năm 1992 đã kêu gọi IMO và các tổ chức quốc tế chú trọng vào vấn đề này Tại Hội nghị cấp cao về phát triển bền vững năm 2002, kế hoạch thực thi đã yêu cầu thúc đẩy các biện pháp ngăn chặn loài thủy sinh xâm nhập qua nước dằn tàu và hoàn thành "Công ước về nước dằn tàu của IMO" Các quốc gia thành viên của IMO đã xây dựng hướng dẫn kiểm soát và quản lý nước dằn tàu nhằm giảm thiểu sự chuyển giao các sinh vật thủy sinh có hại và mầm bệnh.
IMO đã thực hiện các biện pháp quy định nhằm giảm thiểu sự thay đổi loài thông qua việc áp dụng Công ước quốc tế về kiểm soát và quản lý nước dằn tàu và trầm tích vào năm 2004, với hiệu lực sau 12 tháng Đến tháng 8/2012, Công ước về quản lý nước dằn tàu (BWM) đã được 35 quốc gia phê chuẩn, tương ứng với 27,95% tổng dung tích đội tàu thương mại toàn cầu.
Theo thông tin từ Văn phòng IMO tại Việt Nam, ngành Vận tải biển đảm nhận hơn 80% lượng hàng hóa thương mại toàn cầu, tuy nhiên, hoạt động này cũng gây ra nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm nước dằn tàu Hàng năm, khoảng 10 tỷ tấn nước dằn tàu được nạp và thải ra từ các tàu biển, nhưng chỉ khoảng 60% trong số đó được xử lý sạch, phần còn lại xả thải trực tiếp ra biển Điều này dẫn đến việc hơn 3.000 loài sinh vật và vi khuẩn bị vận chuyển giữa các vùng biển, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và nền kinh tế của các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam Hệ thống quản lý nước dằn tàu tại Việt Nam còn hạn chế và thiếu các quy định nghiêm ngặt về xử lý nước dằn, mặc dù đã áp dụng BWM năm 2004 từ ngày 4 tháng 11 năm 2009.
Việt Nam đang ngày càng chú trọng đến quản lý và xử lý nước dằn tàu trước khi thải ra môi trường Một số nghiên cứu đã được thực hiện về nước dằn tàu, chủ yếu tập trung vào lĩnh vực sinh học, như nghiên cứu của Nguyễn Việt Quốc về thành phần loài phiêu sinh động vật ngoại lai trong nước dằn tàu tại các cảng TP Hồ Chí Minh với hơn 200 mẫu nước dằn tàu (2008-2009) và nghiên cứu của Trần Thị Ngọc Tuyền về tình hình quản lý nước dằn tàu tại hệ thống cảng TP Hồ Chí Minh (2010).
Thành phần chính của nước dằn tàu
Theo ước tính của IMO, hàng năm có khoảng 10 tỷ tấn nước được di chuyển trên toàn cầu, mang theo từ 7.000 đến 10.000 loài sinh vật trong các khoang chứa nước dằn tàu Những sinh vật này bao gồm vi khuẩn, vi sinh vật, động vật không xương sống nhỏ, trứng, nang bào tử và ấu trùng của nhiều loài khác nhau Vòng đời của hầu hết các loài sinh vật biển đều có giai đoạn phù du, cho phép chúng di chuyển xa và xâm nhập vào các khoang nước dằn của tàu Sự xuất hiện ngày càng nhiều của các loài gây hại tại những vùng nước mới đã gây ra những tác động nghiêm trọng đến hệ sinh thái và sức khoẻ con người Tại Mỹ, loài Dreissena Polymorpha đã xâm nhập vào 40% vùng nội thuỷ, gây tổn thất khoảng 1 tỷ USD từ năm 1989 đến 2000 Ở Úc, loài tảo bẹ châu Á Undaria Pinnatifida đã nhanh chóng chiếm lĩnh vùng nước mới và thay thế quần thể sinh vật bản địa.
Biển Đen đã ghi nhận mật độ ô nhiễm lên đến 1kg/m², dẫn đến sự suy giảm nghiêm trọng của các loài sinh vật phù du và hủy hoại toàn bộ ngành thủy sản tại khu vực này Ngoài ra, một số nước khác cũng đang đối mặt với tình trạng xâm nhập của các loài tảo nhỏ, tảo lạ và thủy triều đỏ, mà đặc biệt là các loài trùng roi độc hại, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến các loài động vật nuôi có vỏ cứng như sò Việc tiêu thụ những động vật này có thể dẫn đến tình trạng tê liệt hoặc thậm chí tử vong.
Hình 1.3: Mô hình đời sống và khả năng được vận chuyển qua nước dằn tàu của con trai – A, và tôm Panda – B
Những loài sinh vật biển xâm lƣợc đang trở thành một trong bốn mối đe dọa lớn nhất đối với đại dương toàn cầu Khác với các hình thức ô nhiễm môi trường biển như tràn dầu, những khu vực này có thể được khôi phục, trong khi tác động của sinh vật biển xâm lƣợc thường không thể phục hồi.
Hình 1.4: Ô nhiễm dầu và hệ sinh thái biển
1.3.2 Thành phần hóa học chung của nước dằn tàu
1.3.2.1 Độ muối Độ muối của nước biển là đại lượng đặc trưng định lượng cho lượng các chất khoáng rắn hoà tan (các muối) trong nước biển
Bảng 1.1: Thành phần chủ yếu của nước biển (theo Bruevích) [7]
Mặc dù độ muối nước biển có thể thay đổi, tỉ lệ khối lượng giữa các thành phần chính vẫn hầu như không đổi trên toàn thế giới, ngoại trừ các vùng cửa sông, đầm phá và biển kém trao đổi nước Để xác định độ muối nước biển, chỉ cần xác định hàm lượng một thành phần chính, từ đó tính toán theo mối quan hệ đã biết Ion Clorua, với nồng độ lớn nhất trong nước biển, có thể được xác định nhanh chóng và chính xác, do đó độ muối có thể tính toán dựa trên hàm lượng Clorua Độ muối nước biển được đo bằng đơn vị PSU, tương đương với phần nghìn hoặc g/kg, với độ muối trung bình toàn cầu là 35,5 PSU, dao động từ dưới 15 PSU ở cửa sông đến hơn 40 PSU trong Biển Chết.
Nghiên cứu các hợp chất dinh dưỡng vô cơ trong nước biển đóng vai trò quan trọng trong hóa học biển, sinh học biển và môi trường Quá trình sản xuất sơ cấp trong biển cho thấy nhu cầu sử dụng các nguyên tố Cacbon, Silic, Nitơ và Photpho trong quang hợp của thực vật nổi (Phytoplankton) có tỷ lệ C:Si:N:P = 42:28:7:1, cao hơn nhiều so với tỷ lệ tự nhiên của chúng trong nước biển Do đó, Photpho và Nitơ được xem là các yếu tố giới hạn quang hợp trong môi trường biển Việc sử dụng dinh dưỡng vô cơ trong quang hợp của thực vật biển là khâu then chốt trong chu trình chuyển hóa vật chất và năng lượng của hệ sinh thái biển.
Photpho (P) là yếu tố thiết yếu cho sự sống, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản sinh năng lượng cho tế bào Tất cả sinh vật sống, bao gồm cả con người, đều chứa một lượng nhỏ photpho Trong nước biển, photpho tồn tại dưới bốn dạng: photpho hữu cơ lơ lửng (Phcll), photpho hữu cơ hoà tan (Phcht), và photpho vô cơ lơ lửng (Pvcll).
Photpho vô cơ hoà tan (Pvcht) Tổng lƣợng Photpho trong biển đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
Các hợp chất photpho hữu cơ tồn tại ở các tầng trên của biển, bao gồm photpholipid, nucleotide photpho và các dẫn xuất của photpho Những hợp chất này phân hủy và thải ra các sản phẩm sinh vật, góp phần vào sự hiện diện của chúng trong nước biển.
Photpho hữu cơ tồn tại lơ lửng trong nước biển, có nguồn gốc từ xác động thực vật và các chất thải sinh học Qua các quá trình sinh hoá với sự tham gia của vi khuẩn, photpho hữu cơ này có thể chuyển đổi thành dạng hoà tan Đây là giai đoạn quan trọng trong quá trình phân huỷ chất hữu cơ, giúp chuyển đổi thành các hợp chất hoà tan, bao gồm photpho Photpho hoà tan trong nước biển thường có mặt trong các hợp chất phức tạp như gốc axit photphoric, este và protein hydrat cacbon, với một phần có thể tồn tại dưới dạng keo.
Photpho vô cơ hoà tan trong nước biển tồn tại chủ yếu dưới dạng axit photphoric và các dẫn xuất phân ly của nó, là nguồn photpho quan trọng cho thực vật trong quá trình tổng hợp chất hữu cơ Trong nước biển, photpho thường có bốn dạng: H3PO4, H2PO4-, HPO4-2, và PO4-3, được gọi chung là photphat Các dạng này tồn tại trong trạng thái cân bằng động và có khả năng chuyển hoá lẫn nhau tùy thuộc vào điều kiện cụ thể Việc xác định nồng độ photphat trong nước biển thực chất là đo tổng nồng độ của cả bốn dạng này, thường được biểu diễn qua khối lượng nguyên tố photpho hoặc ion PO4-3.
Nitơ là yếu tố thiết yếu trong chế độ ăn uống của tất cả sinh vật, đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc protein và axit nucleic Trong môi trường biển, nitơ tồn tại dưới bốn dạng: nitơ hữu cơ lơ lửng, nitơ hữu cơ hoà tan, nitơ vô cơ lơ lửng và nitơ vô cơ hoà tan Trong đó, hợp phần nitơ vô cơ hoà tan, bao gồm ion amoni (NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-), là dạng quan trọng nhất mà thực vật có thể đồng hoá trong quá trình quang hợp để tạo ra chất hữu cơ Vai trò của nitơ vô cơ hoà tan trong nước biển tương tự như vai trò của đạm trong đất đối với cây trồng, tạo ra giá trị dinh dưỡng quyết định cho hệ sinh thái biển.
Lượng nitrat cao trong nước bề mặt có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, gây ra sự dư thừa chất dinh dưỡng, thiếu oxy và chết cá Ngoài ra, nitrat cũng có thể chuyển hóa thành amoniac, và nồng độ nhỏ amoniac tự do có thể gây độc hại cho cá.
Các hợp chất NOx phản ứng với nước, tạo ra axit nitric hòa tan, giúp giảm nồng độ nitơ oxit trong khí quyển Các hợp chất PAN, mặc dù xuất phát từ ô nhiễm mặt đất, cũng có thể được vận chuyển qua tầng đối lưu và đại dương Cuối cùng, các hợp chất này sẽ phân hủy thành NOx.
Các nguyên tố vi lượng và kim loại nặng trong biển đóng vai trò quan trọng đối với sinh vật và quá trình địa hóa Sự hiện diện của các nguyên tố như kẽm, đồng, coban và vanađi có ý nghĩa sinh lý lớn Chẳng hạn, đồng là thành phần cấu tạo của hemoxyanin, một sắc tố hô hấp của động vật không xương sống, và cũng là yếu tố chính trong hồng cầu Vanađi tham gia vào quá trình hô hấp của một số động vật xoang tràng, trong khi sắt rất cần thiết cho sự phát triển của khuê tảo Ngoài ra, các nguyên tố vi lượng còn có mặt trong nhiều hoạt chất sống khác như vitamin và hormone.
Nhiều kim loại nặng trong nước biển, như thủy ngân, cadimi và các chất phóng xạ, là độc tố nguy hại cho thủy sinh vật và con người khi tiêu thụ sản phẩm biển Mặc dù một số kim loại nặng có vai trò sinh – hóa – lý trong đời sống biển, nhưng sự tích tụ quá mức trong cơ thể lại gây hại Ví dụ điển hình là sự kiện "Hiện tượng Minatama" vào năm 1956, khi nhiều người dân thành phố Minatama, Nhật Bản, mắc bệnh lạ và hơn ba chục người đã thiệt mạng do ăn phải cá chứa Metyl Thủy ngân.
Nghiên cứu về kim loại nặng trong biển gặp nhiều khó khăn do nồng độ thấp và khó xác định Nước dằn tàu chứa một lượng đáng kể kim loại nặng, có thể tích lũy trong sinh vật mà con người tiêu thụ Cục Quản lý Tài nguyên và Dịch vụ Y tế Mỹ cảnh báo rằng nước dằn tàu là "một quả bom sinh học", là nguyên nhân chính gây ra dịch bệnh ảnh hưởng đến sức khỏe con người trên toàn cầu, một thực tế mà nhiều người thường bỏ qua.
Xác định thành phần hóa học chung của nước dằn tàu
Phương pháp hóa học xác định độ muối nước biển, mặc dù có phần cồng kềnh hơn các phương pháp vật lý, nhưng lại mang lại độ chính xác cao với sai số chỉ ± 0,02%o, đáp ứng đầy đủ yêu cầu trong lĩnh vực hải dương học Cách tiếp cận này sử dụng phương pháp chuẩn độ mẫu nước biển bằng dung dịch Bạc.
Nitrat (AgNO3) và phương pháp xác định độ muối theo độ Clo đã có sự thay đổi theo thời gian Từ đầu thế kỷ 20 cho đến năm 1978, độ Clo được chọn làm thành phần đại diện để ước tính độ muối.
Mối quan hệ giữa độ muối (S%o), tỷ trọng tại 0 độ C (ρ0) và độ Clo (Cl%o) trong nước đại dương và các biển có sự trao đổi tốt với đại dương được thể hiện rõ ràng.
Để xác định độ muối của nước biển, chúng ta cần đo lường độ Clo thông qua các phương pháp chuẩn độ sử dụng dung dịch Bạc Nitrat (AgNO3) với nồng độ đã biết Quá trình này diễn ra cho đến khi các halogen trong mẫu nước biển kết tủa hoàn toàn dưới dạng muối Bạc màu trắng sữa Để đảm bảo độ chính xác trong việc xác định thời điểm kết tủa, có thể áp dụng các phương pháp chuẩn độ Clo như Mohr, Volhard và Fajans, với nguyên tắc của từng phương pháp được tóm tắt trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2: Nguyên tắc của ba phương pháp chuẩn độ các halogen
Phương pháp Mohr Phương pháp Volhard Phương pháp Fajans
Sử dụng CrO 4 2- Chuẩn độ lƣợng Ag + dƣ bằng dung dịch chuẩn SCN - , chất chỉ thị Fe (III)
Chỉ thị Fluorescein (HFl) làm chỉ thị Điểm tương đương xuất hiện màu đỏ xuất hiện đỏ cam Kết tủa màu trắng chuyển sang màu hồng
Phương pháp Mohr được ưa chuộng nhờ vào những lợi thế riêng, bao gồm pH tối ưu phù hợp với mẫu, sử dụng hóa chất đơn giản và không độc hại, đồng thời tiết kiệm thời gian phân tích.
Lượng photpho tồn tại dưới dạng orthophotphat có thể được xác định bằng các phương pháp như trọng lượng, thể tích và trắc quang Phương pháp trọng lượng thường chỉ áp dụng khi hàm lượng photpho lớn, nhưng ít gặp trong thực tế Ngược lại, phương pháp thể tích được sử dụng khi nồng độ orthophotphat vượt quá 50 mg/L, tuy nhiên, phương pháp này tốn nhiều thời gian Trong khi đó, phương pháp trắc quang cho phép đo hàm lượng photpho trong nước và nước thải với độ chính xác cao.
1.4.2.1 Xác định photpho bằng phương pháp khối lượng
Sau khi vô cơ hóa và loại bỏ tạp chất như chất không tan và keo silic, mẫu được hòa tan trong axit để chuyển đổi thành photphat Trong môi trường đệm (NH3/NH4+), photphat phản ứng với hỗn hợp (Mg2+, NH4+) tạo ra kết tủa tinh thể dưới dạng muối kép.
NH 4 MgPO 4 6H 2 O Lọc rửa, than hóa, tro hóa và nung kết tủa ở 900 0 C đến khối lƣợng không đổi, cân dạng Mg 2 P 2 O 7 và tính ra phần trăm photphat có trong mẫu [9, 39]
1.4.2.2 Xác định photpho bằng phương pháp thể tích với thuốc thử molypdat
Trong môi trường axit HNO3, axit photphoric tạo thành với amoni molypdat kết tủa dạng muối phức dị đa amoni photpho molypdat
PO 4 3- + 3NH 4 + + 12MoO 4 2- (NH 4 ) 3 [P(Mo 12 O 40 )] + 12H 2 O
Kết tủa không tan trong HNO 3, nhưng có thể tan một phần trong HCl và H2SO4, và hoàn toàn tan trong môi trường kiềm Sau khi kết tủa H3PO4 được lọc và rửa sạch, tiến hành hòa tan kết tủa bằng một thể tích dung dịch NaOH chuẩn dư và thực hiện chuẩn độ ngược lượng dư NaOH bằng dung dịch axit chuẩn.
1.4.2.3 Xác định photpho bằng phương pháp trắc quang - Với thuốc thử molypdat
Trong môi trường axit, PO4 3- tạo thành với molydat hợp chất phức axit heteropoly photphomolybdic màu vàng
PO 4 3- + 12MoO 4 2- + 27H + H 3 [P(Mo 12 O 40 )] + 12H 2 O Trong hợp chất chứa tỉ lệ P : M có thể là 1:3, 1:6, 1:9 hoặc 1:12 Trong đó tỉ lệ 1:12 là bền và thường dùng trong định lượng Ở hàm lượng nhỏ, hợp chất này ở dạng phức màu vàng, hấp thụ ở 380 nm Khi hàm lƣợng photpho lớn, tạo thành kết tủa vàng có thể định lượng bằng phương pháp thể tích Lượng dư thuốc thử ảnh hưởng đến phép đo hấp thụ, để giảm ảnh hưởng có thể đo ở bước sóng 400 – 420 nm.[6, 12,
Mặc dù phức màu vàng có độ nhạy không cao, nhưng để nâng cao độ nhạy của phương pháp, người ta thường sử dụng các chất khử đặc trưng Các chất này giúp chuyển đổi phức dị đa thành dạng màu xanh với hệ số hấp thụ phân tử lớn hơn Những tác nhân khử phổ biến thường được sử dụng bao gồm SnCl2 và axit ascorbic.
Sử dụng tác nhân khử là thiếc clorua
Dạng α - Axit heteropoly photphomolybdic đƣợc tạo thành và bị khử mạnh bởi thiếc clorua thành dạng phức β - Axit heteropoly photphomolybdic có màu xanh molybden
PMo VI 12 O 40 3- + Sn 2+ + H + P Mo IV 8 Mo VI 4 O 32 3-
Tỉ lệ màu và cường độ màu phụ thuộc vào nồng độ PO4^3- trong mẫu, được đo tại max = 690 nm Phương pháp này có giới hạn đo đến 7 µg/L P bằng cách tăng chiều dày cuvet Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp là cần kiểm soát điều kiện pH, thời gian phản ứng và nhiệt độ, dẫn đến độ chính xác không cao.
Axit ascorbic được sử dụng để khử axit heteropoly photphomolybdic, tạo ra màu xanh molypden với bước sóng tối đa là 880 nm Đối với mẫu chứa các dạng photphat khác nhau, cần chuyển đổi chúng thành dạng ion photphat thông qua quá trình đun sụi dưới áp suất cao Giới hạn phát hiện của phương pháp này xấp xỉ 10 àg/L P.
Hợp chất nitơ trong biển chủ yếu bao gồm nitơ vô cơ hòa tan, tồn tại dưới dạng ion amoni (NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-), đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái biển.
Vì vậy N thường được xác định qua 3 dạng tồn tại chủ yếu là amoni (NH4 +
), nitrit (NO 2 - ) và nitrat (NO 3 - )
Người ta có thể xác định nitrat theo phương pháp này dựa trên phản ứng khử
NO 3 - về các trạng thái oxi hoá thấp hơn bằng các chất khử thích hợp Sau đó tiến hành phép chuẩn độ (có thể sử dụng phép chuẩn độ trực tiếp hay chuẩn độ ngƣợc) Với phép chuẩn độ ngƣợc cần thêm một lƣợng chính xác dung dịch chuẩn Fe 2+ vào dung dịch mẫu Sau đó chuẩn lƣợng dƣ Fe 2+ bằng dung dịch Cr 2 O 7 2- với chỉ thị ferrion Các phản ứng xãy ra nhƣ sau:[11, 12]
Trong môi trường điện li chứa ion La 3+ hoặc Ba 2+ và ion NO 3 -, sóng cực phổ xuất hiện trong khoảng thế từ -1,1 đến -1,4 V Để xác định nồng độ nitrat, người ta thường sử dụng sóng xúc tác của urani UO 2 2+ Khi sử dụng trong môi trường tạo phức với Na 2 CO 3 0,1M, UO 2 2+ cho một sóng định lượng với E1/2 nằm trong khoảng 0,9 - 1,1 V, phụ thuộc vào nồng độ ion NO 3 -.
THỰC NGHIỆM
Đối tƣợng nghiên cứu
Hai loại mẫu được nghiên cứu trong luận văn này là mẫu nước và bùn dằn tàu đƣợc lấy từ các tàu chở hàng tại cảng Hải Phòng
Luận văn sẽ tập trung vào việc xác định các chỉ tiêu hóa học cơ bản trong nước dằn tàu, bao gồm độ muối, hàm lượng chất dinh dưỡng (P, N) và nồng độ kim loại nặng trong các mẫu nước và bùn dằn.
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu của chúng tôi có các nội dung chủ yếu sau đây:
- Xây dựng đường chuẩn, xác định LOD, LOQ của phép phân tích, độ chính xác của phương pháp phân tích qua các giá trị: E r CV%, H%
Tối ưu hóa quá trình chiết pha rắn bằng vỏ trấu biến tính giúp xác định các kim loại nặng dưới các điều kiện khác nhau, bao gồm pH, loại dung môi rửa giải, tốc độ rửa giải, nồng độ và thể tích dung môi rửa giải.
- Phân tích mẫu thực tế: bao gồm nước dằn tàu và bùn dằn tàu, cho các chỉ số sau:
Độ muối: xác định thông qua việc xác định hàm lượng clorua bằng phương pháp Mohr
Hàm lượng tổng Photpho: xác định bằng phương pháp xanh Molypden
Hàm lượng tổng Nitơ: bao gồm NO 3 - , NO 2 - , NH 4 + , xác định bằng phương pháp hấp thụ phân tử UV – VIS
Hàm lƣợng kim loại nặng:
Xác định kim loại nặng trong nước biển bằng phương pháp ICP-MS kết hợp với phương pháp chiết pha rắn để loại bỏ ảnh hưởng của nền muối
Xác định kim loại nặng trong mẫu bùn bằng phương pháp ICP-MS
- Đánh giá sơ bộ về tình trạng ô nhiễm của nước và bùn dằn tàu.
Phương pháp nghiên cứu
Mẫu nước và bùn dằn tàu được thu thập từ một số tàu chở hàng tại cảng Hải Phòng trong thời gian từ tháng 11 năm 2013 đến tháng 5 năm 2014 Tất cả các tàu chở hàng đều có khoang chứa nước dằn riêng, đảm bảo rằng nước và bùn dằn không tiếp xúc trực tiếp với hàng hóa, do đó không bị ô nhiễm Danh sách các tàu chở hàng được lấy mẫu được trình bày trong Bảng 2.1 Các mẫu này được lưu giữ và bảo quản theo quy định, phù hợp với quy trình phân tích cho từng chỉ tiêu.
Bảng 2.1: Danh sách các tàu lấy mẫu
Tên tàu Loại tàu Trọng tải Cảng xuất phát Ngày lấy mẫu
Hoàng Anh 3 Tàu chở hàng 16000 tấn Bỉ 13/11/2013
Hoàng Anh 1 Nt 16000 tấn Bỉ 13/11/2013
Hoàng Anh X Nt 16000 tấn Bỉ 13/11/2013
Vinacom Nt 7600 tấn Đông Nam Á 26/3/2014
Mỹ Vương Nt 14000 tấn Singapore 26/3/2014
Thịnh Cường Nt 8200 tấn Singapore 14/4/2014
2.3.2.1 Xác định Clorua: Phương pháp Mohr
Chuẩn độ Cl - bằng AgNO3 với chất chỉ thị K 2 CrO 4 trong môi trường trung tính hay kiềm nhẹ, phương trình phản ứng như sau:
Tại diểm tương đương dung dịch xuất hiện kết tủa đỏ gạch của Ag 2 CrO 4
2.3.2.2 Xác định tổng photpho: Phương pháp xanh Molypden
Nghiên cứu này tập trung vào việc đo nồng độ photpho trong nước dằn tàu và nước biển, bao gồm các dạng photpho vô cơ, hữu cơ và polyphotphat Quá trình chuyển đổi photpho hữu cơ thành orthophotphat được thực hiện bằng cách sử dụng hỗn hợp H2SO4 và K2S2O8 Sau đó, orthophotphat được xác định thông qua việc thêm hỗn hợp axit sulfuric, tartrate, molybdat và acid ascorbic, tạo thành một phức dị đa màu xanh, được định lượng bằng phương pháp trắc quang.
PO 4 3- + 12MoO 4 2- + 24H + → PMo VI 12 O 40 3- + 12H 2 O Màu xanh tạo ra do PMo VI 12 O 40 3- đƣợc khử bằng axit ascorbic để tạo thành một phức bền màu xanh
PMo VI 12 O 40 3- + 4e ↔ PMo V 4 Mo VI 18 O 40 7- Đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 880 nm để xác định hàm lượng của photpho trong nước dằn tàu, nước biển.[12]
2.3.2.3 Xác định nitrat: Phương pháp khử với Zn/CdSO 4
Nồng độ nitrat trong mẫu nước dằn tàu và nước biển được xác định thông qua phương pháp khử nitrat thành nitrit bằng Zn/CdSO4 Sau đó, nitrit phản ứng với hỗn hợp thuốc thử axit sunfanilic và α-naphthylamin để tạo ra thuốc nhuộm azo màu đỏ Cuối cùng, sau 10 phút, tiến hành đo quang ở bước sóng 520 nm để xác định nồng độ nitrat.
2.3.2.4 Xác định nitrit: Phương pháp trắc quang với thuốc thử Griss
Nồng độ nitrit trong nước dằn tàu và nước biển được xác định bằng phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử Griss Trong môi trường axit axetic, NO2- phản ứng với axit sunfanilic và α-naphthylamin, tạo ra hợp chất màu đỏ Đo độ hấp thụ quang được thực hiện ở bước sóng 520 nm.
): Phương pháp trắc quang với thuốc thử Nessler
Nồng độ amoni trong nước dằn tàu và nước biển được xác định qua phương pháp trắc quang với thuốc thử Nessler Trong môi trường bazơ mạnh, NH4+ chuyển thành NH3, sau đó NH3 sẽ phản ứng với phức chất K2HgI4, tạo ra phức chất màu vàng nâu Cường độ màu của phức chất này phụ thuộc vào hàm lượng NH3 trong mẫu nước và có thể được đo bằng máy trắc quang ở bước sóng 420 nm.
Hàm lượng kim loại nặng như Fe, Cu, Zn, Pb, Cr, Co và Cd trong các mẫu nước dằn tàu và nước biển được xác định thông qua phương pháp ICP-MS kết hợp với kỹ thuật chiết pha rắn, giúp loại bỏ ảnh hưởng của nền muối.
2.3.3 Đánh giá chung về các phép đo
2.3.3.1 Giới hạn phát hiện, Giới hạn định lượng
Theo lý thuyết thống kê:
Giới hạn phát hiện (Limit of detection – LOD): đƣợc xem là nồng độ thấp nhất
(x i ) của chất phân tích mà hệ thống phân tích còn cho tín hiệu phân tích (yi) khác có nghĩa với tín hiệu mẫu trắng hay tín hiệu nền.[15]
Giới hạn định lượng (Limit of Quantitaty - LOQ) là nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà hệ thống phân tích có thể phát hiện được tín hiệu phân tích có ý nghĩa định lượng, khác với tín hiệu mẫu trắng hoặc tín hiệu nền.
Công thức tính LOD và LOQ nhƣ sau:
Y L = + k * Sb (2.1) Với yb: là tín hiệu mẫu trắng sau nb thí nghiệm
S b : Độ lệch chuẩn khi đo lặp lại tín hiệu của mẫu trắng k: Đại lƣợng số học đƣợc chọn theo độ tin cậy mong muốn
Vì mẫu trắng có x b = 0 và k = 3 nên
Trong đó: : Sai số của giá trị y trong phương trình hồi quy b: Hệ số hồi quy tuyến tính
2.3.3.2 Sai số của phép đo
Theo tiêu chuẩn ISO, phương pháp đo lường được đánh giá dựa trên độ chính xác và độ chụm Độ chụm phản ánh khả năng tái lặp của các phép đo và thường được thể hiện qua độ lệch chuẩn, sai số chuẩn hoặc khoảng tin cậy Trong khi đó, độ chính xác của một phép đo thể hiện mức độ gần gũi của kết quả thực nghiệm với giá trị thực hoặc giá trị đã được chấp nhận, thường được biểu diễn dưới dạng sai số tuyệt đối.
E X (2.5) Hoặc sai số tương đối E r
Trong đú: à: giỏ trị quy chiếu đƣợc chấp nhận
Giá trị trung bình độ chụm được đánh giá thông qua độ lệch chuẩn (S) và độ lệch chuẩn tương đối (%-RSD) hoặc hệ số biến thiên (CV%).
A i : Nồng độ đo đƣợc của chất phân tích
A tb : Nồng độ trung bình của chất phân tích trong n lần đo n : Số lần đo lặp lại
Độ lệch chuẩn của mẫu S được xác định theo phương trình Horwitz trong tiêu chuẩn ISO/IEC 17025 Đối với các mẫu có nền phức tạp, mối quan hệ giữa giá trị CV (%) của phép đo và nồng độ chất phân tích được trình bày trong Bảng 2.2.
Bảng 2.2: Mối quan hệ giữa nồng độ chất phân tích và giá trị CV(%) chấp nhận được theo phương trình Horwitz tại ISO/ CEI 17025
Cũng theo ISO, sai số tương đối được đánh giá qua độ chính xác của phương pháp là:
- Nếu hàm lượng chất phân tích ≤ 1ppb sai số tương đối cho phép từ - 50% đến +30%
- Nếu hàm lượng chất phân tích từ 1 ppb đến 10 ppb, sai số tương đối cho phép từ – 30 % đến +10 %
- Nếu hàm lượng chất phân tích < 1 ppm, sai số tương đối cho phép từ -20% đến +10%
Hóa chất và thiết bị
Máy đo UV-VIS quang phổ (UV-1601) của SHIMADZU-Nhật Bản với khoảng bước sóng từ 400nm đến 900nm chiều dài đường quang học: b = 1cm
Máy ICP – MS Model ELAN 9000 – Perkin Elmer – USA
Cân phân tích Scientech SA 210 có độ chính xác đến 0.0001 g – USA
Máy khuấy từ, máy li tâm, bếp điện
Máy lắc: Orbital shaker Stuart ® SSL1, Bibby Scientific, UK, tốc độ lắc 1 – 300 vòng/phút, thời gian cài đặt 1 – 90 phút
Dữ liệu thực nghiệm và đồ thị đƣợc phân tích thông qua Microsoft Excel, Minitab 14
Bình định mức 10, 25, 50, 100, 250, 500 và 1000 mL
Cột chiết pha rắn có đường kính 1.3cm
2.4.3 Các hóa chất tiêu chuẩn
AgNO 3 0,1 M: Hòa tan 1,7 g AgNO 3 trong 100 mL nước cất 2 lần Lưu trữ trong một chai thủy tinh màu nâu
Dung dịch chuẩn gốc KH2PO 4 50 mg/L P (50 ppm): Hòa tan hoàn toàn 0,2197 g KH 2 PO 4 khan đã sấy khô ở 105 o C trong 800 mL nước cất, sau đó định mức đến
1000 mL với nước cất 2 lần Bảo quản trong chai tối màu, nút nhám, trong tủ lạnh Để về nhiệt độ phòng trước khi sử dụng
Để chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc KH₂PO₄ với nồng độ 2 mg/L P (2 ppm), bạn cần chuyển 4,00 mL dung dịch chuẩn gốc KH₂PO₄ vào bình định mức 100 mL Sau đó, hãy định mức đến vạch bằng nước cất hai lần Lưu ý rằng dung dịch pha này chỉ nên được sử dụng trong ngày.
Để chuẩn bị dung dịch H2SO4 2,5M, cần thêm 140 mL dung dịch H2SO4 đậm đặc 98% (d = 1,84 g/mL) vào 700 mL nước cất hai lần Sau đó, để dung dịch nguội đến nhiệt độ phòng và định mức đến 1000 mL bằng nước cất hai lần Axit sunfuric sẽ được chuẩn lại bằng NaOH với chỉ thị phenolphtalein, trong khi dung dịch NaOH sẽ được chuẩn lại bằng H2C2O4.2H2O cũng sử dụng chỉ thị phenolphtalein.
Dung dịch Kali antimon tartrate 4.10 -3 M được chuẩn bị bằng cách hòa tan 1,3715 g K(SbO)C4H4O6.1/2H2O trong 400 mL nước cất hai lần trong bình 500 mL, sau đó định mức tới vạch bằng nước cất hai lần Dung dịch này cần được đựng trong bình thủy tinh kín và bảo quản ở nhiệt độ phòng.
Dung dịch Amoni molybdat 4% (chuẩn bị hàng ngày): Hòa tan 20 g
(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 4H 2 O trong 500 mL nước cất Bảo quản trong bình thủy tinh kín
Axit ascorbic 0,2M (chuẩn bị hàng ngày): Hòa tan 1,76g Axit ascobic trong 50 mL nước cất, dung dịch bền trong 1 tuần khi giữ ở 4 o C
Để chuẩn bị hỗn hợp thuốc thử 100 mL, cần trộn 50 mL H2SO4 2,5 M, 5 mL dung dịch kali antimon tartrat, 15 mL dung dịch amoni molybdat 4% và 30 mL dung dịch axit ascorbic 0,2 M Mỗi khi thêm một chất mới vào bình, cần lắc đều dung dịch Các thuốc thử nên được đưa về nhiệt độ phòng trước khi trộn theo công thức trên và lưu ý rằng hỗn hợp chỉ bền trong 4 giờ.
Lấy 0,3 ml dung dịch sắt (III) nitrat 1,0 M và 0,3 ml dung dịch kiềm 1,0 M, hòa trộn để thu được dung dịch sắt (III) hidroxit Fe(OH) 3 Định mức dung dịch này đến 100 ml bằng nước cất hai lần Khi thêm dung dịch vào nước biển, sẽ tạo kết tủa photphat sắt Sau khi kết tủa lắng xuống, gạn và lọc để thu được nước biển không chứa photphat.
Dung dịch chuẩn gốc NaNO2 với nồng độ 1000 mg/L NO2- (1000 ppm) được tạo ra bằng cách hòa tan 0,1479 g NaNO2 tinh khiết đã được sấy khô ở 105°C trong nước cất 2 lần, sau đó pha loãng đến vạch 100 mL.
Dung dịch làm việc có hàm lƣợng NO 2 - 20 ppm Dung dịch pha dùng trong ngày
Dung dịch chuẩn gốc KNO3 với nồng độ 1000 mg/L NO3- (1000 ppm) được tạo ra bằng cách hòa tan 0,1631 g KNO3 tinh khiết đã sấy khô ở 105°C trong nước cất hai lần Sau đó, thêm 1 mL clorofoc, lắc kỹ và định mức thành 100 mL để thu được dung dịch có hàm lượng NO3-.
Thuốc thử A, dung dịch α- naphtylamin (A):: Hoà tan 0,1 g α- naphtyl amin trong vài giọt axit acetic đặc 99,5%, rồi trộn đều với 75 mL CH 3 COOH 12%
Thuốc thử B, dung dịch axit sulfanilic (B): : Hoà tan 0,25 g axit sulfanilic trong
75 mL CH 3 COOH 12% Dung dịch đƣợc giữ trong lọ tối
Axit axetic 12%: Hòa tan 25 mL axit axetic đặc đến 200 mL bằng nước cất 2 lần
Dung dịch NaOH 0,05 M: Hoà tan 0,1 g NaOH tinh khiết phân tích bằng 50 mL nước cất 2 lần
Dung dịch HCl 0,16 M: Pha loãng 3,3 mL HCl đặc thành 250 mL bằng nước cất 2 lần
Kẽm dạng dung dịch huyền phù được chuẩn bị ngay trước khi sử dụng bằng cách hòa tan 2g kẽm trong 10 mL nước cất Sau đó, đặt hỗn hợp trên máy khuấy từ để khuấy liên tục, giúp kẽm duy trì trạng thái huyền phù.
Dung dịch CdSO4 0,114M: Hòa tan 4g CdSO 4 8H 2 O trong 100 mL nước cất 2 lần
Dung dịch NH4Cl tiêu chuẩn NH4 +
100 ppm: Hòa tan 0,02965g NH 4 Cl đã được sấy khô ở 105 0 C, sau đó pha loãng thành 100 mL bằng nước cất hai lần
Dung dịch N-NH4 + tiêu chuẩn 10 ppm: Chuyển 5 mL dung dịch NH4 +
100 ppm vào bình định mức dung tích 50 mL sau đó định mức đến vạch bằng nước cất 2 lần
Dung dịch Seignett được chuẩn bị bằng cách hòa tan 50 g KNaC₄H₄O₆.4H₂O trong 100 mL nước cất hai lần Sau khi lọc để loại bỏ cặn, thêm vào 5 mL NaOH 10% và đun nóng để loại bỏ NH₃ Khi thể tích dung dịch đạt 100 mL, ngừng đun và để dung dịch trở về nhiệt độ phòng trước khi sử dụng.
Dung dịch A: Hòa tan 9 g KI và 3,3875g HgCl2 trong 250 mL nước cất 2 lần
Dung dịch B: Hòa tan 50 g NaOH trong 100 mL nước cất hai lần
Thuốc thử: Trộn dung dịch A và dung dịch B theo tỉ lệ là A : B = 250 : 75, dung dịch được lưu giữ trong bình màu nâu
Dung dịch chuẩn của Merck chứa các ion kim loại như Cu 2+, Pb 2+, Zn 2+, Cd 2+, Co 2+, Fe 3+, Cr 6+ với nồng độ 1000 ppm Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu, các dung dịch có nồng độ thấp hơn được pha loãng từ dung dịch chuẩn 1000 ppm này.
Dung dịch chuẩn làm việc hỗn hợp các ion kim loại Fe, Cu, Zn 200 ppb và Co,
Cr, Cd, Pb 10 ppb đƣợc pha từ các dung dịch chuẩn gốc đơn nguyên tố trên
1-( 2Pyridylazo) -2-naphthol (PAN), sodium dodecyl sulfate (SDS), ethanol, aceton, axit clohidric, axit sunfuric, axit nitric, natri hidroxit, NaCl … đều của Merck
Vật liệu vỏ trấu biến tính đã đƣợc gắn thuốc thử PAN
Quy trình phân tích
2.5.1 Quy trình phân tích nước dằn tàu
2.5.1.1 Xác định độ muối trong nước dằn tàu
Chuyển 10 mL mẫu vào ba bình nón, thêm khoảng 10 giọt chỉ thị K 2 CrO 4 5% vào mỗi bình Trộn đều hỗn hợp, sau đó chuẩn độ với AgNO3 0,01 M cho đến khi dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu nâu đỏ, xác định chính xác thể tích AgNO 3 đã dùng Độ muối S đƣợc xác định theo độ Cl
2.5.1.2 Xác định photpho trong nước dằn tàu
Chuyển 1 mL H 2 SO 4 2,5 M, 250 mg K 2 S 2 O 8 vào 3 bình nón có chứa 25 mL nước dằn, đặt 3 phễu lên trên 3 bình nón để ngăn mẫu khỏi bị khô Đun nóng mẫu trên bếp điện ở nhiệt độ 120 0 C trong vòng 45 phút, sau đó lọc mẫu bằng giấy lọc và chuyển các dung dịch lọc vào bình định mức 25 mL Trung hòa axit dƣ đƣợc bằng NaOH với chỉ thị phenolphtalein sau đó pha loãng đến vạch bằng nước cất hai lần Chuyển 6,0 mL dung dịch thu đƣợc vào bình định mức 10 mL Thêm 1,6 mL hỗn hợp thuốc thử vào tất cả các bình và để yên trong 10 phút sau đó tiến hành đo quang tại bước sóng 880 nm Xác định nồng độ photpho thông qua đường chuẩn
2.5.1.3 Xác định nitơ trong nước dằn tàu
Chuyển 5 mL mẫu vào bình định mức 10 mL, thêm 0,5 mL dung dịch axit sufanilic và 0,5 mL dung α- naphtylamin Sau 10 phút màu ổn định thì tiến hành đo quang ở λ = 520 nm Pha loãng mẫu nếu cần thiết
Xác định nitrat và nitrit:
Chuyển 10 mL mẫu đã đƣợc điều chỉnh pH trong khoảng từ 8,5 ÷ 10 bằng NaOH 0,05 M Thêm vào mỗi ống 1 mL dung dịch CdSO 4 0,114 M và 1 mL dung dịch huyền phù kẽm rồi ly tâm 10 phút để khử NO 3 - thành NO 2 - Sau đó lấy 5 mL
NO 2 - vào bình định mức 10 mL định mức đến vạch rồi thêm vào mỗi bình 0,04 mL dung dịch HCl 0,16 M; 0,5 mL dung dịch axit sufanilic và 0,5 mL dung dịch α- naphtylamin Sau 10 phút tiến hành đo quang ở λ = 520 nm.[9]
Chuyển 5 mL mẫu vào bình định mức 10 mL, thêm 0,2 mL dung dịch Seignett và 0,3 mL thuốc thử Nessler (pha loãng mẫu nếu cần) Lắc đều rồi để yên sau 10 phút màu ổn định tiến hành đo độ hấp thụ quang ở λ = 420 nm
2.5.1.4 Xác định kim loại nặng trong mẫu nước dằn tàu
Kết quả phân tích ICP-MS có thể bị ảnh hưởng bởi nền mẫu, đặc biệt khi mẫu nước chứa nồng độ muối cao (> 1 g/L) Để khắc phục vấn đề này, chúng ta sử dụng cột SPE với 0,5 g vật liệu hấp phụ (vỏ trấu biến tính gắn thuốc thử PAN) để loại bỏ ion Cl- và giữ lại các kim loại nặng, từ đó cải thiện độ chính xác của phân tích.
Quy trình chuẩn bị vật liệu hấp phụ
Vỏ trấu được rửa sạch bằng nước cất và sấy khô ở 100 o C trong 24 giờ, sau đó nghiền nhỏ và khuấy đảo trong nước cất nóng (65 o C) trong 1 giờ Tiếp theo, vỏ trấu được lọc khô và rửa bằng hỗn hợp n-hexan/etanol (1:1) trong hệ chiết soxhlet trong 5 giờ Cuối cùng, sản phẩm được phơi khô và bảo quản trong bình hút ẩm (VL0).
Cân 10 gam trấu khô đã đƣợc làm sạch (VL0) cho vào cốc thủy tinh có dung lƣợng 500 mL, thêm vào đó 100 mL dung dịch acid sulfuric 13 M, hỗn hợp đƣợc đun nóng ở nhiệt độ 175-180 0 C trong 20 phút (có khuấy), để nguội, lọc bằng máy hút chân không, chất rắn thu được là than cacbon được rửa nhiều lần bằng nước cất cho đến khi nước rửa không thay đổi màu thuốc thử da cam methyl và không có kết tủa với dung dịch BaCl2, dùng nước cất rửa lại kết hợp với dùng sàng (kích cỡ lỗ lớn từ
Vật liệu được sấy khô ở nhiệt độ 120°C cho đến khi đạt khối lượng không đổi, sau đó được để nguội trong bình hút ẩm và lưu giữ trong bình sạch, kín, tạo ra vật liệu hấp phụ (VL1) với kích thước từ 16 đến 60 mesh.
Cân 10 g vật liệu (VL1) cho vào bình tam giác 500 mL thêm 250 dung dịch PAN có nồng độ 5,6.10 -5 M pha trong aceton – nước (1:1) có mặt SDS 3.10 -6 M, điều chỉnh pH =1, lắc với tốc độ 250 vòng/phút trong 2 giờ, lọc chất rắn đem sấy khô ở
65 0 C thu đƣợc vật liệu đã biến tính
Cân 0,5 gam vật liệu nhồi vào cột có đường kính 1,3 cm, chiều dài cột 10 cm (lƣợng chất hấp phụ trong cột chiếm chiều cao từ 1 đến 2 cm).[9]
Quy trình chiết pha rắn (SPE) để loại bỏ ảnh hưởng của nền muối
Cột SPE cần được kích hoạt bằng nước DI trước khi sử dụng Sau đó, mẫu 50mL với pH được điều chỉnh trong khoảng từ 3 đến 8 sẽ được chạy qua cột với tốc độ dòng chảy từ 0,5 mL/phút đến 2 mL/phút Cuối cùng, cột sẽ được rửa từ 2 đến 3 lần bằng nước.
Trước khi thực hiện quy trình rửa giải, nước DI được xử lý bằng các dung môi như HCl, HNO3, HNO3: axeton (1:1, v/v) và HNO3: etanol (1:1, v/v) Nồng độ và thể tích HNO3 được thay đổi từ 0,5 M đến 2,0 M và từ 5 mL đến 20 mL, với tốc độ rửa giải là 0,5 mL/phút, và đinh mức đến 50 mL bằng nước DI Sau đó, tiến hành đo ICP-MS để xác định nồng độ kim loại nặng trong mẫu nước dằn tàu.
Quy trình phân tích ICP – MS
Máy đo ICP – MS là thiết bị lý tưởng để xác định các kim loại như sắt (Fe) nhờ vào các thông số kỹ thuật phù hợp Chúng tôi đã lựa chọn các điều kiện và thông số của máy này để đảm bảo độ chính xác trong việc xác định nồng độ của các kim loại.
Các thông số như Cu, Zn, Pb, Co, Cd, Cr được liệt kê trong Bảng 2.3 và Bảng 2.4 Độ sâu plasma và thế quét phổ trường tứ cực được thiết lập ở chế độ tự động.
Bảng 2.3: Các điều kiện và thông số tối ưu xác định kim loại bằng máy ICP – MS
Thông số máy Giá trị
Tốc độ khí phụ trợ 2,0 L/phút
Lưu lượng Ar tạo Plasma 15,0 L/phút Áp suất chân không (khi đo mẫu) 1,2 – 1,3.10 -5 Torr Áp suất chân không (khi đo máy standby) 2,0 – 3,0.10 -5 Torr
Tốc độ bơm rửa 48 vòng/phút
Tốc độ bơm mẫu 26 vòng/phút
Nhiệt độ nước làm mát 20 0 C
Nhiệt độ Plasma Torch Box 33 - 34 0 C
Công suất nước làm mát 4,5 – 5,5 mL/phút
Công suất máy pháp cao tần 1100 W
Thế của các thấu kính 5,75 V
Số lần quét khối 10 lần
Thời gian đo cho 1 lần 5,8 giây
Số lần đo lặp 3 lần
Các thông số khác đặt ở chế độ Auto
Bảng 2.4: Các đồng vị kim loại nặng đo trong phép đo ICP – MS
Kim loại Fe Cu Zn Pb Cd Cr Co Đồng vị 57 63 66 208 111 52 59
2.5.2 Phân tích bùn dằn tàu
2.5.2.1 Xác định photpho trong bùn dằn tàu
