Giáo trình Thực tập hoá môi trường (TS. Lê Văn Tuấn)

TS LÊ VĂN TUẤN (CHỦ BIÊN) PGS.TS PHẠM KHẮC LIỆU, TS ĐẶNG THỊ THANH LỘC THS DƯƠNG THÀNH CHUNG, THS HỒNG THỊ MỸ HẰNG GIÁO TRÌNH THỰC TẬP HĨA MƠI TRƯỜNG (ENVIRONMENTAL CHEMISTRY EXPERIMENTS) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC HUẾ Huế, 2021 TS LÊ VĂN TUẤN (CHỦ BIÊN) PGS.TS PHẠM KHẮC LIỆU, TS ĐẶNG THỊ THANH LỘC THS DƯƠNG THÀNH CHUNG, THS HỒNG THỊ MỸ HẰNG GIÁO TRÌNH THỰC TẬP HĨA MƠI TRƯỜNG (ENVIRONMENTAL CHEMISTRY EXPERIMENTS) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC HUẾ Huế, 2021 BÀI MỞ ĐẦU MỤC ĐÍCH Nội dung mở đầu giới thiệu chung kỹ làm việc phịng thí nghiệm (PTN) cho sinh viên Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường học viên, sinh viên quan tâm; Hướng dẫn người học sử dụng dụng cụ, thiết bị thông dụng PTN; Giới thiệu cho người học an tồn PTN tổng quan mục đích, u cầu, nội dung thực hành Hóa Mơi trường DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THÔNG DỤNG 2.1 Dụng cụ  Bình định mức cỡ: 25mL, 50 mL, 100mL, 250mL, 500mL, 1000mL  Bình hút ẩm  Bình tam giác cỡ: 50mL, 100mL, 250mL, 500mL  Bông thủy tinh  Buret chuẩn độ: 25mL, 50mL  Bình tia nước cất  Chai Winkler: 300mL  Các loại chai, lọ chứa mẫu  Chén sứ  Cối sứ  Cốc mỏ cỡ: 50mL, 100mL, 250mL, 500mL, 1000mL  Dĩa cân nhôm  Dụng cụ lấy mẫu nước  Dụng cụ lấy mẫu đất  Đũa thủy tinh  Giấy lọc Whatman sợi thủy tinh (Ɵ = 0,45µm)  Giấy lọc thông thường  Giá để ống nghiệm  Giá để micropipet  Ống đong cỡ 50mL, 100mL, 250mL, 500mL, 1000mL  Ống nghiệm không nắp vặn  Ống nghiệm có nắp vặn  Phễu lọc  Pipet  Micropipet  Rây với kích thước lỗ khác  Tem nhãn chai chứa hóa chất; têm nhãn chứa mẫu môi trường nước, đất  Các dụng cụ liên quan an toàn thực nghiệm: bao tay, kính bảo hộ, bình cứu hỏa, máy đuổi khí độc hại, an toàn điện… Những lưu ý sinh viên thao tác với dụng cụ thí nghiệm  Khơng để qua đêm dụng cụ thí nghiệm bẩn  Rửa cẩn thận mặt mặt dụng cụ dung dịch rửa thích hợp  Tráng lại – lần nước cất (sử dụng bình tia) để nước trước cho vào tủ sấy điều chỉnh với nhiệt độ thích hợp (< 50oC)  Khơng cho vào tủ sấy dụng cụ nhựa thường, thủy tinh nhám, dụng cụ đo thể tích 2.2 Thiết bị  Bộ lọc chân không  Bếp đun ống nghiệm (Đun 150oC)  Cân phân tích (Đọc đến 0,1 mg)  Cân kỹ thuật  Lò nung (Nung 530 - 550oC)  Máy đo oxy hòa tan (DO meter)  Máy đo độ dẫn điện (EC meter)  Máy đo độ đục (Turbidity meter)  Máy đo pH (pH meter)  Máy đo quang phổ (Spectrophotometer)  Máy khuấy ống nghiệm  Máy khuấy Jartest  Máy khuấy từ  Máy lắc ổn nhiệt  Máy bơm chân không  Nồi cách thủy ổn nhiệt  Tủ sấy  Các thiết bị liên quan khác Những lưu ý sinh viên sử dụng thiết bị thí nghiệm  Chỉ sử dụng thiết bị hiểu rõ nguyên tắc vận hành phép cán hướng dẫn cán phụ trách PTN  Khi có cố phải báo cho cán phụ trách, không tự ý xử lý  Đọc trước qui định hướng dẫn sử dụng thiết bị liên quan đính kèm phụ lục HĨA CHẤT VÀ AN TỒN THỰC NGHIỆM 3.1 Hóa chất  Hóa chất có độ tinh khiết khác sử dụng phù hợp theo yêu cầu khác sử dụng hóa chất cịn nhãn hiệu  Hóa chất phải bảo quản chai lọ thủy tinh nhựa đóng kín có nhãn ghi tên hố chất, cơng thức hóa học, mức độ sạch, tạp chất, khối lượng tịnh, khối lượng phân tử, nơi sản xuất, điều kiện bảo quản  Tất chai lọ phải có nhãn ghi, phải đọc kỹ nhãn hiệu hóa chất trước dùng, dùng xong phải trả vị trí ban đầu  Chai lọ chứa hóa chất phải có nắp Trước mở chai hóa chất phải lau nắp, cổ chai, tránh bụi bẩn lọt vào làm hỏng hóa chất đựng chai khơng dùng lẫn nắp đậy chai lọ chứa hóa chất  Các loại hóa chất dễ bị thay đổi ánh sáng cần giữ chai lọ tối màu bảo quản vào chỗ tối  Dụng cụ dùng để lấy hóa chất phải thật 3.2 An tồn thực nghiệm  Khi làm việc với hóa chất cần cẩn thận, tránh gây tai nạn đáng tiếc; cần thiết đeo găng tay, mắt kính bảo hộ  Khi làm việc với chất dễ nổ, dễ cháy không để gần nơi dễ bắt lửa Khi cần sử dụng hóa chất dễ bốc hơi, có mùi, phải đưa vào tủ hút, ý đậy kín nắp sau lấy hóa chất xong  Khi làm việc với acid hay base mạnh - Bao đổ acid hay base vào nước pha lỗng (tụt đới không đổ nước vào acid hay base);  Không hút pipet cịn hóa chất lọ, khơng ngửi hay nếm thử hóa chất  Khơng hút acid hay base miệng mà phải dùng dụng cụ riêng ống bóp cao su  Nếu bị bỏng với acid hay base rửa với nước lạnh bôi lên vết bỏng NaHCO3 1% (trường hợp bỏng acid) CH3COOH 1% (nếu bỏng base) Nếu bị bắn vào mắt, dội mạnh với nước lạnh NaCl 1%  Trường hợp bị hóa chất vào miệng hay dày, acid phải súc miệng uống nước lạnh có MgO, base phải súc miệng uống nước lạnh có CH3COOH 1%  Ln kiểm tra an tồn điện trước vận hành máy móc, thiết bị Câu hỏi: 1- Nêu vật dụng cần thiết để pha dung dịch hóa chất 2- Thiết kế nhãn hóa chất đầy đủ thơng tin hóa chất, người pha, mục đích sử dụng, cách thức thời hạn bảo quản 3- Hãy nêu yêu cầu cần thiết để đảm bảo an toàn thực nghiệm Bài thực hành số TÍNH TỐN PHA CHẾ CÁC HĨA CHẤT THƠNG DỤNG MỤC ĐÍCH Giúp cho sinh viên Khoa học Môi trường Kỹ thuật Môi trường lần đầu thực tập nghiên cứu thực nghiệm, bạn đọc quan tâm dần làm quen với việc tính tốn, pha chế loại hóa chất thơng dụng hỗ trợ giảng viên chuyên viên phụ trách phịng thí nghiệm TÍNH TỐN PHA CHẾ CÁC HĨA CHẤT 2.1 Các dung dịch ch̉n thơng dụng  Thường dung dịch chuẩn gốc (acid, base, chất oxy hóa, chất khử) pha chế từ ống chuẩn có sẵn, người dùng cần pha ống chuẩn thành dung dịch lít sẽ có dung dịch chuẩn với nồng độ ghi nhãn (ví dụ: H2SO4 0,1N, HCl 0,5N, KOH 0,1N, K2Cr2O7 0,1N, Na2S2O3 0,1N,…) Thao tác pha dung dịch chuẩn từ ống chuẩn thận trọng (giảng viên sẽ hướng dẫn minh họa Phòng thí nghiệm)  Trường hợp khơng có ống chuẩn, mục đích sử dụng khơng phải để chuẩn độ pha dung dịch với nồng độ gần từ chất rắn hay từ dung dịch đậm đặc Nếu muốn dùng làm dung dịch chuẩn độ sau phải xác định lại nồng độ với dung dịch chuẩn biết o Đối với chất rắn, xác định lượng cân cần lấy để pha từ cơng thức phân tử Với hóa chất tồn dạng ngậm nước, cần tính tốn theo cơng thức với số phân tử nước ghi nhãn Bảng 1.1 cho thơng tin số hóa chất rắn hay gặp o Đối với số chất lỏng, acid, xác định thể tích dung dịch đậm đặc theo hướng dẫn Bảng 1.2 Bảng 1.1 Thông tin một số hóa chất dạng rắn thường gặp Hóa chất Lượng cân lấy để pha L dung dịch (g) Khối lượng phân tử (làm tròn) 1M 1N KOH 56 56 56 NaOH 40 40 40 Na2CO3 106 106 53 K2Cr2O7 294 294 49 Bảng 1.2 Thông tin một số acid thường gặp Acid Khối lượng phân tử Khối lượng riêng nồng độ dd đậm đặc Số mL lấy để pha L dung dịch d % Nồng độ, N Nồng độ, M 1N 1M H2SO4 98,1 1,84 98 36,8 18,4 27,2 54,3 HCl 36,5 1,18 36 11,7 11,7 85,5 85,5 HNO3 63,0 1,42 70 15,8 15,8 63,3 63,3 H3PO4 98,0 1,7 85 44,3 14,8 67,6 22,6 2.2 Các dung dịch ch̉n khác Trong phân tích mơi trường, hay gặp công việc chuẩn bị dung dịch chuẩn để xác định tác nhân ô nhiễm, ví dụ xác định thơng số COD (nhu cầu oxi hóa học, Chemical oxygen demand), dạng hợp chất dinh dưỡng (N, P) Thông thường, dung dịch chuẩn pha từ hóa chất tinh khiết, sấy khơ hàng để nguội bình hút ẩm Điều cần ý tính tốn lượng cân phù hợp với dạng nồng độ muốn pha, ví dụ mg-N/L hay mg-NH4Cl/L Bảng 1.3 cho thông tin chuyển đổi nhanh với số chất hay gặp Bảng 1.3 Thông tin một số muối dùng pha dung dịch chuẩn N, P Hợp chất NH4Cl (NH4)2SO4 NaNO2 KNO2 KNO3 KH2PO4 NaH2PO4 Khối lượng phân tử 53,5 132 69 85 101 136 120 Chuyển từ mg chất/L sang mg/L tính theo N N N N N P P Hệ số chuyển đổi 0,262 0,212 0,203 0,165 0,139 0,228 0,258 Ví dụ: muốn pha dung dịch 100 mg-N/L từ (NH4)2SO4 thì cần lấy 100/0,212 = 471,7 mg (NH4)2SO4 pha thành L dung dịch 2.3 Các thuốc thử và chỉ thị hay gặp  Chỉ thị phenolphtalein: Hòa tan 0,5 g phenolphtalein etanol 95% pha loãng đến 100 mL  Chỉ thị bromocresol xanh: Hòa tan 100 mg bromocresol xanh (dạng muối natri) 100 mL nước cất  Chỉ thị hỗn hợp bromocresol xanh-metyl đỏ: Hòa tan 100 mg bromocresol xanh 20 mg metyl đỏ 100 mL etanol 95% hay 100 mL isopropyl alcol  Chỉ thị tinh bột: hòa tan g tinh bột tan 0,2 g acid salicylic 100 mL nước cất nóng Xem thêm thị, cách pha và chuyển màu phụ lục Câu hỏi: 1- Thế chất gốc? 2- Sử dụng dụng cụ, thiết bị cần thiết để thực hành pha dung dịch hóa chất 500 mL dung dịch NaOH 0,01N 250 mL dung dịch H2SO4 0,1 N 100 mL dung dịch 50 mg-NO2/L từ muối KNO2 100 mL dung dịch 50 mg-N/L từ muối NH4Cl Bài thực hành số MỘT SỐ KỸ THUẬT LẤY MẪU NƯỚC VÀ MẪU ĐẤT TÓM TẮT LÝ THUYẾT VÀ MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM  Lấy mẫu thu phần vật chất đại diện cho đối tượng môi trường nghiên cứu đo đạc Mẫu lấy cần đảm bảo tính đại diện Lượng mẫu lấy phải vừa đủ nhỏ để tiện cho chuyên chở, vừa đủ lớn cho mục đích phân tích  Yêu cầu mẫu đại diện điểm lấy mẫu quy hoạch có tính hệ thống, quy trình lấy mẫu thích hợp, khơng bị nhiễm bẩn môi trường xung quanh, không bị nhiễm bẩn chéo Mẫu đựng chai chứa mẫu phù hợp, bảo quản quy cách, tuân thủ yêu cầu QA/QC, có khối lượng đủ để phân tích có lý lịch, điều kiện lấy mẫu rõ ràng  Quá trình lấy mẫu có tầm quan trọng cho chất lượng liệu đo cuối cùng, lấy mẫu sai liệu đo đạc khơng có giá trị, khơng phản ánh chất lượng môi trường, điều dẫn đến kết luận sai lầm nghiêm trọng sẽ dẫn đến sách sai lầm  Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lấy mẫu bao gồm: lượng vật chất từ mẫu lấy, trạng thái vật lý đối tượng lấy mẫu (đồng nhất, khơng đồng nhất), tính chất hóa học mẫu (hịa tan, dễ bay hơi, hoạt tính hóa học), điều kiện mơi trường xung quanh (nhiệt độ, gió,…) nồng độ tác nhân quan tâm  Các kiểu lấy mẫu: Lấy mẫu có phá vỡ cấu trúc (destructive sampling) –phần mẫu lấy khỏi đối tượng môi trường làm thay đổi, phá vỡ tính ổn định, đồng đối tượng (ví dụ: lấy mẫu nước, mẫu đất, mẫu khơng khí) Lấy mẫu khơng phá vỡ cấu trúc đối tượng (nondestructive sampling) – không tách phần mẫu khỏi đối tượng để đo (ví dụ: đo đạc viễn thám, đo sensor,…)  Mục đích thí nghiệm bước đầu hướng dẫn người học thiết kế chương trình lấy mẫu đơn giản, thực tập số thao tác, kỹ thuật lấy mẫu nước mặt (nước sông hồ), nước thải sinh hoạt từ cống thải đô thị mẫu đất ruộng theo phương thức cấu thành mẫu đơn CÁC NỘI DUNG CẦN THIẾT CỦA QUÁ TRÌNH LẤY MẪU  Thiết kế chương trình lấy mẫu (xác định vị trí, tuyến lấy mẫu, số lượng mẫu, tần suất, thời gian lấy mẫu, kỹ thuật, thiết bị lấy mẫu, phương pháp bảo quản, vận chuyển mẫu, QA/QC an tồn lao đợng)  Chuẩn bị thiết bị lấy mẫu phù hợp (chọn thiết bị lấy mẫu dễ sử dụng, dễ làm chất nhiễm bẩn lên thiết bị)  Chuẩn bị dụng cụ chứa mẫu phù hợp (chi phí chấp nhận được, dễ sử dụng, độ đảm bảo, không tương tác với chất mẫu trình chuyên chở bảo quản)  Xử lý sơ mẫu xử lý sơ nhằm bảo tồn chất phân tích khơng bị đi, di chuyển dễ dàng, không làm hỏng mẫu bảo quản mẫu lâu dài  Ghi chép lập hồ sơ mẫu: o Tên chương trình o o o o o o o o o o Ký hiệu mẫu Địa điểm lấy mẫu (thôn, xã, huyện, tỉnh, thành phố) Vị trí lấy mẫu, tọa độ, độ sâu Thời gian (ngày, giờ, tháng, năm) Điều kiện thời tiết Loại mẫu, tình trạng mẫu, dạng tồn Cách lấy mẫu, tiêu chuẩn lấy mẫu Khối lượng, thể tích mẫu lấy Cách xử lý sơ (nếu có) Người lấy mẫu, người xác nhận  Bảo quản mẫu nhằm giảm thiểu thay đổi vật lý, hóa học, sinh học xảy mẫu từ lấy mẫu đến phân tích mẫu Ba nhóm phương pháp bảo quản mẫu thường áp dụng: o Làm lạnh bảo quản tối o Sử dụng dụng cụ chứa mẫu thích hợp o Thêm hóa chất bảo quản  Vận chuyển mẫu o o o o o Kịp thời, phương tiện phù hợp Khơng làm hỏng mẫu, long tróc nhãn, hỏng bao gói Khơng gây xáo trộn va đập, mẫu dễ nổ, dễ cháy Đáp ứng điền kiện bảo quản mẫu Phương tiện chuyên chở phải đảm bảo sạch, không làm nhiễm bẩn mẫu  Lưu trữ mẫu THỰC TẬP THU MẪU NƯỚC MẶT, MẪU NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ VÀ MẪU ĐẤT RUỘNG 3.1 Thu mẫu nước mặt (nước sông hoặc hồ)  Điểm lấy mẫu nước: dễ tiếp cận, thực thao tác lấy mẫu cầu để thu mẫu nước dòng, độ sâu 50 – 100 cm, cách xa mép bờ nơi chịu tác động nhiều nguồn thải  Mẫu nước lấy sử dụng cho mục đích thực tập đo đạc thông số SS/VSS (bài thực hành số 3), độ kiềm (bài thực hành số 4), độ cứng (bài thực hành số 5), oxy hòa tan nước (bài thực hành số 6), nhu cầu oxi hóa học (COD, thực hành số 7), cân NH3-/NH4+ nước (bài thực hành số 8)  Áp dụng kỹ thuật lấy mẫu đơn (mẫu riêng lẻ, gián đoạn lấy từ một điểm một thời gian ngắn (vài giây đến vài phút), đại diện cho chất lượng nước thời điểm và địa điểm lấy mẫu)  Dụng cụ chứa mẫu nước chai nhựa thông thường (PE, PET) sạch, tráng kỹ nước cất tráng lại mẫu nước mặt trước cho mẫu vào chai tích 1,5 L 5,0 L  Thực tập bảo quản mẫu cách làm lạnh đến 4oC cách nhúng thùng bảo quản mẫu chuyên dụng có chứa nước đá muối, thêm vài mL H2SO4 đậm đặc vào mẫu đến pH