GIÁO TRÌNH PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG - PHẦN 2 GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỐI TƯỢNG MÔI TRƯỜNG - CHƯƠNG 3 docx

Chương III CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐẤT, CHẤT RẮN VÀ CHẤT THẢI Trong chương giới thiệu phương pháp lấy mẫu chiết chất rắn đối tượng nghiên cứu Đây giai đoạn cần thiết trước hoàn tất phân tích kỹ thuật dụng cụ III.1.CÁC MẪU VẬT ĐỘNG VẬT VÀ THỰC VẬT Đây mối quan tâm trực tiếp ảnh hưởng độ độc hợp chất tỷ lệ với nồng độ bên sinh vật Sự nghiên cứu thích đáng cho mẫu vật xa theo chuỗi dây truyền thực phẩm xác định đường di chuyển chất ô nhiễm môi trường Thực vật động vật sử dụng sinh vật thị để quan trắc chất ô nhiễm tìm nồng độ thấp môi trường rộng Ví dụ, nhiễm bẩn kim loại nặng nước biển thường quan trắc cách phân tích tảo biển phân tích trực tiếp nước biển Ảnh hưởng chất ô nhiễm tới sinh vật sống nghiên cứu cách kiểm soát mức thành phần tìm thấy tự nhiên sinh vật Ảnh hưởng mưa axit tới cối, ví dụ làm giảm nồng độ ion kim loại kiềm thổ III.2 ĐẤT VÀ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM Đất vật liệu phức tạp bao gồm thành sau đây: - Đá phong hóa - Mùn - Nước - Không khí Đất cung cấp chất bổ dưỡng cho thực vật nơi cho mọc lên phát triển Các chất bổ dưỡng bao gồm nitơ (trong dạng nitrat amoni), phospho (trong dạng orthophosphat) vết kim loại Cu, Fe, Mn Zn… Tuy nhiên tất chất ion đất hấp thụ thực vật, số chất liên kết mạnh cấu trúc đất III.3 CHẤT THẢI VÀ VỊ TRÍ CHÔN LẤP CHẤT THẢI Phương pháp xử lý chất thải rắn chôn lấp Chất thải chứa lượng lớn vật liệu dễ phân rã sinh học với nồng độ thấp chất độc (chất thải đô thị) chứa nồng độ cao vật liệu độc hại (chất thải độc hại chất thải đặc biệt) 154 Khi bãi chôn lấp bị đầy, lớp phủ lớp đất sét Mặt dù có tính bền vật lý, nơi chôn lấp không bền phương diện hóa học thành phần tiếp tục thay đổi nhiều năm Chất thải thoát dạng nước rò rỉ làm ảnh hưởng đến nước ngầm Do vậy, nơi chôn lấp chất thải cần thiết phải kiểm soát III.4 TRẦM TÍCH VÀ BÙN CỐNG RÃNH Các hợp chất hữu có độ tan thấp nước ion kim loại có khuynh hướng tích luỹ hấp thụ trầm tích sông trầm tích biển Phân tích kim loại có nồng độ cao trầm tích nhiệm vụ dễ dàng phân tích môi trường nước xung quanh Quá trình bao gồm phân tích chất hấp thụ tổng trầm tích Trong trường hợp phân tích tổng trầm tích phân chia thành cấp hạt trước phân tích Điều quan trọng hấp phụ chất ô nhiễm thường liên quan tiết diện bề mặt nghóa liên quan đến kích thước hạt Kích thước hạt ảnh hưởng đến di chuyển trầm tích khả tiêu hóa sinh vật biển Bùn cống vật liệu trơ tạo xem sản phẩm cuối trình xử lý nước thải Bùn cống trải rộng mặt đất để làm màu mỡ cho đất xử lý cách thiêu đốt, chôn chất thải Quan tâm lớn lượng bùn có chứa hàm lượng kim loại, tồn với nồng độ cao III.5 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG TRONG PHÂN TÍCH CHẤT RẮN III.5.1 Lấy mẫu Nồng độ chất phân tích thay đổi rộng mẫu, phạm vi địa phương (như mẫu đất lấy gần nhau) phạm vi lớn (các cánh đồng liền kề) Thực vật biết có mức nhiễm bẩn khác Ví dụ, hướng gió bị ô nhiễm không khí lớn phía gió Sự thay đổi không đồng phải phản ánh số mẫu lấy Phép phân tích sau mẫu riêng biệt kết hợp số lớn mẫu phân chia nhỏ mẫu lấy để thu nồng độ trung bình Các vị trí lấy mẫu phải lựa chọn cẩn thận Để quan trắc diện tích rộng lớn, lựa chọn kế hoạch cẩn thận vị trí lấy mẫu Một số phương pháp chung sử dụng đưa Bảng 3.1 Tính không đổi địa hình có mẫu thực vật thích hợp cho việc thu mẫu Bất lúc có thể, mẫu đất lấy vị trí để đánh giá tính không đồng cục Nếu quan trắc liên quan đến nguồn điểm vào khí (phát từ nhà máy), phải xem xét hướng gió tại, với tăng lên số vị trí lấy mẫu vùng bị nhiễm bẩn cao Thêm nữa, dòng nước chảy nên xem xét 155 Mẫu kiểm tra nên lấy điểm xa vùng nghiên cứu cố gắng cho vị trí kiểm tra gần với vị trí lấy mẫu Ví dụ, thải nhà máy môi trường đô thị quan trắc, vị trí kiểm tra nên vị trí đô thị không ô nhiễm tương tự Lấy mẫu vùng bị ô nhiễm sử dụng kỹ thuật lấy mẫu cách khoan đào Đây tiềm tàng gây nhiễm bẩn mẫu từ dụng cụ sử dụng khó làm dụng cụ lần lấy mẫu Các thành phần dụng cụ lấy mẫu tiếp xúc trực tiếp với mẫu phải trơ làm thép không rỉ polyethylene có mật độ cao cẩn thận cần thiết để ngăn cản ô nhiễm gián tiếp từ bơm, môtơ sử dụng để lấy mẫu từ từ nơi lấy mẫu Bảng 3.1 Một số phương pháp chung sử dụng để xác định vị trí lấy mẫu Phương pháp Kẻ ô quy tắc Trình bày Vùng chia nhỏ sử dụng ô, mẫu được lấy khớp với vị trí biểu mẫu Ô vuông thường sử dụng, kiểu mẫu phức tạp kiểu chữ chi Lấy mẫu phân Nơi lấy mẫu chia thành vùng nhỏ có kích thước tầng ngẫu nhiên tương đương đánh số điểm lấy mẫu lựa chọn cách ngẫu nhiên bên vùng Lấy mẫu không Sử dụng để nghiên cứu sơ đưa vùng nồng độ cao kích thước vùng lấy mẫu số mẫu định để xác định vùng nhiễm bẩn xác III.5.2 Xử lý trước mẫu Quá trình xử lý trước mẫu bao gồm: - Rửa mẫu - Làm khô mẫu - Nghiền/ làm đồng Các quy trình xử lý mẫu thường cho đơn giản, cần ý hầu hết mẫu xảy hoạt động hóa học sinh học chí xảy rửa, làm ấm kéo dài, lưu giữ nhiệt độ phòng thay đổi thành phần chúng Thêm vào số chất phân tích không bền nhiệt, bay 156 chí không bền quang hóa Nhiễm bẩn chất phân tích bị xảy giai đoạn quy trình phân tích III.5.3 Chiết chất phân tích Đều liên quan kỳ trình sau đây, phụ thuộc vào phân tích tiến hành: - Chiết vào dung môi hữu – chất hữu bán bay - Chiết pha – – chất hữu bay - Tro hóa hòa tan – thành phần nguyên tố - Chiết cách sử dụng dung dịch nước – ion có sẵn Nhiều chất phân tích chất nhiễm bẩn phổ biến (như DDT) có mặt tác nhân chiết hấp phụ dụng cụ Các tác nhân có độ cao đặc biệt cho phân tích sử dụng Ví dụ, dung môi loại thuốc trừ sâu có sẵn từ nhà sản xuất Mẫu trắng nên đưa vào sơ đồ phân tích để kiểm tra nhiễm bẩn trình phân tích, chuẩn bị mẫu trắng khó chất nhiễm bẩn kiểu DDT III.5.4 Làm mẫu Quá trình tách chiết chất phân tích từ mẫu rắn tránh hợp chất khác chiết Các hợp chất chiết bao gồm không chất hữu có khối lượng phân tử thấp (có thể chất ô nhiễm khác) mà vật liệu có khối lượng phân tử cao Thuật ngữ “ lipid – chất béo” thường sử dụng cho chất hữu có khối lượng phân tử lớn tìm thấy tự nhiên bị chiết vào dung môi hữu Như làm mẫu trình cần thiết trước tiến hành sắc ký Loại bỏ lipid trình bày phần sắc ký cột chiết pha – rắn Các kỹ thuật khác sử dụng để loại lipid sắc ký thấm gel tách hợp chất tương ứng với kích thước phân tử Dụng cụ sử dụng để tách lipid cột sắc ký áp suất thấp cổ điển sắc ký lỏng cao áp Phương pháp hóa học áp dụng xà phòng hóa oxi hóa (axit sulfuric đậm đặc) cho chất ô nhiễm thô thuốc trừ sâu chứa phot hữu cơ… III.6 PHÂN TÍCH CÁC MẪU SINH HỌC III.6.1 Lấy mẫu lưu giữ mẫu thực vật Các mẫu thực vật lá, rễ toàn Nếu lấy không chiều cao tối thiểu mẫu lấy phải lấy không bị nhiễm bẩn từ đất Lượng mẫu thích hợp thường từ 500 – 1000 g Mẫu giữ tủ lạnh vài ngày phân tích sau lấy mẫu 157 III.6.2 Xử lý sơ III.6.2.1 Rửa mẫu Chất phân tích bị trình rửa mẫu Sử dụng giấy lau để làm khô mẫu làm nhiễm bẩn kim loại nặng cho mẫu Nên tránh rửa toàn mẫu lúc Rửa nhẹ phận mẫu dòng nước chảy nhẹ dùng bàn chải mềm chà nhẹ lên mẫu vật Làm mẫu trình quan trọng phân tích vết kim loại nồng độ kim loại cần phân tích mẫu thấp nồng độ vết kim loại môi trường xung quanh Một số chất ô nhiễm lắng đọng từ khí lên bề mặt Nếu nghiên cứu hấp thu chất ô nhiễm thực vật nên sử dụng phương pháp rửa Nếu nghiên cứu di chuyển chất ô nhiễm chuỗi dây truyền thực phẩm nên lưu ý đến tất trường hợp hấp thu chất ô nhiễm kể lắng đọng chất ô nhiễm bề mặt Ví dụ dioxin không bị hấp thu thực vật, vào dây chuyền thực phẩm cách lắng đọng sau bị tiêu thụ bới động vật ăn cỏ III.6.2.2 Sấùy khô làm đồng mẫu Hai yếu tố cần phải xem xét để sấy khô mẫu sinh học nhiệt độ thời gian làm khô Nhiệt độ thấp với thời gian sấy dài tăng nhanh hoạt động vi sinh vật nhiệt độ cao với thời gian ngắn dẫn đến làm chất dễ bay Quy trình làm khô mẫu điển hình thổi dòng không khí khô qua mẫu thời gian 12 Nhiệt độ không vượt 500C Ngoài mẫu làm đông khô, nghóa làm đông sâu mẫu giảm áp suất loại bỏ nước thăng hoa Làm đồng mẫu, mẫu sấy khô thường sử dụng máy nghiền tốc độ cao Cần phải ý để đảm bảo không làm ô nhiễm mẫu lần nghiền mẫu III 6.2.3 Kỹ thuật chiết chất nhiễm bẩn hữu Nếu chất nhiễm bẩn có mặt với nồng độ khoảng μg/kg thấp Phương pháp đơn giản để chiết chất hữu lắc mẫu với dung môi chiết (hexane ether dầu mỏ chất hữu trung tính) để hai pha tiếp xúc với vài Phương pháp thay sử dụng chiết Soxhlet (Hình 3.1) Trong phương pháp này, dung môi hồi lưu liên tục qua mẫu chứa ống đục lỗ hệ thống hút loại dịch chiết ngược vào dung môi hồi lưu Quá trình chiết hồi lưu kéo dài 12 sử dụng 300 ml dung môi Kỹ thuật áp dụng cho chất phân tích chịu đựng nhiệt độ hồi lưu dung môi 158 Ống chiết chứa mẫu Bọc giữ nhiệt Dung môi chiết Hình 3.1 Sơ đồ hệ chiết Soxhlet III.6.2.4 Kỹ thuật tro hóa hòa tan mẫu để phân tích vết kim loại Nồng độ vết kim loại nằm khoảng mg/kg Tuy nhiên nồng độ thay đổi mẫu thời kỳ phát triển Để chiết kim loại, vật liệu hữu phân huỷ tro hóa ướt tro hóa khô Tro hóa khô đốt nóng mẫu lò nung, điển hình 400 – 600 0C thời gian từ 12 – 15 h Sau hoà tan tro axit loãng dung dịch chứa kim loại Sự không xác phương pháp tro hóa khô nảy sinh từ kim loại dễ bay bị giữ lại dạng không tan thành chén nung Tro hóa ướt đun nóng mẫu với tác nhân oxi hóa để phân huỷ hợp chất hữu Thông thường quy trình tro hóa ướt tiến hành trước hết đun nóng mẫu với axit nitric, sau với axít perchloric Có thể kết hợp hỗn hợp axit để phân huỷ mẫu hỗn hợp axit H2SO4 / HNO3 H2SO4/ H2O2 159 Ưu điểm phương pháp ướt bay (nhiệt độ thấp điều kiện lỏng), bị nhiễm bẩn kim loại từ dung dịch axit Cần phải cẩn thận sử dụng với axit perchloric Axit thường chứa vết kim loại dễ nổ làm khô Chỉ nên phân huỷ lượng mẫu nhỏ không làm khô hỗn hợp bình phá mẫu Phân tích tế bào động vật Có điểm khác biệt áp dụng phân tích mẫu thực vật cho phân tích tế bào động vật mẫu động vật dễ phân huỷ lưu giữ phải để nhiệt độ 00C Các hợp chất hữu chiết mà không làm khô mẫu Thông thường, lượng lớn mẫu làm đồng cách nghiền máy nghiền với nước phần mẫu nghiền (hỗn hợp mẫu – nước) lấy để chiết Giai đoạn phân hủy kiềm thường sử dụng để tách chất béo trước chiết hữu Các kim loại, lần nữa, chiết từ mẫu sau tro hóa ướt tro hóa khô III.7 NHỮNG XEM XÉT ĐẶC BIỆT KHI PHÂN TÍCH ĐẤT III.7.1.Lấy mẫu lưu giữ mẫu Thành phần đất thay đổi lớn toàn vùng nhỏ Do cần phải lấy mẫu số vị trí để thu thành phần trung bình thích hợp mẫu Thành phần mẫu khác theo độ sâu lấy mẫu Đối với đất bị ô nhiễm, cần phải ý đến nguồn ô nhiễm di chuyển bên đất Sự di chuyển chất ô nhiễm đất phụ thuộc vào thành phần đất pH Một số chất ô nhiễm lắng đọng từ khí nói chung không di chuyển giữ lại bên lớp bề mặt Nhiễm bẩn chì từ ống thải xe cộ giảm nhanh (trong vài cm) theo độ sâu Tương tự dioxin giữ lại lớp với phân tử liên kết mạnh bên cấu trúc đất chất ô nhiễm khác di chuyển Mẫu nên làm nguội làm đông để di chuyển tới phòng thí nghiệm Một số dụng cụ lấy mẫu đặc biệt đưa Hình 3.2 Nếu đất bị xáo trộn (cày xới…) mẫu nên lấy từ toàn vùng xáo trộn Nếu nghiên cứu quan tâm đến khả hấp thu thực vật mùa màng, lấy mẫu phải toàn độ sâu mà hệ thống rễ lan truyền Đối với khu vực chôn lấp chất thải, mẫu nên lấy hoàn toàn độ sâu khu vực 160 Hình 3.2 Các dụng cụ lấy mẫu đất III.7.2.Xử lý sơ mẫu đất III.7.2.1 Làm khô Mẫu đất làm khô cách làm cân với khí nhiệt độ phòng (trong số tình tăng lên đến 300C) không 24 Trong điều kiện khắc nghiệt, mức chất bổ dưỡng có giá trị đất thay đổi (đặc biệt phốtpho, kali, sunphua mangan), hợp chất chứa nitơ chuyển đổi qua lại Do vậy, phân tích hợp chất chứa nitơ nên sử dụng mẫu ướt – trường III.7.2.2 Nghiền Quá trình làm khô cho phép đất trạng thái khối lớn cần phải làm vỡ vụn thành thành phần hạt có kích thước từ 2000 μm thành phần cát thô, tới μm sét Để làm điều cần phải sử dụng cối chày nghiền mẫu Rây lấy cỡ hạt μm để loại bỏ sỏi phần tử lớn khác III.7.2.3 Phân chia mẫu Đây vấn đề với chất rắn, sự rung động có khuynh hướng trộn phân chia tương ứng với kích thước hạt Các hạt nhỏ có khuynh hướng rơi xuống phần tử lớn Các phương pháp chuẩn thiết 161 lập để vượt qua vấn đề với cách đơn giản kỹ thuật chia chia kiểu hình nón Trong đó, toàn mẫu tạo thành hình nón đối xứng Chia hình nón theo chiều đứng thành phần phần liền kết hợp lại, với nửa số phần lại bỏ Quá trình lặp lại lượng mẫu cần thiết đạt III.7.2.4 Chiết chất nhiễm bẩn hữu Các chất nhiễm bẩn hữu điển hình khoảng nồng độ μg/kg Chiết hợp chất bay thấp gần giống kỹ thuật sử dụng mẫu thực vật Đối với mẫu đất có nồng độ chất nhiễm bẩn thấp, mẫu trộn với nước phân tích chất hữu bay Khi nồng độ cao, chất hữu chiết từ đất với metanol, sau thêm nước vào hỗn hợp chiết metanol III.7.2.5 Chiết ion có lợi Nồng độ vết kim loại chất bổ dưỡng có giá trị mong đợi nằm khoảng mg/kg Trước hết cần phải hiểu rõ nguyên tố chất bổ dưỡng có “ ích” Cấu trúc đất hoạt động chất trao đổi ion cation anion, ion đơn giản bị giữ đất lực ion Các ion giải phóng vào nước thay ion kim loại khác Sự giải phóng ion kim loại vào nước phụ thuộc vào kiểu đất thành phần hóa học nước chiết Quy trình phân tích cho ion trao đổi cố gắng để tái tạo lại điều kiện môi trường cách lựa chọn dung dịch chiết thích hợp Quy trình đơn giản lắc mẫu đất với dung dịch chiết thời gian định, điển hình Các chất chiết thường sử dụng amoni axetat, axit axetic loãng, axit clohydirc loãng dung dịch EDTA… III.7.2.6 Nitơ trao đổi Các chất chưa nitơ tìm thấy đất là: - Nitơ hữu - Nitrat - Nitrit - Amoni (amoni tự amoni ion) Chỉ có nitrat, nitorit amoni nitơ trao đổi Các vật liệu hữu bị phân hủy vi sinh vật giải phóng chất bổ dưỡng toàn chu kỳ thời gian, nên đưa nitơ hữu vào sơ đồ phân tích Các dạng ion nitơ chiết với dung dịch KCl Sau khử với titan (III) sunphat, chuyển định lượng toàn ion thành amoni Nitơ hữu xác định sau chuyển thành amoni, cách đun sôi mẫu với axit sunphuaric vài (phương pháp Kjeldahl – Hình 3.3) Kali sunphat 162 thêm vào để tăng điểm sôi axit sunphuaric, với chất xúc tác, selen thuỷ ngân thường sử dụng phương pháp Bình Kjeldalh Bếp đun Hình 3.3 Dụng cụ phân hủy mẫu xác định nitơ III.7.2.7 Kỹ thuật hòa tan để xác định tổng kim loại đất Nồng độ kim loại trao đổi phần toàn nồng độ tổng kim loại đất Phân tích tổng kim loại nhiều yêu cầu để nghiên cứu môi trường Các kỹ thuật hòa tan mẫu đất bao gồm phân huỷ mẫu đất cách đun mẫu với hỗn hợp axit HF/HClO4, nung chảy với hỗn hợp nung chảy kiềm (N2CO3) sau hòa tan lại axit loãng III.7.2.8 Xác định pH đất pH đất xác định nồng độ ion hydro dung dịch, Như vậy, pH đất pH nước cân với đất riêng biệt Để đo pH đất, thêm dung dịch (CaCl2 KCl) vào mẫu đất tạo thành bột nhão, sau cân khoảng để đạt cân III.8 NHỮNG XEM XÉT ĐẶC BIỆT CHO PHÂN TÍCH LIÊN QUAN ĐẾN CHẤT THẢI VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI BẰNG CHÔN LẤP III.8.1 Các dạng chất thải xử lý chất thải Mỗi nước có định nghóa chất thải Nhưng nói chung, có hai tiêu chuẩn Đó chất thải không độc hại chất thải độc hại 163 đòi hỏi phải xem xét cẩn thận xử lý Chất thải không độc hại bao gồm chất thải đô thị, chất thải thương mại số chất thải công nghiệp khác Thành phần điển hình chất thải đô thị nước phát triển đưa Bảng 3.2 Chất thải độc hại tương ứng với định nghóa chương trình môi trường liên hợp quốc (Unitied Nation Environmental Programme – UNEP) “ Chất thải gây nguy hiểm cho sức khỏe môi trường kết hợp với chất thải khác” Các hợp chất là, chất phản ứng hóa học, chất độc, chất nổ chất ăn mòn Các loại chất thải bắt nguồn từ ø gia đình sử dụng tác nhân làm thuốc trừ sâu Mặc dù dạng chất thải thường xem chất thải rắn, thành phần riêng biệt chất thải bùn nhão chất lỏng Điều đưa vấn đề lớn cho phân tích, không cho quan trắc, vị trí xử lý mà vật liệu thải trước xử lý Nhiều chất thải xử lý cách chôn lấp Có khác trình chôn lấp, không tương ứng với dạng chất thải mà nước với Phương pháp chôn lấp, tất nhiên, ảnh hưởng đến tự nhiên tốc độ phát khí độc hại vào môi trường Vị trí chôn lấp chất thải ô nhiễm xây dựng với lớp sét/ đá phiến nhựa nhân tạo Bất kỳ chất lỏng (nước rò rỉ) thoát vào môi trường xung quanh phải hạn chế phải quan trắc cách nghiêm ngặt Vị trí chôn lấp nơi số loại chất thải trộn lẫn để gia tăng trình phân rã tự nhiên Hầu hết vị trí chôn chất thải đại có hệ thống thu hồi nước rò rỉ để xử lý Có chất thải khó phân hủy giữ hầm chôn điều kiện khô thời gian dài Quan trắc khu vực chôn lấp chất thải cần thiết, không nơi chôn lấp bị đầy, mà tiếp tục nơi chôn lấp lâu Quan trắc phải kéo dài cho nhiều thập kỷ Phân tích tiến hành trường cách sử dụng phòng thí nghiệm di động sử dụng mẫu lấy tới phòng thí nghiệm xa Bảng 3.2 Thành phần điển hình chất thải rắn đô thị nước phát triển Thành phần Hàm lượng (%) Giấy 25-40 Kim loại/ thuỷ tinh 7-25 Chất thải thực phẩm – 18 Chất thải sân, vườn – 20 Chất dẻo – 10 Vải, sợi 0–4 164 III.8.2 Lấy mẫu lưu giữ mẫu Quan trắc chất lỏng, chất khí sinh vị trí lấy mẫu trình lâu dài nơi chôn lấp chất thải Hình 3.4 đưa vị trí bị ô nhiễm điển hình khu vực chôn lấp chất thải Lớp phủ bề mặt Mặt đất Nơi chôn lấp Đường Vùng chưa bão hòa Nước ngầm Dòng nước rò rỉ Hình 3.4.Sơ đồ vị trí nhiễm bẩn điển hình vị trí lấy mẫu nơi chôn cất rác thải 1: Các giếng quan trắc nước, độ sau thay đổi; 2: khí cụ hút đo độ tan; 3: khí cụ đo độ tan thu gom; 4: giếng quan trắc khí; 5: máy dò lấy mẫu khí; 6: quan trắc khí bề mặt Sự rò rỉ chất lỏng từ vị trí chôn chất thải thấm xuống đến nước ngầm Trong thời gian thiết kế nơi chôn lấp, phải điều tra trước thông tin để đưa định hướng dòng chảy quan trắc vị trí cở sở thông tin nhận Nước ngầm quan trắc lỗ khoan có độ sâu khác Thêm vào đó, quan trắc vị trí gần với vị trí chôn lấp phải tiến hành (đặc biệt mặt đất nơi chôn chất thải) đất không bị bão hòa nước Điều biết vùng chưa bão hoà Lấy mẫu lỏng vùng sử dụng thiết bị khí cụ đo độ tan Kiểu phổ biến để quan trắc vị trí cho chất thải khí cụ đo độ tan hút Chiết chất lỏng từ đất áp suất âm bên bình lấy mẫu xốp (Hình 3.5) Có thể thiết kế khí cụ đo độ tan đơn giản kiểu hình chảo để sử dụng đất nơi nhiễm bẩn Nó có hình dáng 165 khay phẳng, rộng chứa đầy đá sỏi, phía phủ lớp vải Độ ẩm đất thấm vào khay làm kiệt sau vào bình hứng Chất lỏng tách theo chu kỳ từ bình chứa để phân tích Mẫu chất khí lấy bên lòng đất bề mặt Lấy mẫu lòng đất sử dụng lỗ khoan cố định đầu đò lấy mẫu Các đầu dò khí ống khởi động dễ dàng vào vật liệu rắn khoan tới tạo khe độ sâu yêu cầu Một lần nữa, mẫu nên lấy độ sâu khác để thu tranh toàn cảnh vị trí chôn chất thải Các mẫu rắn thối rữa tạo phản ứng hóa học Chúng cần để 40C Các mẫu nước nên bảo quản theo nguyên tắc nêu phần Rút mẫu vào lọ chứa mẫu Bơm hai chức nén/ hút Lỗ khoan Lớp đất nhồi Lớp sét bentonite ống plastic Cốc xốp Cát Lớp bentonite Hình 3.5 Sơ đồ khí cụ hút mẫu III.8.3.Xử lý sơ mẫu rắn mẫu lỏng với hàm lượng chất rắn cao III.8.3.1 Thí nghiệm lượng lớn Có số thí nghiệm tiến hành chất thải rắn để xác định tính chất toàn phần Các quy trình hóa học xác định hàm lượng tro hàm lượng ẩm thành 166 phần hóa học nguyên tố Trước thí nghiệm, chất thải cần thiết làm khô, dần, đập nghiền sau chia nhỏ để tạo thành mẫu đại diện III.8.3.2 Chất hữu bán bay Giai đoạn chiết cần thiết trước phân tích sắc ký gel Quy trình chấp nhận phụ thuộc vào phần trăm lượng chất rắn: - Đối với mẫu chứa 1% chất rắn, chiết lỏng – lỏng sử dụng, điển hình với dichloromethane làm dung môi - Đối với mẫu chứa từ – % chất rắn, mẫu pha loãng tới 1% với nước trước chiết phần - Đối với mẫu chứa > 30% chất rắn, dung dịch natri sunphat thêm vào mẫu Sau tiến hành chiết với hỗn hợp dung môi acetone/dichloromethane (1:1) lắc siêu âm III.8.3.3 Chất hữu bay Đối với nồng độ thấp (< 1mg/kg), chất rắn đun nóng trộn với nước chất hữu để chiết Đối với mẫu có nồng độ cao (> mg/kg) hòa tan hợp chất với methanol Nếu hòa tan, chất rắn trộn với tetraglyme poly(ethylene glycol) Trong hai trường hợp, sau thêm nước vào tiến hành chiết kỹ thuật lọc- – bẫy Để kiểm tra mẫu ban đầu, EPA (Environmental Protection Acgency) đưa quy trình rút đặc trưng độ độc cho mẫu tiếp xúc với dung dịch ngâm chiết acetone/ natri hydroxit thời gian 18 Vật liệu bay sau chiết kỹ thuật lọc bẫy, sau xác định phương pháp sắc ký Nếu tập hợp chất hữu bay có mặt mức mức giá trị ngưỡng chất thải xem độc III.8.3.4 Các kim loại Phân huỷ mẫu thường tiến hành hồi lưu với axit nitơric (1: 1) sau cho thêm H2O2, axit HCl đặc phân tích số kim loại (như Cu, Fe) Sau pha loãng lọc, ly tâm, phân tích nguyên tố AAS, kỹ thuật khác III.8.4 Phân tích nước rỉ Các thành phần nồng độ điển hình nước rỉ chất đưa Bảng 3.3 Có thể thấy giá trị BOD COD (giảm vị trí chôn lấp kết thúc lâu) nồng độ cao ion vô thông thường Các thành phần vết bao gồm chất hữu từ chất thải ban đầu từ nội phản ứng sản phẩm phân huỷ Nước rỉ chứa hợp chất hữu khối lượng phân tử thấp 167 Bảng 3.3 Khoảng nồng độ điển hình thành phần chọn lọc nước rỉ Khoảng nồng độ (mg/l) Thành phần Vị trí Vị trí không sử dụng BOD 2000 – 30 000 100 – 200 COD 3000 – 60 000 80 – 160 10 – 800 80 – 120 Nitrat – 40 – 10 Orthophosphate – 80 4–8 300 – 10 000 200 – 500 Clo 200 – 3000 100 – 200 Sunphat 50 – 1000 20 – 50 Fe 50 – 1200 20 – 200 Nitơ hữu Tổng độ cứng III.8.4.1 Hàm lượng vết chất hữu Trong trường hợp này, phân tích thường tiến hành GC HPLC với đầu dò UV sử dụng để phân tích thành phần vết nước rỉ có khả chứa nồng độ cao hydrocacbon III.8.4.2 Các hợp chất đánh dấu Nghiên cứu sơ đơn giản hóa hợp chất nhận diện chất hoạt động đánh dấu cho ô nhiễm gọi hợp chất đánh dấu Sự áp dụng điển hình để nhận biết nước ngầm bị ô nhiễm, thường sử dụng chất hữu bay không phân cực Các hợp chất đánh dấu sử dụng để nhận biết loại hợp chất hỗn hợp phức Hợp chất BTEX (benzene – toluen – ethylbenzene – xylene) sử dụng để nhận diện sản phẩm dầu mỏ III.8.4.3 Phân tích vết kim loại Phương pháp AAS thường sử dụng để phân tích vết kim loại nước rỉ Nếu kỹ thuật quang phổ áp dụng, ion kim loại bổ xung có mặt hỗn hợp phức tạp gây ảnh hưởng đến phân tích Chuẩn bị mẫu nước rò rỉ khác với nước tự nhiên Quyết định trước hết cần thực phân tích kim loại hòa tan kim loại chất lơ lửng Hàm lượng kim loại chất rắn lơ lửng thực tế cao dung dịch 168 giai đoạn hòa tan dẫn đến nồng độ phân tích không đại diện Điều xem xét cách tốt để phân tích chất rắn thành phần hòa tan cách riêng biệt Mẫu định phân tích nhanh tốt kỹ thuật bảo quản tiêu chuẩn kim loại (axit hóa) biến đổi theo tỷ lệ tương đối pha hòa tan không hòa tan Nếu phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng hiệu chỉnh cần thiết thành phần mẫu phức tạp nhiều chất III.9 NHỮNG XEM XÉT ĐẶC BIỆT KHI PHÂN TÍCH TRẦM TÍCH, BÙN CỐNG THẢI III.9.1.Lấy mẫu lưu giữ mẫu Vấn đề với phân tích trầm tích thu mẫu từ đáy sông đáy biển Dụng cụ lấy mẫu khoan thông dụng vùng nước nông Thiết bị khoan mẫu đơn giản cho vùng nước nông đưa Hình 3.6 (a) Khi sử dụng thiết bị này, ống hình trụ đưa vào trầm tích, lấy ống ra, hệ thống van đóng lại cho phép mẫu giữ lại ống Ngay sau đưa lên khỏi mặt nước ống gắn kín lại để giữ nguyên cấu trúc mẫu trầm tích Bằng phương pháp này, phần mẫu tương ứng với độ sâu khác trầm tích phân tích cung cấp ghi nhận lịch sử lắng đọng chất ô nhiễm Dụng cụ lấy mẫu kiểu cua minh họa Hình 3.6 (b) sử dụng để lấy mẫu nơi sâu hơn, nơi trầm tích không Máy nạo vét sử dụng để lấy mẫu trầm tích ven bờ Các mẫu sau lấy lưu giữ điều kiện đông sâu Mẫu trầm tích có đặc tính chứa lượng lớn nước Do vậy, trước hết mẫu bóp tan sàng để loại bỏ vật liệu kích thước lớn đá cành cây, cần thiết sử dụng áp suất Sau làm khô mẫu không khí Nếu xác định chất hữu nên phân tích điều kiện mẫu ướt Các mẫu để phân tích kim loại sấy khô nhiệt độ 1100C Xử lý sơ bao gồm giai đoạn phân loại cấp hạt giây ướt III.9.2 Các kỹ thuật chiết chất nhiễm bẩn hữu Phân tích hữu lần lại dựa sở chiết hỗn hợp đồng (tạo dụng cụ nghiền trộn tốc độ cao), thường sử dụng thiết bị Soxhlet Các dung môi sử dụng chiết cho mẫu trầm tích dung môi phân cực acetonitrit Nồng độ chất ô nhiễm trầm tích nằm khoảng μg/kg 169 Bánh cóc Van đóng rút mẫu Đầu ống mẫu Hình 3.6 Dụng cụ lấy mẫu trầm tích, (a) dụng cụ lấy mẫu lỗ khoan, (b) dụng cụ lấy mẫu kiểu cua III.9.3 Kỹ thuật hoà tan vết kim loại Hoà tan mẫu axit thường sử dụng để phân tích ion kim loại hấp thu trầm tích phải ý cẩn thận không hòa tan toàn mẫu trầm tích Hỗn hợp axit thích hợp axit nitric hydro peroxit 170 Để phân tích toàn nguyên tố, mẫu hòa tan axit HF bình teflon kin III.9.4 Phân tích bùn cống Bùn cống chứa cao hàm lượng nước, cách xử lý sơ giống xử lý mẫu trầm tích Tuy nhiên với hàm lượng cao chất hữu cơ, tiến hành phân tích nguyên tố cần phải tiêu huỷ hợp chất hữu Phương pháp thường dùng đun nóng mẫu với axit nitric đặc bình Kjeldahl, chiết kim loại kỹ thuật thích hợp sau mẫu phân huỷ pha loãng với nước III.9.4.1 Các kỹ thuật hòa tan chiết Hiện phòng thí nghiệm môi trường trang bị hệ thống chuẩn bị mẫu cho phân tích đại thay cho kỹ thuật chiết thông thường thường không liên tục, tốn nhiều hóa chất, thời gian đặc biệt với sở phải phân tích lượng lớn mẫu Chiết Soxhlet tự động Nguyên tắc chiết tự động Soxhlet dựa chiết Soxhlet cũ Thiết bị thiết kế cho từ – mẫu chiết đồng thời sử dụng phần năm dung môi chiết chiết Soxhlet thông thường tốc độ nhanh gấp năm lần Chiết dung môi nhanh Đây kỹ thuật tự động chiết chất hữu từ chất rắn tiến hành vài phút mà kỹ thuật chiết soxhlet phải nhiều Chiết dung môi nhanh thực nhiệt độ thích hợp (thường 100 0C) áp suất trì (1500 – 2000 psi) để ngăn cản dung môi sôi Dung môi chiết thông thường (hoặc hỗn hợp), diclorometan, percloroetylen, hexan / aceton sử dụng Mẫu cân tự động (5 – 15 g) cho vào bình gắn kín sau đun nóng Sau khoảng thời gian xác định dịch chiết tự động đưa đến bình thứ hai với dung môi sử dụng để đẩy dịch chiết Dịch chiết làm giàu để phân tích giai đoạn cuối Kỹ thuật chiết dung môi nhanh 15 phút hoàn tất 15 ml dung môi Mỗi mẻ chiết thường chiết cho 20 mẫu Tiêu huỷ mẫu vi sóng (microwave) chiết trợ giúp vi sóng Phương pháp thay cho tiêu huỷ mẫu chiết tăng nhanh đưa lượng để nung nóng mẫu dạng vi sóng Một số thiết bị vi sóng cho phép đưa mẫu tác nhân vào bình chiết cách sử dụng hệ thống dòng chảy Thông thường khoảng –12 mẫu phân huỷ đồng thời Bình chiết thuỷ tinh teflon Bình teflon chịu nhiệt độ tới 250 – 300 0C Một yêu cầu sử dụng vi sóng để phân hủy mẫu hợp chất có khả hấp thụ xạ bình chiết Nếu có mặt nước mẫu dung môi chiết vấn đề nước chất hấp thụ tốt xạ vi 171 sóng Nếu không đủ lượng nước cần thiết phải sử dụng dung môi hỗn hợp dung môi hấp thụ xạ Điều đạt mẫu tối thiểu phải có thành phần phân cực cao hệ Kỹ thuật áp dụng cho phân huỷ mẫu axit để phân tích kim loại Khi áp dụng để chiết chất hữu cơ, kỹ thuật biết chiết trợ giúp vi sóng Điển hình phân tích cho hợp chất PAH tổng hydrocacbon dầu mỏ (TPH) Thời gian chiết 30 phút sử dụng khoảng 30 ml dung môi lần chiết dung môi không phân cực sử dụng để chiết cần phải có đủ lượng nước mẫu để hấp thụ xạ vi sóng Các hỗn hợp dung môi phân cực sử dụng hexan – aceton, diclromethan – aceton metanol – toluen Siêu âm Trong phương pháp này, bình chứa mẫu dung dịch chiết nhúng bể siêu âm Nhiệt sử dụng Quy trình gồm chu kỳ siêu âm liên tục, chu kỳ siêu âm gián đoạn, vài phút lần cho vài Chiết gián đoạn (10 phút siêu âm cho giờ) thực kết hợp dịch chiết trước giai đoạn phân tích Ưu điểm kỹ thuật thiết bị không phức tạp chiết đồng thời nhiều mẫu lúc thường sử dụng để chiết hữu bán bay với hàm lượng chất rắn cao Chiết dịch lỏng tới hạn Dịch lỏng tới hạn chất trì nhiệt độ áp suất tới hạn Dưới điểm tới hạn (nhiệt độ/ áp suất) Các chất chuyển thành khí lỏng Tính chất minh hoạ biểu đồ pha Hình 3.7 Tính chất chất lỏng tới hạn xem trung gian chất lỏng chất khí Nó giống chất lỏng chất có độ tan giới hạn chất lỏng, giống chất khí có độ nhớt thấp sức căng bề mặt Độ nhớt thấp cho phép dịch lỏng thấm qua chất rắn xốp cách dễ dàng Số chất khí sử dụng để tạo dịch lỏng tới hạn để áp dụng phân tích CO2 CO2 có nhiệt độ tới hạn 31 0C, có nghóa chiết tiến hành nhiệt độ không cao p suất tới hạn CO2 74,8 atm Điều kiện chiết điển hình 500C 400 atm CO2 phân tử không phân cực dung môi lý tưởng cho hợp chất không phân cực, mặt dù độ tan hợp chất phân cực trung bình thấp cải thiện cách thêm vào vài phần trăm metanol aceton để làm tăng độ phân cực dung môi Nhiệt độ áp suất ảnh hưởng đến độ tan Ưu điểm thứ hai chiết dịch lỏng tới hạn trình chiết chọn lọc thay đổi chân thêm vào, thay đổi nhiệt độ áp suất 172 Nhiệt độ Dịch lỏng tới hạn Tc Chất khí Chất lỏng Chất rắn Pc p suất Hình 3.7 Giản đồ pha chất khí, minh hoạ tạo thành dịch lỏng tới hạn điểm tới hạn (nhiệt độ/áp suất), điểm Tc: nhiệt độ tới hạn; Pc : áp suất tới hạn 173 ... RÃNH Các hợp chất hữu có độ tan thấp nước ion kim loại có khuynh hướng tích luỹ hấp thụ trầm tích sông trầm tích biển Phân tích kim loại có nồng độ cao trầm tích nhiệm vụ dễ dàng phân tích môi trường. .. môi trường nước xung quanh Quá trình bao gồm phân tích chất hấp thụ tổng trầm tích Trong trường hợp phân tích tổng trầm tích phân chia thành cấp hạt trước phân tích Điều quan trọng hấp phụ chất... đổi thành phần chúng Thêm vào số chất phân tích không bền nhiệt, bay 156 chí không bền quang hóa Nhiễm bẩn chất phân tích bị xảy giai đoạn quy trình phân tích III.5 .3 Chiết chất phân tích Đều