PGS TS NGUYỄN VĂN SỨC HÓA PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG GIÁO TRÌNH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******************* PGS TS NGUYỄN VĂN SỨC GIÁO TRÌNH HÓA PHÂN TÍC[.]
PGS TS NGUYỄN VĂN SỨC GIÁO TRÌNH HĨA PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******************* PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC GIÁO TRÌNH HĨA PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2014 LỜI NĨI ĐẦU Phân tích tiêu nhiễm mơi trường công việc thiếu kỹ sư công nghệ môi trường Các kết phân tích sở để đánh giá đưa giải pháp có hiệu xử lý phịng ngừa nhiễm mơi trường Do vậy, giáo trình “Hóa phân tích mơi trường” biên soạn nhằm cung cấp lý thuyết lĩnh vực hóa học phân tích, giúp cho người đọc có kiến thức khả áp dụng lĩnh vực phân tích đối tượng mơi trường Giáo trình hóa phân tích mơi trường trình bày dựa sở lý thuyết hóa học phân tích cổ điển đại liên quan đến việc phân tích chất nhiễm phương pháp phân tích trọng lượng, phân tích thể tích, phân tích điện hóa, phân tích quang phổ phương pháp tách sắc ký Để cho đọc giả hiểu ý nghĩa phương pháp, cố gắng lồng ghép ứng dụng phương pháp để phân tích tiêu chất ô nhiễm cụ thể môi trường nước, mơi trường đất mơi trường khơng khí Nội dung giáo trình hóa phân tích mơi trường bao gồm chương Chương trình bày sở hóa phân tích mơi trường, phương pháp thu mẫu, lưu mẫu chuẩn bị mẫu môi trường cho phân tích Ngồi ra, chương bao gồm nội dung tính tốn nồng độ hóa học phân tích đưa số hình ảnh dụng cụ thiết bị thường sử dụng phân tích môi trường Chương đề cập đến lý thuyết cân hóa học, mối liên quan số cân hệ nhiệt động; phân bố chất tan pha Đây lý thuyết cần thiết nhà phân tích mơi trường Nội dung chương sở lý thuyết thống kê để xử lý số liệu phân tích Người đọc hiểu chất sai số, tránh sai số không cần thiết, biết cách xử lý tập hợp số liệu phân tích để đưa kết phân tích tin cậy Các chương trình bày phương pháp phân tích cổ điển phương pháp trọng lượng phương pháp thể tích; chương 6, trình bày sở lý thuyết phương pháp phân tích đại phương pháp điện hóa, phương pháp quang phổ phương pháp tách sắc ký PGS.TS Nguyễn Văn Sức MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC Chương 1: CƠ SỞ CỦA HĨA PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG 17 1.1 GIỚI THIỆU 17 1.2 SỰ VẬN CHUYỂN CỦA CHẤT Ô NHIỄM TRONG HỆ THỐNG MÔI TRƯỜNG VÀ SỰ TIẾP CẬN ĐỂ PHÂN TÍCH NỒNG ĐỘ CHẤT Ô NHIỄM 18 1.2.1 Sự vận chuyển biến đổi chất ô nhiễm hữu 18 1.2.2 Sự vận chuyển ion kim loại 19 1.3 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA TRONG HĨA HỌC PHÂN TÍCH MƠI TRƯỜNG 21 1.4 CÁC Q TRÌNH PHÂN TÍCH TRONG MƠI TRƯỜNG 22 1.4.1 Các phương pháp phân tích 22 1.4.2 Các bước phân tích mơi trường 23 1.4.3 Thu mẫu phân tích 26 1.4.3.1 Thu mẫu nước 26 1.4.3.2 Thu mẫu rắn 28 1.4.3.3 Thu mẫu khơng khí 28 1.4.4 Chuẩn bị mẫu để phân tích 29 1.4.5 Phân tích mẫu lặp 30 1.4.6 Định chuẩn tín hiệu phân tích 30 1.5 CÁC DỤNG CỤ CƠ BẢN SỬ DỤNG TRONG HĨA PHÂN TÍCH MƠI TRƯỜNG 31 1.6 NỒNG ĐỘ HÓA HỌC 35 1.6.1 Nồng độ phần trăm 35 1.6.2 Nồng độ mol/L (M) 35 1.6.3 Nồng độ molan 36 1.6.4 Nồng độ phần mol (X) 36 1.6.5 Nồng độ đương lượng gam (N) 37 1.6.6 Nồng độ ppm ppb 37 1.6.7 Các đơn vị sử dụng cho nồng độ chất khí 37 1.7 ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH 39 1.7.1 Điều chế dung dịch dự trữ 39 1.7.2 Điều chế dung dịch cách pha loãng 39 CÂU HỎI LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP 41 Chương 2: CÂN BẰNG HÓA HỌC 43 2.1 GIỚI THIỆU 43 2.2 CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC 43 2.2.1 Biểu diễn định lượng hệ cân 44 2.2.2 Cân nhiệt động học 45 2.2.2.1 Enthalpy 45 2.2.2.2 Entropy 46 2.2.2.3 Năng lượng tự Gibbs 47 2.2.2.4 Nguyên lý Le Chatellier 48 2.2.3 Các hệ cân thường gặp hóa phân tích mơi trường 49 2.2.3.1 Hằng số phân ly nước, KW 49 2.2.3.2 Cân axit-baz 51 2.2.3.3 Cân độ tan 53 2.2.3.4 Cân tạo phức 54 2.2.3.5 Cân oxy hóa-khử 55 2.2.3.6 Cân bậc 56 2.2.4 Tính nồng độ cân 58 2.3 PHÂN BỐ CỦA CHẤT TAN GIỮA HAI PHA KHÔNG TRỘN LẪN 62 2.3.1 Định luật phân bố Nernst 62 2.3.2 Tỷ lệ phân bố 62 2.3.3 Hiệu suất chiết 63 CÂU HỎI LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP 64 Chương 3: XỬ LÝ SỐ LIỆU PHÂN TÍCH 67 3.1 CHỮ SỐ CĨ NGHĨA 67 3.2 SAI SỐ TRONG PHÂN TÍCH 68 3.2.1 Xác định sai số 68 3.2.2 Biểu diễn kết phân tích sai số 70 3.2.2.1 Sai số tuyệt đối 70 3.2.2.2 Sai số tương đối 71 3.3 ĐỘ LỆCH CHUẨN 71 3.4 SỰ MỞ RỘNG SAI SỐ 74 3.4.1 Cộng trừ 74 3.4.2 Nhân chia 74 3.4.3 Hàm mũ 75 3.4.4 Logarit 76 3.5 GIỚI HẠN XÁC ĐỊNH 76 3.6 KIỂM TRA CÓ NGHĨA 78 3.6.1 Kiểm tra F 78 3.6.2 Kiểm tra student t 80 3.6.3 Loại bỏ kết 84 3.7 BÌNH PHƯƠNG TỐI THIỂU TUYẾN TÍNH 85 3.8 HỆ SỐ TƯƠNG QUAN 87 CÂU HỎI LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP 88 Chương 4: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRỌNG LƯỢNG 91 4.1 GIỚI THIỆU 91 4.2 HỆ SỐ TỶ LƯỢNG CỦA PHẢN ỨNG KẾT TỦA 92 4.3 TÍNH TỐN TRONG PHÂN TÍCH TRỌNG LƯỢNG 93 4.4 TÍNH CHẤT CỦA KẾT TỦA 94 4.4.1 Kích thước hạt khả lọc 94 4.4.2 Quá trình tạo nhân 95 4.4.3 Quá trình phát triển hạt 95 4.5 KẾT TỦA DẠNG KEO 96 4.5.1.Giai đoạn kết tủa 97 4.5.2 Xử lý kết tủa keo 97 4.5.3 Kết tủa tinh thể 98 4.6 ĐỒNG KẾT TỦA 98 4.6.1 Hấp phụ bề mặt 98 4.6.2.Tạo thành tinh thể trộn lẫn 98 4.6.3 Bám dính bẫy học 99 4.7 LÀM KHÔ KẾT TỦA 99 4.8 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KẾT TỦA 100 4.9 PHÂN TÍCH TRỌNG LƯỢNG BẰNG KỸ THUẬT ĐỐT CHÁY 100 4.10 CÁC TÁC NHÂN KẾT TỦA VÔ CƠ VÀ HỮU CƠ SỬ DỤNG TRONG PHÂN TÍCH TRỌNG LƯỢNG 102 4.11 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRỌNG LƯỢNG TRONG MƠI TRƯỜNG 103 CÂU HỎI LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP 105 Chương 5: CHUẨN ĐỘ 107 5.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ 107 5.1.1 Điểm tương đương 108 5.1.2 Điểm cuối 108 5.1.3 Chất thị 108 5.1.4 Đường cong chuẩn độ 109 5.1.5 Các chất chuẩn chuẩn độ 109 5.1.5.1 Chất chuẩn sơ cấp 109 5.1.5.2 Chất chuẩn thứ cấp 110 5.1.6 Biểu diễn nồng độ chuẩn độ 110 5.1.6.1 Nồng độ phân tử gam (molarity) 110 5.1.6.2 Nồng độ phân tử gam phân tích 110 5.1.6.3 Nồng độ cân nồng độ cấu tử 111 5.1.6.4.Tính tốn với nồng độ phân tử 111 5.1.6.5 Tính chuẩn độ với nồng độ đượng lượng 113 5.1.6.6 Một số đơn vị khác biểu diễn kết phân tích 113 5.1.7 Độ chuẩn 115 5.2 CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA 115 5.2.1 Giới thiệu 115 5.2.2 Đường cong chuẩn chuẩn độ kết tủa 116 5.2.2.1 Trước bắt đầu chuẩn độ 116 5.2.2.2 Trước điểm tương đương 116 5.2.2.3 Điểm tương đương 118 5.2.2.4 Sau điểm tương đương 119 5.2.2.5 Xác định điểm cuối 120 5.2.2.5.1 Phương pháp xác định chuẩn độ điện 120 5.2.2.5.2 Các phương pháp hóa học xác định điểm cuối chuẩn độ kết tủa 121 5.2.2.5.2.1 Phương pháp Mohr 121 5.2.2.5.2.2 Phương pháp Volhard 122 5.2.2.5.2.3 Phương pháp Fajans 123 5.2.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến điểm cuối hấp phụ 124 5.2.2.7 Ứng dụng phân tích định lượng chuẩn độ kết tủa 125 5.3 CHUẨN ĐỘ AXIT-BAZ 126 5.3.1 Các chất chuẩn chuẩn độ axit-baz 126 5.3.2 Dung dịch chuẩn HCl 127 5.3.3 Dung dịch đệm 128 5.3.3.1 Một số phương pháp điều chế dung dịch đệm 129 5.3.3.2 Ảnh hưởng axít baz thêm vào dung dịch đệm 132 5.3.3.3 Dung tích đệm 134 5.3.4 Đường cong chuẩn độ axit-baz 135 5.3.4.1 Chuẩn độ axit mạnh với baz mạnh 136 5.3.4.2 Chuẩn độ axit yếu baz yếu 141 5.3.4.3 Các chất thị sử dụng chuẩn độ axit-baz 146 5.3.5 Chuẩn độ axit-baz phức tạp 147 5.3.5.1 Đường cong chuẩn độ 149 5.3.5.2 Chuẩn độ hỗn hợp - HCO3 /CO32- 154 5.3.6 Tính sai số chuẩn độ axit-baz 155 5.3.7 Ứng dụng phương pháp chuẩn độ axit-baz môi trường nước 156 5.4 CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC 161 5.4.1 Một số khái niệm phức chất 161 5.4.2 Giới thiệu EDTA 164 5.4.2.1 Ảnh hưởng pH đến tạo phức EDTA 165 5.4.2.2 Hằng số tạo phức EDTA - kim loại 165 5.4.2.3 Hằng số tạo thành điều kiện kim loại - EDTA 166 5.4.2.4 EDTA cạnh tranh với phối tử tạo phức khác 169 5.4.3 Đường cong chuẩn độ EDTA 170 5.4.4 Chất thị cho chuẩn độ EDTA 175 5.4.5 Các kỹ thuật chuẩn độ EDTA 176 5.4.6 Áp dụng chuẩn độ phức chất môi trường 177 5.5 CHUẨN ĐỘ OXY HÓA - KHỬ 178 5.5.1 Lý thuyết xác định điểm tương đương chuẩn độ oxy hóa - khử 178 5.5.2 Xây dựng đường cong chuẩn độ oxy hóa - khử 181 5.5.3 Một số tác nhân oxy hóa sử dụng để oxy hóa chất phân tích 183 5.5.4 Dung dịch chuẩn chuẩn độ oxy hóa - khử 184 5.5.5 Các chất thị sử dụng chuẩn độ oxy hóa - khử 186 10 ... để phân tích tiêu chất ô nhiễm cụ thể môi trường nước, môi trường đất mơi trường khơng khí Nội dung giáo trình hóa phân tích mơi trường bao gồm chương Chương trình bày sở hóa phân tích mơi trường, ... mơi trường trình bày dựa sở lý thuyết hóa học phân tích cổ điển đại liên quan đến việc phân tích chất ô nhiễm phương pháp phân tích trọng lượng, phân tích thể tích, phân tích điện hóa, phân tích. .. TRONG HĨA HỌC PHÂN TÍCH MƠI TRƯỜNG 21 1.4 CÁC Q TRÌNH PHÂN TÍCH TRONG MƠI TRƯỜNG 22 1.4.1 Các phương pháp phân tích 22 1.4.2 Các bước phân tích mơi trường 23 1.4.3 Thu mẫu phân tích 26 1.4.3.1