Nghiên cứu xác định hàm lượng vết nitrite bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử dapsone, α – naphthol

26 Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đivào môi trường nước từ nước thải, khí quyển và chất thải rắn..... Các tính chất đặc trưng của nước thải công nghiệp b

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC HÌNH vi

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC 1

1.1.1 Giới thiệu chung về nước 1

1.1.2 Đặc điểm chung về tài nguyên nước của Việt Nam 4

1.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI 5

1.2.1 Sự ô nhiễm nước 5

1.2.2 Phân loại và các đặc tính của nước thải 6

1.2.3 Một số các thông số hóa học quan trọng của nước thải 7

1.2.4 Các đặc tính hóa học của nước thải 9

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ NITRITE 12

2.1 SỰ TỒN TẠI CỦA NITRITE 12

2.1.1 Nitrite trong môi trường nước 12

2.1.2 Nitrite trong rau củ quả 13

2.1.3 Nitrite trong thực phẩm chế biến

14 2.2 ĐỘC TÍNH CỦA NITRITE 14

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NITRITE 15

2.3.1 Phương pháp sắc kí 15

2.3.2 Phương pháp cực phổ 16

2.3.3 Phương pháp trắc quang 16 Chương 3

THỰC NGHIỆM 21

3.1 THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT 21

3.1.1 Thiết bị 21

3.1.2 Hóa chất

21 3.1.3 Pha chế các dung dịch 21

3.2 KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU 22

3.2.1 Khảo sát bước sóng tối ưu 22

3.2.2 Khảo sát thể tích HCl 2 M tối ưu 23

3.2.3 Khảo sát thời gian điazo hóa 24

3.2.4 Thời gian ghép cặp của ion điazoni và α-naphthol 26naphthol 26

3.2.5 Khảo sát độ bền hợp chất màu của nitrite với dapsone và α-naphthol 26naphthol 27

3.2.6 Khảo sát thể tích DAP 29

3.2.7 Khảo sát thể tích α – naphthol 30

3.2.8 Khoảng nồng độ của nitrite tuân theo định luật Lambert – Beer 31

3.2.9 Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 31

3.2.10 Khảo sát ảnh hưởng của các chất cản nhiễu 33

3.3 TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM 35

Chương 4 SỬ DỤNG PHẦN MỀM STATGRAPHICS CENTURION ĐỂ TỐI ƯU HÓA CÁC YẾU TỐ THỰC NGHIỆM

36 4.1 GIỚI THIỆU VỀ STATGRAPHICS CENTURION 36

4.2 TỐI ƯU HÓA CÁC YẾU TỐ THỰC NGHIỆM BẰNG TIN HỌC 38

Chương 5 XÁC ĐỊNH NITRITE TRONG MẪU NƯỚC 42

5.1 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NITRITE TRONG MẪU NƯỚC NUÔI THỦY SẢN DÙNG THUỐC THỬ DAPSONE VÀ α–NAPHTHOL 44

5.1.1 Xác định nitrite trong mẫu 44

5.1.2 Kết quả xác định nitrite trong mẫu 44

5.1.3 Hiệu suất thu hồi

45 5.2 SO SÁNH HÀM LƯỢNG NITRITE TRONG MẪU SỬ DỤNG THUỐC THỬ SULFANILAMIDE VÀ N -naphthol 26 (1 – NAPHTHYL) – 1,2 – DIAMONI ETANDIHIDROCLORUA

46 5.2.1 Xác định nitrite trong mẫu 46

5.2.2 Kết quả xác định nitrite trong mẫu 47

5.2.3 So sánh và nhận xét 2 phương pháp xác định 48

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO

51 PHỤ LỤC 54

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Dapsone: (4-naphthol 26[(4-naphthol 26Aminobenzene) sulfonyl] aniline), gọi tắt là DAPLOD: Limit Of Detection (giới hạn phát hiện)

LOQ: Limit Of Quantitation (giới hạn định lượng)

TCVN: Tiêu Chuẩn Việt Nam

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Lượng nước trên trái đất 2

Bảng 1.2: Thành phần hóa học đặc trưng của nước thải và nguồn phát sinh 7

Bảng 1.3: Các thành phần quan trọng trong nước thải 8

Bảng 3.1: Điều kiện khảo sát bước sóng λ tối ưu 22

Bảng 3.2: Điều kiện tối ưu từ thực nghiệm 33

Bảng 3.3: Hoạch định hóa ảnh hưởng của các chất cản nhiễu 33

Bảng 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các chất cản nhiễu 34

Bảng 3.5: Bảng tối ưu điều kiện thực nghiệm 35

Bảng 4.1: Giá trị quy hoạch thực nghiệm 5 yếu tố 38

Bảng 4.2: Giá trị tối ưu các yếu tố khi A = 0,660 40

Bảng 4.3: Giá trị tối ưu các yếu tố khi A = 0,330 40

Bảng 4.4: Giá trị tối ưu các yếu tố khi A = 0,083 41

Bảng 5.1: Khoảng hàm lượng thích hợp của các chất vô cơ hòa tan trong nước nuôi thủy sản 42

Bảng 5.2: Các mẫu nước khảo sát trong thực nghiệm 43

Bảng 5.3: Đường chuẩn xác định nitrite theo phương pháp nghiên cứu 44

Bảng 5.4: Kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp nghiên cứu 45

Bảng 5.5: Hiệu suất thu hồi 46

Bảng 5.6: Đường chuẩn xác định nitrite bằng thuốc thử Sulfanilamide 47

Bảng 5.7: Kết quả phân tích mẫu bằng thuốc thử Sulfanilamide 48

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên 3

Hình 2.1: Chu trình của nitơ trong tự nhiên 12

Hình 2.2: Sự chuyển hóa giữa các dạng nitơ 13

Hình 3.1: Phổ hấp thu của dung dịch khảo sát 23

Hình 3.2: Mật độ quang A theo yếu tố thể tích dung dịch HCl 2M 24

Hình 3.3: Mật độ quang A theo yếu tố thời gian điazo hóa 25

Hình 3.4: Mật độ quang A theo thời gian ghép cặp của ion điazoni và α-naphthol 26

naphthol 27

Hình 3.5: Sự thay đổi mật độ quang A theo thời gian 28

Hình 3.6: Mật độ quang A theo yếu tố thể tích DAP 29

Hình 3.7: Mật độ quang A theo yếu tố thể tích α – naphthol thêm vào 30

Hình 3.8: Đồ thị đường chuẩn A = f(NO2-naphthol 26) 31

Hình 4.1: Đồ thị tối ưu các yếu tố thực nghiệm 39

Hình 5.1: Đường chuẩn xác định nitrite bằng thuốc thử Sulfanilamide 47

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC [4], [6], [10]

1.1.1 Giới thiệu chung về nước

Nước là yếu tố quyết định đến sự tồn tại và phát triển của môi trường sống.Nước là một loại tài nguyên thiên nhiên quý giá và có hạn, là động lực chủ yếu chiphối mọi hoạt động dân sinh kinh tế của con người Nước được sử dụng rộng rãitrong sản xuất nông nghiệp, thủy điện, giao thông vận tải, chăn nuôi, thuỷ sản v.v

Nước là loại tài nguyên có thể tái tạo được và cần phải sử dụng một cách hợp

lý để duy trì khả năng tái tạo của nó

Trên hành tinh chúng ta nước tồn tại dưới những dạng khác nhau: Nước trêntrái đất, ngoài đại dương, ở các sông suối, hồ ao, các hồ chứa nhân tạo, nước ngầm,trong không khí, băng tuyết và các dạng liên kết khác

Tổng lượng nước trên trái đất vào khoảng 1.386 triệu km3 trong đó nướctrong đại dương (nước mặn) vào khoảng 1.338 triệu km3 chiếm 96,5% Nước ngọttrên trái đất chiếm tỷ lệ rất nhỏ, chỉ vào khoảng 2,5% Và trong tổng lượng nướcngọt trên trái đất thì 68% là băng và sông băng; 30% là nước ngầm; nguồn nước mặtnhư nước trong các sông hồ, chỉ chiếm khoảng 93.100 km3, bằng 1/150 của 1% củatổng lượng nước trên trái đất (Bảng 1.1)

Nước trên trái đất tồn tại trong một khoảng không gian gọi là thuỷ quyển.Nước vận động trong thuỷ quyển qua những con đường vô cùng phức tạp cấu tạothành vòng tuần hoàn nước còn gọi là chu trình thuỷ văn Vòng tuần hoàn nướckhông có điểm bắt đầu nhưng chúng ta có thể bắt đầu từ các đại dương Nước bốchơi từ các đại dương và lục địa trở thành một bộ phận của khí quyển Hơi nướcđược vận chuyển vào bầu không khí, bốc lên cao cho đến khi chúng ngưng tụ và rơitrở lại mặt đất hoặc mặt biển

Bảng 1.1 Lượng nước trên trái đất

(106 km2) (km3) tổng lượng nước

trăm của nước ng ọt

2.Nước ngầm

-naphthol 26Nước ngọt 134,8 10.530.000 0,76 30 , 1-naphthol 26Nước nhiễm mặn 134,8 12.870.000 0 , 93

-naphthol 26Lượng ẩm trong đất 82,0 16.500 0,0012 0 , 053.Băng tuyết

-naphthol 26Băng ở các cực 16,0 24.023.500 1,7 68 , 6-naphthol 26Các loại băng tuyết khác 0,3 340.600 0,025 1 , 04.Ao, h ồ

-naphthol 26Nước ngọt 1,2 91.000 0,007 0 , 26-naphthol 26Nhiễm mặn 0,8 85.400 0,006

Nguồn: Giáo trình qui hoạch và quản lí nguồn nước [6]

Lượng nước rơi xuống mặt đất một phần bị giữ lại bởi cây cối, chảy tràn trênmặt đất, thấm xuống đất, chảy trong đất và chảy vào các dòng sông Phần lớn lượngnước bị giữ lại bởi thảm phủ thực vật và dòng chảy mặt sẽ quay trở lại bầu khíquyển qua con đường bốc hơi Lượng nước ngấm trong đất có thể thấm sâu hơnxuống những lớp đất bên dưới để cấp nước cho các tầng nước ngầm và sau đó thànhcác dòng suối hoặc chảy dần vào sông ngòi thành dòng chảy mặt và cuối cùng đổ rabiển hoặc bốc hơi vào khí quyển

Hình 1.1 Vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên

Sự phân bố lượng nước theo không gian và thời gian không đồng đều Trên tráiđất có vùng lượng mưa khá phong phú, nhưng lại có những vùng rất khô hạn

Có những mùa rất nóng và có những mùa rất lạnh Trữ lượng nước hàng năm khôngphải là vô tận, sự biến đổi của nó nằm trong giới hạn nào đó và không phụ thuộcvào mong muốn của con người

Như vậy, tuy nguồn nước trên thế giới là rất lớn, nhưng nước ngọt – nướccần cho hoạt động dân sinh kinh tế của con người lại có trữ lượng nhỏ Khi sự pháttriển dân sinh kinh tế còn ở mức thấp, nước chỉ mới được coi là môi trường cần thiếtcho sự sống của con người Trong quá trình phát triển, càng ngày càng có sự mấtcân đối giữa nhu cầu dùng nước và nguồn nước Dưới tác động của các hoạt độngkinh tế xã hội, nguồn nước ngày càng có nguy cơ bị suy thoái và cạn kiệt trong khi

đó nước là một loại tài nguyên quý cần được bảo vệ và quản lý Các luật nước ra đời

và cùng với nó ở mỗi quốc gia đều có một tổ chức để quản lý nghiêm ngặt loại tàinguyên này

1.1.2 Đặc điểm chung về tài nguyên nước của Việt Nam

Nước ta là một trong những nước có tài nguyên nước phong phú trên thếgiới, cũng là nước có trữ lượng nước dồi dào ở khu vực châu Á Việt Nam có 16 lưuvực sông có diện tích lưu vực lớn hơn 2.000 km2, trong đó có 10 lưu vực có diệntích lớn hơn 10.000 km2, đó là các sông: Hồng-naphthol 26Thái Bình, Bằng Giang-naphthol 26Kỳ

Cùng, Mã, Cả, Thu Bồn, Ba, Đồng Nai, Cửu Long, Srêpok, Sê San Theo thống kêchỉ có hai sông lớn là sông Thu Bồn và sông Ba có toàn bộ diện tích tập trung nướcnằm trọn vẹn trên lãnh thổ Việt Nam Hầu hết các sông có cửa sông đổ ra bờ biểnthuộc lãnh thổ Việt nam (trừ sông Bằng Giang-naphthol 26Kỳ Cùng, sông Sê San và sôngSrêpok)

* Tài nguyên nước mặt

Việt Nam là một trong những nước có hệ thống sông ngòi chằng chịt rấtthuận lợi để cung cấp nguồn nước mặt Tổng lượng nước bình quân hàng năm chảytrên các sông suối Việt Nam kể cả từ ngoài lãnh thổ chảy vào là 879 tỷ m3, trong đó75% lượng nước này thuộc lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông So với các nướcláng giềng, lượng nước dùng trên đầu người (bằng lượng nước chảy hàng năm củamột nước chia cho dân số) ở nước ta thuộc loại cao trong khu vực

Tình trạng ô nhiễm nước mặt trong những năm gần đây gia tăng theo nhịpđiệu phát triển công nghiệp Tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt rõ ràng nhất ở cáckhu đô thị như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh Tốc độ phát triển kinh tế cao lànguy cơ làm xấu đi chất lượng nguồn nước trên các sông suối

* Tài nguyên nước ngầm

Trữ lượng nước ngầm ở Việt Nam khá phong phú Tuy nhiên, do có lượngnước mặt lớn nên nước ngầm chưa được khai thác nhiều Lượng nước ngầm đượckhai thác chiếm tỷ lệ vào khoảng 2% trữ lượng nước ngầm và chiếm khoảng 14%tổng lượng nước ngầm có thể khai thác được Việc khai thác nước ngầm chủ yếu tạicác thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Tại đây, nước ngầmđược khai thác cung cấp 30% nhu cầu nước của thành phố Nói chung, chất lượng

nước ngầm rất tốt Tuy nhiên, do ô nhiễm nguồn nước mặt và tình trạng khai tháckhông hợp lý có thể làm xấu đi chất lượng nguồn nước ngầm trong tương lai.

1.2 T ỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI [1], [9]

1.2.1 Sự ô nhiễm nước

Nước tự nhiên là nước được hình thành cả số lượng và chất lượng dưới sựảnh hưởng của quá trình tự nhiên, không có tác động của nhân sinh Do tác độngcủa nhân sinh, nước tự nhiên bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau dẫn đến kết quả

là làm ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước

Các khuynh hướng thay đổi chất lượng nước dưới ảnh hưởng của hoạt động củacon người bao gồm:

-naphthol 26 Giảm độ pH của nước ngọt do bị ô nhiễm H2SO4, HNO3 từ khí quyển,nước thải công nghiệp, tăng hàm lượng SO32-naphthol 26 và NO3-naphthol 26 trong nước

-naphthol 26 Tăng hàm lượng các ion Ca2+, Mg2+, SiO32-naphthol 26 trong nước ngầm và nướcsông do nước mưa hòa tan, sự phong hóa các quặng cacbonat

-naphthol 26 Tăng hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước tự nhiên, trước hết là

Pb2+, Cd2+, Hg2+, Zn2+,As và các nhóm anion PO43-naphthol 26, NO3-naphthol 26, NO2-naphthol 26

-naphthol 26 Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đivào môi trường nước từ nước thải, khí quyển và chất thải rắn

-naphthol 26 Tăng hàm lượng chất hữu cơ trước hết là các chất khó bị phân hủy sinhhọc

(các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu )

-naphthol 26 Giảm nồng độ oxi hòa tan trong nước

-naphthol 26 Tăng khả năng nguy hiểm của ô nhiễm nước tự nhiên do các nguyên tốphóng xạ

Các chỉ tiêu quan trọng cần được xem xét trong cấp nước là pH, độ đục, độ cứng,hàm lượng sắt, mangan và chỉ số Ecoli

Các tính chất đặc trưng của nước thải công nghiệp bao gồm pH, màu, mùi,hàm lượng chất rắn, nhu cầu oxi sinh hóa BOD, nhu cầu oxi hóa học COD, cácdạng nitơ, photpho, dầu mỡ, các kim loại nặng

Việc thải nước thải chỉ qua xử lý bằng phương pháp thông thường đã đẩynhanh quá trình phú dưỡng do sự phát triển bùng nổ của tảo và các thực vật khác,làm giảm chất lượng nước, cản trở việc sử dụng lại nguồn nước và các hoạt độngnghỉ ngơi giải trí của con người

1.2.2 Phân loại và các đặc tính của nước thải

Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn phát sinh Đây cũng là

cơ sở cho việc lựa chọn phương pháp và công nghệ xử lý Nước thải được phân làmcác dạng dưới đây:

Nước thải sinh hoạt: nước thải từ các khu dân cư, khu hoạt động thương mại,

công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác

Nước thải công nghiệp (nước thải sản xuất): là nước thải từ các nhà máy

đang hoạt động, có cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp làchủ yếu

Nước thấm qua: đây là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều hình

thức khác nhau qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố ga hay hốchôn người

Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem là nước thải tự nhiên Ở những

thành phố lớn, nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống thoát nước riêng

Nước thải đô thị: là tổng hợp tất cả các loại nước thải kể trên.

Theo quan điểm quản lý môi trường, các nguồn gây ô nhiễm nước còn được phânthành hai loại: nguồn xác định và nguồn không xác định

Nguồn xác định: bao gồm nước thải đô thị và nước thải công nghiệp, các cửa

xả nước mưa và tất cả các nguồn thải vào nguồn tiếp nhận nước có tổ chức qua hệthống cống và kênh thải

Các nguồn thải không xác định: bao gồm nước rửa trôi trên bề mặt đất, nước

mưa và các nguồn phân tán khác

Sự phân loại này được sử dụng trong điều chỉnh, kiểm soát ô nhiễm

Các nguồn xác định thường có thể định lượng và kiểm soát trước khi thải,ngược lại các nguồn không xác định thường rất khó quản lý Nguồn ô nhiễm khôngxác định thường gây ra các vấn đề sau:

-naphthol 26 Xói mòn đất và vận chuyển sa lắng dẫn đến hậu quả là thay đổi chỗ ở

và gây ảnh hưởng xấu đến các loài thủy sinh vật, lắp đầy các dòng sông, hồ chứa,gây khó khăn, tăng chi phí cho việc xử lý nước và giảm chất lượng nước cho mụcđích sử dụng

-naphthol 26 Các chất dinh dưỡng như nitơ, photpho giải phóng từ phân bón, chấtthải động vật kích thích sự phát triển của thực vật và vi khuẩn trong nước dẫn đếnhiện tượng phú dưỡng

-naphthol 26 Tích tụ các kim loại nặng như kẽm, đồng, thủy ngân từ các chấtđược sử dụng trong bảo vệ thực vật, sơn, hàn chì và nhiều quá trình khác

-naphthol 26 Các hóa chất độc hại: chủ yếu là thuốc bảo vệ thực vật

-naphthol 26 Ngoài ra, nước chảy trôi trên bề mặt đất qua các khu vực chăn nuôigia súc, có thể chứa lượng lớn chất thải động vật sẽ làm tăng nồng độ các chất hữu

cơ và chất rắn lơ lửng, gây ô nhiễm môi trường nước

1.2.3 Một số các thông số hóa học quan trọng của nước thải

Con người khai thác các nguồn nước tự nhiên để cung cấp nước cho các nhucầu sinh hoạt và sản xuất Sau khi sử dụng, nước bị nhiễm bẩn do chứa nhiều chấthữu cơ và vô cơ (Bảng 1.2) Nếu không được xử lý trước khi thải vào các nguồnnước công cộng, chúng sẽ làm ô nhiễm môi trường

Bảng 1.2: Thành phần hóa học đặc trưng của nước thải và nguồn phát sinh

H ữu cơ

-naphthol 26Cacbohydrat -naphthol 26Các chất thải sinh ho ạt, thương mại và sản xuất-naphthol 26Mỡ, dầu, dầu nhờn -naphthol 26Các chất thải sinh ho ạt, thương mại và sản xuất-naphthol 26Thuốc trừ sâu -naphthol 26Chất thải nông nghiệp

-naphthol 26Phenol -naphthol 26Chất thải nông nghiệp

-naphthol 26Protein -naphthol 26Các chất thải sinh hoạt và thương mại

-naphthol 26Các chất hoạt động bề mặt -naphthol 26Các chất thải sinh hoạt và sản xuất

-naphthol 26Các chất khác -naphthol 26Phân rã tự nhiên của các chất h ữu cơ

Vô cơ

-naphthol 26Độ kiềm -naphthol 26Nước thải sinh ho ạt, nước cấp sinh hoạt, quá trình

thấm của nước ngầm-naphthol 26Clorua -naphthol 26Nước thải sinh hoạt, nước cấp sinh hoạt, quá trình

thấm của nước ngầm,các chất làm mềm nước-naphthol 26Các kim loại nặng -naphthol 26Chất thải công nghiệp

Nitơ -naphthol 26Nước thải sinh hoạt và công nghiệp

-naphthol 26pH -naphthol 26Nước thải công nghiệp

-naphthol 26Photpho -naphthol 26Nước thải sinh hoạt và công nghiệp

-naphthol 26Lưu huỳnh -naphthol 26Nước thải sinh hoạt, nước cấp sinh hoạt và công

nghiệp-naphthol 26Các chất độc -naphthol 26Các chất thải công nghiệp

-naphthol 26Các khí: H2S, CH4, O2 -naphthol 26Phân hủy các chất thải sinh hoạt, sự thấm của

nước bề mặt

Nguồn: Công nghệ xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học [9]

Trong các thành phần hóa học của nước thải nêu trên, có những thành phầnquan trọng cần phải xử lý thích đáng trước khi thải vào sông, hồ (Bảng 1.3) Nếuviệc xử lý những thành phần này không nghiêm khắc, chúng sẽ gây ô nhiễm rấtnghiêm trọng đến chất lượng nước mặt và nước ngầm Các chất độc hại và những vitrùng gây bệnh sẽ ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của đời sống thủy sinh

Bảng 1.3: Các thành phần quan trọng trong nước thải

Thành phần Ghi chú

-naphthol 26Các chất rắn lơ lửng -naphthol 26Các chất rắn lơ lửng có thể d ẫn đến tăng khả năng

lắng bùn và điều kiện kỵ khí khi thải nước thảikhông qua xử lý vào môi trường nước

-naphthol 26Các chất h ữu cơ phân hủy

sinh học

-naphthol 26Gồm protein, cacbohydrat và chất béo Các chấthữu cơ phân hủy sinh học được đo bằng chỉ tiêuBOD và COD Nếu thải chúng trực tiếp vào môitrường; quá trình ổn định sinh học của chúng có thểdẫn đến giảm lượng oxi trong nước tự nhiên và lànguyên nhân gây mùi hôi khó chịu

-naphthol 26Các nhân tố gây bệnh -naphthol 26Coliform và các vi khuẩn gây bệnh khác trong

nước thải là nguyên nhân gây ra các bệnh về nước.-naphthol 26Các chất dinh dưỡng -naphthol 26Nitơ và phospho là những chất dinh dưỡng quan

trọng cho sự phát triển của sinh vật Khi thải chúngvào môi trường nước, các chất dinh dưỡng này cóthể dẫn đến sự phát triển của các sinh vật ngoài ýmuốn (phú dưỡng hóa) và làm ô nhiễm nước ngầm

-naphthol 26Các chất hữu cơ trơ -naphthol 26Không bị phân hủy bởi các phương pháp xử lý

thông thường Ví dụ điển hình là các chất hoạt động

bề mặt, phenol và một số hóa chất trong nôngnghiệp

-naphthol 26Kim loại nặng -naphthol 26Nhiễm vào nước do hoạt động công nghiệp, cần

được khử ra khỏi nước thải

-naphthol 26Các chất vô cơ hòa tan -naphthol 26Các thành phần vô cơ như canxi, natri, sulfate có

mặt trong nước thải sinh hoạt Nếu nước thải muốn

sử dụng lại thì phải khử bỏ chúng

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Mỗi loại chất trên đều có thể được phân loại tiếp trên cơ sở tính bay hơi củachúng ở nhiệt độ 550C Phần hữu cơ sẽ bị oxi hóa thành khí, phần vô cơ còn lại làphần tro.

1.2.4 Các đặc tính hóa học của nước thải

* Các chất hữu cơ có thể bị phân hủy sinh học

Trong nước thải có mức ô nhiễm trung bình, khoảng 70% chất rắn lơ lửng và40% chất rắn qua lọc là chất hữu cơ Trong các chất hữu cơ có trong nước thải,protein chiếm 40 – 60%, cacbohydrat chiếm 25 – 50%, dầu mỡ chiếm 10% Đôi khicòn chứa các chất hữu cơ tổng hợp như các chất tạo bọt, chất hữu cơ bay hơi, cácloại thuốc trừ sâu Đa số các chất này phân hủy rất chậm bằng con đường sinhhọc

Mức độ ô nhiễm chất hữu cơ được biểu thị bằng các thông số nhu cầu oxi sinhhóa, nhu cầu oxy hóa học, tổng cacbon hữu cơ

* Chất tạo bọt (foam-producing matter)

Các nước thải từ nhà máy hóa chất chứa các chất tạo bọt, đây là một dạng ônhiễm dễ phát hiện và gây phản ứng mạnh của cộng đồng lân cận

* pH của nước thải

pH nước thải có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý Các công trình xử

lý nước thải sinh học làm việc tốt ở pH nằm trong giới hạn từ 7 -naphthol 267,6 pH cũng ảnhhưởng đến quá trình tạo bông cặn của các bể lắng bằng phèn nhôm Nước thải sinhhoạt có pH nằm trong khoảng 7,2 – 7,6, trong khi đó chất thải công nghiệp có pHrất khác nhau phụ thuộc vào từng loại ngành công nghiệp

Các xí nghiệp sản xuất có thể thải ra nước thải có tính acid hoặc kiềm rất caochẳng những làm cho nguồn nước không còn hữu dụng đối với hoạt động giải trínhư bơi lội, chèo thuyền mà còn ảnh hưởng đến hệ sinh vật Nồng độ acid sulfuriccao sẽ làm ảnh hưởng đến mắt của người bơi lội vùng nước này, ăn mòn thân tàuthuyền, hư hại lưới đánh cá Nguồn nước lân cận một số xí nghiệp có thể có giá trị

pH thấp đến 2 hoặc cao đến 11; trong khi cá chỉ có thể tồn tại trong môi trường có4,5 < pH < 9,5 Hàm lượng NaOH cao thường phát hiện trong nước thải ở các xí

nghiệp sản xuất bột giặt, thuộc da, nhuộm vải sợi NaOH ở nồng độ 25 ppm đã cóthể làm chết cá.

* Các dưỡng chất (nitơ, phospho) – muối

Nhiều xí nghiệp, nhà máy có nước thải chứa hàm lượng muối khá cao; ngoài

ra ở các nước ôn đới người ta còn dùng muối để rải lên mặt đường vào mùa đông vàsau đó muối lại bị rửa trôi vào hệ thống cống rãnh Hàm lượng muối cao sẽ làm chonguồn nước không còn hữu dụng cho mục đích cấp nước hay tưới tiêu, làm hoa màu

bị thiệt hại và ô nhiễm đất Các loại muối khoáng canxi, magie còn làm cho nguồnnước bị cứng, đóng cặn đường ống gây thất thoát áp lực trên đường ống Nước cứng

sẽ làm ảnh hưởng đến nhuộm vải sợi, sản xuất bia và chất lượng của các sản phẩmđóng hộp Nước cứng còn đóng vảy trong các đường ống của lò hơi làm giảm khảnăng truyền nhiệt Magie sulfate gây sổ nhẹ ở người, ion clorua làm tăng độ dẫnđiện của giấy cách điện, ion sắt gây các vết bẩn trên vải sợi và giấy, cacbonate tạovảy cứng đóng trên đậu Hà Lan trong quá trình chế biến và đóng hộp chúng

Các loại muối chứa nitơ và phospho làm cho tảo phát triển nhanh gây hiện tượng tảo nở hoa ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật và mất mỹ quan Đặc biệt là với những hợp chất nitơ độc như nitrite sẽ ảnh hưởng đến đời sống của sinh vật trong nước

* Các kim loại độc và các chất hữu cơ độc

Nước chảy tràn qua khu vực sản xuất nông nghiệp có chứa dư lượng thuốctrừ sâu và thuốc diệt cỏ Nhiều ngành công nghiệp thải ra các kim loại và các chấthữu cơ độc khác như: chì từ khói xe ôtô, kẽm từ việc bào mòn các lốp xe Các chấtnày có khả năng tích tụ và khuếch đại trong chuỗi thức ăn, do đó cần phải đượcquản lý tốt Hàm lượng clorua 4000 ppm gây độc cho cá nước ngọt, ở nồng độ5ppm Cr6+ gây độc cho cá Đồng ở hàm lượng 0,1–0,5% đã gây độc cho vi khuẩn vàmột số vi sinh vật khác P2O5 ở nồng độ 0,5 ppm gây trở ngại cho quá trình tạo bôngcặn và lắng trong các nhà máy nước cấp Phenol ở nồng độ 1 ppb đã gây nên vấn đềcho các nguồn nước

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ NITRITE2.1 SỰ TỒN TẠI CỦA NITRITE

2.1.1 Nitrite trong môi trường nước

Trong môi trường nước, nitrite là sản phẩm trung gian trong phản ứng oxyhóa từ amoniac đến nitrite và cuối cùng là nitrate Thời gian tồn tại trong nước củanitrite rất ngắn vì khi gặp oxy không khí sẽ chuyển thành nitrate

Hình 2.1: Chu trình của nitơ trong tự nhiên

Dưới tác dụng của vi khuẩn, nitrite chuyển hóa theo sơ đồ sau:

Protein → amoni → nitrite → nitrate

Vi khuẩn tham gia quá trình này gồm có 2 nhóm:

-naphthol 26 Vi khuẩn nitrosomonas: oxy hóa ammoniac thành nitrite

-naphthol 26 Vi khuẩn nitrospira: oxi hóa nitrite thành nitrate

Ngược lại khi gặp môi trường thích hợp lại thêm vi khuẩn khác, sẽ có sựchuyển hóa: nitrate → nitrite → amoni Quá trình chuyển hóa qua lại của nitơ trongcác dạng hữu cơ, amoni, nitrite, nitrate được thể hiện qua hình 2.2

2 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2 HNO

Hình 2.2: Sự chuyển hóa giữa các dạng nitơ

Nitơ trong nước tồn tại ở các dạng NH3, NO3-naphthol 26, NO2-naphthol 26 Khi nồng độ NO3-naphthol 26 trongnước uống vượt giới hạn 45 mg/l sẽ gây độc với người vì khi vào cơ thể trong điềukiện thích hợp, ở hệ tiêu hóa chúng sẽ chuyển hóa thành nitrite, nitrite kết hợp vớihồng cầu tạo thành chất không vận chuyển oxi Mặt khác, trong quá trình khử trùngnước, clo dư phản ứng với NH3 tạo thành NH2Cl (cloramin) là hợp chất gây ung thư

Quá trình chuyển hóa của ammoni thành nitrate và nitrite làm giảm hàmlượng oxi hòa tan trong nước Điều này ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của các loàithủy sinh Ngoài ra lượng nitơ còn lại trong bùn thải là một trong những yếu tốquyết định hiệu quả làm phân bón của bùn thải sau xử lý

2.1.2 Nitrite trong rau củ quả

Một số loại quả, rau cải xanh … thường chứa nhiều nitrite Các loại rau nàykhi nấu chín và để trong một thời gian dài thì mặc dù dưới tác dụng của vi khuẩn,nitrite trong rau vẫn giữ nguyên nên gây ra ngộ độc khi ăn nhiều

Ngoài ra, một lượng lớn nitrate chứa trong rau củ quả có thể chuyển hóa thànhnitrite trong quá trình chế biến thức ăn không đúng cách.

2.1.3 Nitrite trong thực phẩm chế biến

Phần lớn nitrite được sử dụng trong thực phẩm chế biến để làm chất bảoquản hay chất phụ gia Trong thịt và các sản phẩm từ thịt, nitrite làm chậm quá trìnhphát triển của độc tố làm hư thịt, làm tăng màu sắc và hương vị của thịt ướp

Các loại rau cải dùng để muối dưa cũng thường có nitrite Khi chưa muối thìhàm lượng này tương đối thấp, nhưng khi đem muối trong vài ngày đầu nitrite tănglên do quá trình vi sinh khử nitrate có trong cải thành nitrite Chất này sẽ giảm dần

và mất hẳn khi dưa có vị chua và màu vàng đẹp Nhưng nếu để dưa bị khú (dưa đểquá lâu) thì hàm lượng này lại tăng cao

2.2 ĐỘC TÍNH CỦA NITRITE [3] [24]

Trong cơ thể, nitrite (hoặc nitrate dưới tác động của một số vi khuẩn đường ruột chuyển thành nitrite) kết hợp với hồng cầu (hemoglobin) trong máu sau đó

chuyển thành methemoglobin, cuối cùng chuyển thành methemoglobinamin

Methemoglobinamin là chất ngăn cản việc liên kết và vận chuyển oxy, gây bệnh

thiếu oxy trong máu và sinh ra bệnh máu trắng:

4HbFe2+O2 + 4NO2-naphthol 26 + 2H2O → 4HbFe3+OH-naphthol 26 + 4NO3-naphthol 26 + O2

Bệnh nhân khi bị ngộ độc nitrite sẽ có những triệu chứng như nhức đầu, hồihộp, hoa mắt, nôn mửa… sau đó dẫn đến hôn mê và có thể gây tử vong

Hiện tượng này đặc biệt thấy rõ ở trẻ em Trẻ em mắc chứng bệnh này thườngxanh xao và dễ bị đe doạ đến cuộc sống đặc biệt là trẻ dưới 6 tháng tuổi

Ở một khía cạnh khác, nitrite kết hợp với các acid amin trong thực phẩm làmthành một họ chất nitrosamin Nitrosamin có thể gây tổn thương di truyền tế bàonguyên nhân gây ra bệnh ung thư, quái thai Những thí nghiệm cho nitrite vào thức

ăn, nước uống của chuột, thỏ với hàm lượng vượt ngưỡng cho phép thì sau mộtthời gian thấy những khối u sinh ra trong gan, phổi, vòm họng của chúng

Các hợp chất nitroso được tạo thành từ amin bậc hai và acid nitrơ (HNO2) cóthể trở nên bền vững hơn nhờ tách loại proton để trở thành nitrosamin:

R2 ─ NH + HNO2 H O + R2N ─ NO

Các amin bậc ba trong môi trường axit yếu ở pH = 3-naphthol 26 6 với sự có mặt của ionnitrite chúng dễ dàng phân huỷ thành aldehyd và amin bậc hai Sau đó amin bậc haitiếp tục chuyển thành nitrosamin

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NITRITE

Có nhiều phương pháp xác định nitrite như: phương pháp thể tích, phân tíchkhối lượng, sắc ký ion, sắc kí lỏng, cực phổ, trắc quang Tuy nhiên, phương phápthể tích, phân tích khối lượng chỉ áp dụng cho những đối tượng có hàm lượng nitritelớn, độ nhạy thấp Ở đây chúng tôi xin đề cập đến những phương pháp xác địnhnitrite với hàm lượng nhỏ

2.3.1 Phương pháp sắc kí

* Phương pháp sắc kí lỏng [19]

Trong môi trường acid, nitrite kết hợp với 2,3-naphthol 26diaminonaphthalene (DAN)thành 2,3-naphthol 26naphthotriazole (NAT) có khả năng huỳnh quang Chất này được táchbởi cột pha đảo C8 5μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mM(pH 7,5) và methanol 50: 50, tốc độ dòng 13 ml/phút Hợp chất NAT phát xạhuỳnh quang ở bước sóng 375 nm và hấp thụ huỳnh quang ở bước sóng 415 nm.Thời gian lưu là 4,4 phút Khoảng tuyến tính của nồng độ nitrite là 12,5 -naphthol 26 2000 nM,giới hạn phát hiện của nitrite là 0,46 ppm Việc xác định nitrite bằng phương phápsắc ký lỏng ngoài việc dùng đầu dò huỳnh quang còn có thể dùng đầu dò UV – VIShoặc đầu dò độ dẫn

Tuy nhiên, phương pháp này gặp nhiều cản nhiễu nhất là clo và các amin màtrong nước nuôi tôm thì hàm lượng các yếu tố này khá nhiều

* Phương pháp sắc ký ion [14], [24]

Mẫu sau khi xử lý xong được cho thêm vào dung dịch kali hexaxyanoferat(II) K4[Fe(CN)6] và dung dịch kẽm axetat Lọc dung dịch mẫu này, sau đó bơm vào

máy sắc ký Pha động là dung dịch natri cacbonat/ natri hidrocacbonat Để địnhtính nitrite, so sánh thời gian lưu của mẫu với thời gian lưu chuẩn.

Diện tích (hoặc chiều cao) pic tỷ lệ với nồng độ nitrite Vì vậy, để xác địnhhàm lượng nitrite trong mẫu, chúng ta lập đường chuẩn nitrite theo đúng thời gianlưu đã chuẩn hóa Dựa vào đường chuẩn tính được hàm lượng nitrite trong mẫu

* Ưu điểm và nhược điểm

Phương pháp này có độ nhạy tương đối cao Thể tích mẫu được bơm vào cột

ít Tuy nhiên, phương pháp này gặp nhiều cản nhiễu nhất là ion Cl-naphthol 26 nên chỉ đượcdùng cho các mẫu nước sạch

2.3.2 Phương pháp cực phổ

Nitrite là anion có hoạt tính cực phổ Khi xác định nitrite bằng phương phápcực phổ dùng nền LaCl3 2% và BaCl2 2% thì nitrite cho sóng cực phổ ở 1,2V so vớianot thuỷ ngân Nếu dùng nền là hỗn hợp đệm citrate 2M có pH = 2,5 thì giới hạnphát hiện là 0,225 ppm NO2-naphthol 26

Nếu dùng nền là hỗn hợp KCl 0,2M + SCN-naphthol 26 0,04M + Co2+ 2.10-naphthol 264M ở pH = 1-naphthol 26

2 thì sẽ cho một pic cực phổ xung vi phân rất rõ khi có mặt ion NO2-naphthol 26 Pic xuất hiện

ở thế -naphthol 26 0,5V (so với điện cực calomen bão hoà) và chiều cao pic tỉ lệ với nồng độcủa ion NO2-naphthol 26

Có thể xác định NO2-naphthol 26 bằng cách chuyển nó thành diphenyl nitrosamin Phảnứng được tiến hành trong môi trường acid Khi xác định NO2-naphthol 26 trong mẫu người tathêm 5ml dung dịch nền (gồm 4,86g KSCN và 17,2ml HClO4 70% trong một lítnước cất), 1,25ml diphenylamin và 20ml mẫu Điều chỉnh pH từ 1-naphthol 26 2 bằng acidHClO4 nếu cần Đuổi không khí bằng dòng khí nitơ, sau đó ghi phổ xung vi phân từ-naphthol 26 0,2 đến -naphthol 26 0,8 V Thế đỉnh pic xuất hiện ở -naphthol 26 0 ,52V

Tuy nhiên, phương pháp này sử dụng anot thủy ngân – là một kim loại có độctính rất cao

2.3.3 Phương pháp trắc quang

Nitrite xác định bằng phương pháp trắc quang dựa trên cơ sở hình thành hợpchất màu azo Nitrite phản ứng với amin thơm bậc một trong môi trường acid tạothành muối diazo ở giai đoạn trung gian, muối này khi tác dụng với hợp chất aminhay hidroxyl tạo thành hợp chất màu azo tương ứng, thích hợp cho phương pháptrắc quang.

Nguyên tắc: Trong môi trường axit yếu (pH= 2-naphthol 262,5) đầu tiên ion nitrite

sau đó kết hợp với thuốc thử Griess B (α-naphthol 26naphthylamin) sinh ra hợp chất màu

việc xác định nitrite bị ảnh hưởng bởi: cloramin, clo, thiosulfate, natri

polyphosphate và sắt ( III )

Nguyên tắc: Trong môi trường axit yếu ta oxy hoá ion NO2-naphthol 26 thành NO3-naphthol 26 vàsau đó cho phản ứng với thuốc thử axit disulfophenic để tạo thành hợp chấtnitrophenol, sau đó kiềm hoá dung dịch bằng NH3 thì tạo thành hợp chất màu vànghấp thu ở bước sóng λ = 410 nm

C6H3(HSO3)2OH + HNO3 = C6H2(OH)(NO2)3 + 2H2SO4 + 2H2O

C6H2(OH)(NO3)3 + NH3 = C6H2(NO2)2ONH4

( Phức màu vàng )

diazo naphthyl-amino azobenzene sulfonic hấp thụ quang cực đại tại λ = 520 nm

Phương pháp này có độ chọn lọc cao, ít bị cản trở bởi các chất Tuy nhiên,

─ NH 2

Đo mật độ quang của dãy chuẩn và mẫu tại bước sóng λ từ đó xác định đượchàm lượng của nitrite trong mẫu.

Nguyên tắc: Phản ứng của nitrite trong mẫu với thuốc thử sulfanilamide với sự

có mặt của acid phosphoric ở pH = 1,9 để tạo muối điazo mà muối này sẽ tạo thuốcnhuộm màu hồng với N-naphthol 26(1-naphthol 26naphthyl)-naphthol 261,2-naphthol 26diamonietan dihidroclorua Đo mật độquang tại bước sóng λ= 540 nm

4-naphthol 26[(4-naphthol 26aminobenzene) sulfonyl] aniline (dapsone, viết tắt là DAP) là 1 aminthơm Trong môi trường acid clohydric, DAP phản ứng với nitrite tạo ion diazo

S

DAP có 2 nhóm -naphthol 26 NH2, do đó ion điazoni hình thành cũng có 2 nhóm N Ξ N+ Ionđiazo này sẽ ghép cặp với α-naphthol 26 naphthol tạo hợp chất màu hấp thu cực đại ở bướcsóng λ= 538 nm Đo độ hấp thu của dung dịch mẫu thử ở bước sóng này để xácđịnh nồng độ của nitrite.

Trong các phương pháp xác định nitrite thì trắc quang là phương pháp có độnhạy tương đối cao, dễ thực hiện và phù hợp với các phòng thí nghiệm phân tíchmôi trường Hơn nữa, dapsone và α – naphthol là những hóa chất có giá thànhtương đối rẻ Vì vậy, trong đề tài này chúng tôi chú trọng đến việc xác định nitritebằng phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử dapsone và α – naphthol.

Việc nghiên cứu xác định nitrite bằng phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử dapsone và α – naphthol được tiến hành theo trình tự sau để tìm ra điều kiện tối ưu:

-naphthol 26 Khảo sát bước sóng tối ưu

-naphthol 26 Khảo sát thể tích HCl 2 M tối ưu

-naphthol 26 Khảo sát thời gian điazo hóa

-naphthol 26 Thời gian ghép cặp của ion điazoni và α – naphthol

-naphthol 26 Khảo sát độ bền của hợp chất màu

-naphthol 26 Khảo sát thể tích DAP tối ưu

-naphthol 26 Khảo sát thể tích α – naphthol tối ưu

-naphthol 26 Khoảng nồng độ của nitrite tuân theo định luật Lambert – Beer

-naphthol 26 Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)

-naphthol 26 Khảo sát ảnh hưởng của các chất cản nhiễu

Nhằm kiểm chứng lại các điều kiện tối ưu theo quy trình trên, chúng tôi sửdụng phần mềm Statgraphics Centurion để quy hoạch thực nghiệm và tối ưu các yếu

tố thực nghiệm

Từ điều kiện tối ưu khảo sát được, chúng tôi tiến hành phân tích hàm lượngnitrite trong mẫu nước nuôi trồng thủy sản Kết quả phân tích này được so sánh vớikết quả phân tích theo TCVN 6178: 1996 [12] để đánh giá tính đồng nhất thống kêgiữa 2 phương pháp

Chương 3

THỰC NGHIỆM3.1 THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT

3.1.1 Thiết bị

-naphthol 26 Máy UV 1700 Shimadzu

-naphthol 26 Cân phân tích 4 số Sartorius CP224S

Nước cất 2 lần và các hóa chất tinh khiết phân tích

-naphthol 26 NaNO2 ( Merk ) -naphthol 26 Dapsone (DAP) ( Merk )

-naphthol 26 α – naphthol (Merk)

-naphthol 26 Sulfanilamide (Merk)

-naphthol 26 N-naphthol 26(1-naphthol 26naphthyl)-naphthol 26ethylenediamine dihydrochloride (Merk)

-naphthol 26 Axit clohidric HCl (Prolabo)

-naphthol 26 NaOH (Trung Quốc)

-naphthol 26 C2H5OH, NaNO3,K2SO4, Na2S.9H2O, Dung dịch NH4OH, ure, AlCl3.6H2O,MgSO4, CaCl2, AgNO3, Pb(NO3)2, HgCl2, FeSO4.7H2O, FeCl3.6H2O, CuSO4.5H2O,

MnSO4.H2O, H3PO4 (Trung Quốc)

3.1.3 Pha chế các dung dịch

-naphthol 26 Dung dịch nitrite chuẩn 1000 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml: hòa tan 1,500 g NaNO2 vào bình định

chuẩn bị từ dung dịch này

-naphthol 26 Dapsone (DAP) 0,1%: 0,1 g DAP hòa tan trong 20 ml C2H5OH đến khi tanhoàn toàn rồi định mức bằng nước cất đến vạch 100 ml

-naphthol 26 α-naphthol 26 naphthol 0,5%: 0,5 g α-naphthol 26 naphthol hòa tan trong 100 ml dd NaOH 1M.-naphthol 26 Dung dịch SO42-naphthol 26 20000 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml từ K2SO4.

-naphthol 26 Dung dịch ure, Ca2+ 10000 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml từ ure, CaCl2

-naphthol 26 Dung dịch Pb2+ 5000 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml từ Pb(NO3)2

-naphthol 26 Dung dịch NO3-naphthol 26, NH3 2000 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml từ NaNO3, dd NH4OH

-naphthol 26 Dung dịch Al3+, Hg2+ 10000 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml từ AlCl3.6H2O, HgCl2

-naphthol 26 Dung dịch Mg2+ 500 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml từ MgSO4

-naphthol 26 Dung dịch Fe2+, Fe3+, Cu2+, Mn2+ 50 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml từ FeSO4.7H2O, FeCl3.6H2O,CuSO4.5H2O, MnSO4.H2O

-naphthol 26 Dung dịch Ag+ , S2-naphthol 26 10 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml từ AgNO3, Na2S.9H2O

-naphthol 26 Hỗn hợp chất tạo màu: Hòa tan 100 ml H3PO4 85% vào 800 ml nước, thêm

40 g sulfanilamide, hòa tan hoàn toàn Sau đó thêm 2g N-naphthol 26(1-naphthol 26naphthyl)ethylenediaminedihydrochloride, hòa tan hỗn hợp và định mức đến vạch 1 L

3.2 KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU

3.2.1 Khảo sát bước sóng tối ưu

Kế thừa các nghiên cứu của P.Nagaraj.J.S.Prakash [21], [23] về việc xác địnhnitrite bằng phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử dapsone, chúng tôi tiến hànhphản ứng trong điều kiện thiết bị và hóa chất tại phòng thí nghiệm với mục đích tìmđiều kiện tối ưu

Trước hết để khảo sát bước sóng tối ưu, chúng tôi tiến hành quét phổ hấp thụcủa dung dịch gồm các chất như bảng 3.1 trong khoảng bước sóng λ từ 400 –

700 nm

Bảng 3.1: Điều kiện khảo sát bước sóng λ tối ưu

α–naphthol 0,5% 2 ,5 ml

Định mức đến vạch 25 mlDung dịch so sánh được chuẩn bị tương tự dung dịch màu nhưng không cómặt nitrite Phổ hấp thu của nitrite với hỗn hợp DAP và α–naphthol trên máy UV

1700 Shimadzu có hấp thu cực đại ở λmax là 538 nm như hình bên:

Hình 3.1: Phổ hấp thu của dung dịch khảo sát Nhận xét: Theo phổ đồ thu được, hợp chất màu hấp thu cực đại ở bước

sóng λ = 538,4 nm Để thuận tiện trong quá trình phân tích, chúng tôi chọn bướcsóng λ = 538 nm để tiến hành khảo sát các yếu tố

3.2.2 Khảo sát thể tích HCl 2 M tối ưu

Pha dãy dung dịch màu như sau:

Lấy chính xác 2,0 ml nitrite 10 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml, 1,0 ml DAP, x ml HCl 2 M cho vàobình định mức 25 ml, để từ 3 – 5 phút sau đó cho 2,5 ml α–naphthol vào để yên 15phút Định mức tới vạch rồi đo mật độ quang ở bước sóng λ= 538 nm

Nhận xét: Hợp chất màu muốn hình thành phải trải qua giai đoạn điazo –

xảy ra trong môi trường acid Khi tăng thể tích HCl từ 0,1 ml đến 0,5 ml, lượng H+

tăng dần, phản ứng điazo tạo ra nhiều ion điazoni làm cho mật độ quang tăng dần

Trong khoảng thể tích của HCl 2 M từ 0,5 ml đến 1,2 ml , mật độ quang Acủa dung dịch ổn định Khi VHCl bằng 0,5 ml thì mật độ quang A bằng 0,629 còn khi

khi VHCl là 1,0 Tuy nhiên, độ chênh lệch mật độ quang A khi VHCl bằng 1,0 ml và

ml và VHCl bằng 1,2 ml là ∆A= -naphthol 262,17%

Hình 3.2 cũng cho thấy rằng: khi thể tích HCl lớn hơn 1,2 ml thì mật độquang giảm dần Điều này có thể giải thích rằng lúc này hàm lượng H+ trong dungdịch lớn sẽ ảnh hưởng đến khả năng ghép cặp của ion điazoni với α–naphthol

Từ những nhận xét trên cho ta nhận định rằng: khoảng thể tích tối ưu củaHCl là từ 0,5 ml ÷ 1,2 ml Và để thuận lợi cho việc phân tích, chúng tôi chọn thểtích HCl 2 M là 1,0 ml cho quá trình nghiên cứu tiếp theo

3.2.3 Khảo sát thời gian điazo hóa

Việc xác định nitrite bằng phương pháp này trải qua 2 giai đoạn: giai đoạn điazohóa tạo ra ion điazoni và giai đoạn ghép cặp tạo hợp chất màu Để thuận tiện cho quátrình nghiên cứu, chúng tôi tiến hành khảo sát thời gian điazo hóa và ghép cặp tối ưutrước bằng cách cố định các thông số khác, khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quátrình điazo hóa và ghép cặp.

Lấy chính xác 2,0 ml nitrite 10 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml (0,8 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml), 1,0 ml DAP, 1,0 ml HCl 2

M, sau đó khảo sát thời gian điazo hóa Tiếp theo thời gian này, ta thêm 2,5 mlαnaphthol để phản ứng ghép cặp xảy ra trong 15 phút Định mức và tiến hành đomật độ quang ở bước sóng λ= 538 nm Dung dịch so sánh cũng được chuẩn bị tương

tự như dung dịch đo nhưng không có nitrite Kết quả sự thay đổi mật độ quang nhưhình sau:

Nhận xét: Quá trình điazo hóa cần phải có thời gian Khi tăng thời gian

điazo hóa, hàm lượng ion điazoni tạo ra nhiều, hợp chất màu tạo ra càng nhiều, do

đó mật độ quang tăng dần Tuy nhiên, nếu để thời gian điazo hóa kéo dài mà khôngkịp thời cho ghép cặp thì ion điazoni sẽ bị thủy phân [18] Do vậy khi khảo sát thờigian điazo hóa (hình 3.3), chúng tôi nhận thấy sự biến đổi của mật độ quang nhưsau: thời gian đầu tăng dần, rồi ổn định và sau đó giảm theo thời gian Cụ thể là:

Khi thời gian điazo hóa tăng từ 1 ÷ 3 phút, mật độ quang A tăng dần từ 0,630 đến0,648, độ lệch của A từ 1 ÷ 3 phút ∆A= +2 ,86 %.

Trong khoảng từ 3 ÷ 7 phút, mật độ quang A ổn định và có giá trị cao nhất

Độ chênh lệch mật độ quang trong khoảng này là rất nhỏ, ∆A chỉ có +0,31% là rấttốt

Nhưng khi kéo dài thời gian điazo hóa, từ 7 phút trở đi mật độ quang A bắtđầu giảm dần, đến 15 phút giảm xuống còn 0,625, độ lệch mật độ quang 15 phút sovới 7 phút là ∆A= -naphthol 263,85% Điều đó đã chứng tỏ ion điazoni đã bị thuỷ phân 1 phần

do đó hiệu suất ghép cặp giảm đi và nồng độ của chất màu tạo thành cũng giảmtheo Thời gian điazo hóa càng tăng thêm thì mật độ quang càng giảm

Từ kết quả và nhận xét trên, chúng tôi nhận thấy: để quá trình điazo hóa diễn

ra với hiệu suất cao và tiết kiệm thời gian trong phân tích thì khoảng thời gian chogiai đoạn điazo hóa từ 3 ÷ 7 phút là thích hợp Vì vậy, chúng tôi chọn thời gianđiazo hóa là 5 phút để khảo sát tiếp theo

3.2.4 Thời gian ghép cặp của ion điazoni và α-naphtholnaphthol

Sau khi đã tìm được điều kiện tốt nhất cho 3 yếu tố: bước sóng, thể tích HCl

và thời gian điazo hóa thì giai đoạn tiếp theo trong bài này là khảo sát thời gianghép cặp Cụ thể quá trình khảo sát như sau: Lấy chính xác 2,0 ml nitrite 10 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml(0,8 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml), 1,0 ml DAP, 1,0 ml HCl 2 M, để yên trong 5 phút, thêm 2,5 mlαnaphthol để phản ứng ghép cặp xảy ra trong x phút Định mức và tiến hành đo mật

độ quang ở bước sóng λ= 538 nm Dung dịch so sánh cũng được chuẩn bị tương tựnhư dung dịch đo nhưng không có nitrite Kết quả nhận được từ khảo sát này đượcbiểu diễn qua hình vẽ sau (hình 3.4)

α-naphtholnaphthol Nhận xét: Mật độ quang tăng dần theo chiều tăng của thời gian ghép cặp Từ

1 đến 5 phút ghép cặp, mật độ quang tăng nhanh từ 0,640 đến 0,653, ∆A= +2 ,03%(chấp nhận được) Khi kéo dài thời gian ghép cặp từ 5 đến 15 phút, mật độ quangtiếp tục tăng nhưng chậm hơn so với lúc đầu Và từ 15 phút trở đi, mật độ quang ổnđịnh Sự chênh lệch mật độ quang khi ghép cặp 15 phút (A= 0,660) và 25 phút (A=0,662) là ∆A= +0,38% (rất nhỏ) Vì vậy để tiết kiệm thời gian khi phân tích, trong đềtài này chúng tôi chọn thời gian ghép cặp của ion điazoni và α-naphthol 26naphthol là 15 phút

3.2.5 Khảo sát độ bền hợp chất màu của nitrite với dapsone và α-naphtholnaphthol

Như chúng ta đã biết, các hợp chất màu có 1 khoảng thời gian bền màu nhấtđịnh Khi cường độ màu giảm có nghĩa là hợp chất màu đã bị phân hủy Việc khảosát độ bền của hợp chất màu theo thời gian là điều cần thiết để tiến hành đo mật độquang trong lúc hợp chất này còn ổn định Vì vậy, chúng tôi tiến hành khảo sát độbền màu của hợp chất như sau:

Lấy chính xác 2,0 ml nitrite 10 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml (0,8 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml), 1,0 ml DAP, 1,0 ml HCl 2

M, để yên trong 5 phút, thêm 2,5 ml α-naphthol 26naphthol để phản ứng ghép cặp xảy ra trong

15 phút Định mức và tiến hành đo mật độ quang ở bước sóng λ= 538 nm theo thờigian Dung dịch so sánh cũng được chuẩn bị tương tự như dung dịch đo nhưng

Nhận xét: Hợp chất màu có mật độ quang rất ổn định trong suốt thời gian

khảo sát 5 giờ

Từ 5 ÷ 60 phút, độ lệch mật độ quang là ∆A= +0,15 % Ở 5 phút A = 0,648 tuynhiên đến 60 phút thì A= 0,649

Từ 60 ÷ 120 phút, độ lệch mật độ quang là ∆A= -naphthol 260,15 % Mật độ quang ở 60 phút

là 0,649, đến 120 phút thì A= 0,648

Từ 120 ÷ 180 phút: mật độ quang không thay đổi ∆A= 0%

Từ 180 ÷ 240 phút, độ lệch mật độ quang là -naphthol 260,15 % Mật độ quang lúc 180phút là 0,648, đến khi 240 phút thì mật độ quang A= 0,647

Từ 240 ÷ 300 phút: độ lệch mật độ quang cũng bằng -naphthol 260 ,15%

Trong mỗi khoảng thời gian nhận xét như trên, mật độ quang chỉ chênh lệchnhau 0,001 đơn vị Sự sai lệch này có thể là do sai số của phép đo nên có thể xemnhư không thay đổi.

không có nitrite

Hình 3 5: ự thay đổi mật độ quang A theo th ời gian S

0.600 0.620 0.640 0.660

Kết luận: Hợp chất màu bền sau 5 giờ khảo sát Độ lệch mật độ quang sau 5 giờ

so với ban đầu ∆A chỉ có -naphthol 260,31% Như vậy, hợp chất màu này bền trong khoảng thờigian dài Điều này rất thuận lợi cho việc đo màu trong quá trình phân tích bằng phươngpháp trắc quang

3.2.6 Khảo sát thể tích DAP

Lấy chính xác 2,0 ml nitrite 10 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml (0,8 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml), x ml DAP, 1,0 ml HCl 2

M, để yên trong 5 phút, thêm 2,5 ml α-naphthol 26naphthol để phản ứng ghép cặp xảy ra trong

15 phút Định mức và tiến hành đo mật độ quang ở bước sóng λ= 538 nm Dungdịch so sánh cũng được chuẩn bị tương tự như dung dịch đo nhưng không có nitrite

Nhận xét: Khảo sát thể tích DAP tối ưu, chúng tôi nhận thấy rằng:

Trong khoảng thể tích DAP 0,2 ml ÷ 0,6 ml, mật độ quang tăng rất nhanh.Khi VDAP = 0,2 ml mật độ quang A= 0,613, khi VDAP = 0,6 ml mật độ quang A= 0,633, độlệch mật độ quang ở 2 điểm này là ∆A= +3 ,26%

Khi thể tích DAP tăng từ 0,6 ml đến 0,8 ml, mật độ quang tiếp tục tăng (từ0,633 lên 0,635) nhưng rất chậm, độ lệch mật độ quang giữa 2 thể tích này là ∆A=+0,32% Trong khoảng thể tích DAP từ 0,8 ml ÷ 1,2 ml, mật độ quang ổn định và

không đổi A= 0,635 Độ lệch mật độ quang khi VDAP = 0,8 ml so với khi VDAP = 1, 2

ml là ∆A= 0%

Trong khoảng thể tích DAP từ 1,2 ml ÷ 2 ml, mật độ quang giảm dần Khi

VDAP = 1,2 ml mật độ quang A= 0,635, khi VDAP = 2 ml mật độ quang A= 0,608, độlệch mật độ quang ở 2 điểm này là ∆A= -naphthol 26 4 ,25%

Vì vậy, thể tích DAP tối ưu trong phương pháp này là: 0,8 ml ÷ 1,2 ml Đểthuận tiện cho quá trình phân tích, chúng tôi chọn thể tích DAP là 1,0 ml cho cácnghiên cứu tiếp theo

3.2.7 Khảo sát thể tích α – naphthol

Lấy chính xác 2,0 ml nitrite 10 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml (0,8 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml), 1,0 ml DAP, 1,0 ml HCl 2

M, để yên trong 5 phút, thêm 1 thể tích ml α-naphthol 26naphthol (yếu tố khảo sát), để phảnứng ghép cặp xảy ra trong 15 phút Định mức và tiến hành đo mật độ quang ở bướcsóng λ= 538nm Dung dịch so sánh cũng được chuẩn bị tương tự như dung dịch đonhưng không có nitrite

Hình 3 7: M ật độ quang A theo yếu tố thể tích α – naphthol thêm vào

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700

Nhận xét: Khi thể tích α – naphthol < 2,0 ml, mật độ quang của dung dịch

rất thấp do lúc này dung dịch chưa đạt đến khoảng pH thích hợp nên hợp chất màuchưa tạo thành

Thể tích α – naphthol bằng 2,0 ÷ 4,5 ml, mật độ quang ổn định Độ sai lệch mật

độ quang khi Vα – naphthol bằng 4,5 ml (A= 0,621) và khi Vα – naphthol bằng 2,5 ml (A= 0,630)

là ∆A= +1,43 % Đặc biệt là trong khoảng từ 2,0 ÷ 3,0 ml, mật độ quang xem như không

đổi.

Khi thể tích α – naphthol tiếp tục tăng thì mật độ quang giảm dần Điều này

có thể giải thích là do lúc này pH của dung dịch đã thay đổi, không còn thích hợpcho phản ứng ghép cặp xảy ra Do đó, để đảm bảo đủ α – naphthol cho phản ứngghép cặp và vẫn duy trì pH thích hợp cho phản ứng tạo hợp chất màu thì thể tích α –naphthol tối ưu cho phương pháp này là từ 2,0 ÷ 3,0 ml Chúng tôi đã chọn thể tíchcủa α-naphthol 26naphthol là 2,5 ml trong suốt quá trình nghiên cứu theo phương pháp này

3.2.8 Khoảng nồng độ của nitrite tuân theo định luật Lambert – Beer

Trong thí nghiệm này, chúng tôi tiến hành đo mật độ quang của hệ phản ứng trênvới nồng độ nitrite tăng dần từ thấp đến cao theo điều kiện tối ưu đã khảo sát ở

trên Mỗi dung dịch được đo 3 lần sau đó lấy giá trị trung bình

Hình 3.8: Đồ thị đường chu ẩn A = f( NO 2 - )

y = 0,8237x + 0,0006 R² = 0,9997

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800

Nhận xét: Phương trình hồi quy tuyến tính y = 0,8237 x + 0,0006, có hệ số tương

quan R² = 0,9997 là rất tốt

Khoảng nồng độ tuyến tính tuân theo định luật Lambert – Beer là 0,03 ÷ 0,90 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml

3.2.9 Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)

Thông thường để khẳng định 1 phương pháp có độ nhạy tốt hay không người

ta phải tiến hành xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng

Có 2 phương pháp dùng để xác định LOD, LOQ:

-naphthol 26Tiến hành đo mật độ quang của 31 dung dịch mẫu trắng ở bước sóng λ =

538 nm Sau đó tính toán giá trị độ lệch chuẩn mẫu S, độ lệch chuẩn tổng thể σ vàxác định LOD, LOQ theo công thức:

LOD =

LOQ =

Vớilà mật độ quang trung bình của 31 mẫu trắng

b: hệ số góc của phương trình tuyến tính

-naphthol 26 Xác định LOD và LOQ dựa vào phương trình hồi quy

Trong phần nghiên cứu này chúng tôi chọn phương pháp xác định LOD,

LOQ theo cách dựa vào phương trình hồi quy

Sau khi khảo sát khoảng tuyến tính, chúng tôi xây dựng phương trình hồi quy rồitính toán LOD, LOQ

Phương trình hồi quy: y = 0,8237 x + 0,0006

LOD ≈ t0,95,f x

f = N + m – 2 ;

x

N: số điểm trên đường chuẩn

LOD ≈ 0,0079 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml = 7,9 ng/ml

LOQ ≈ LOD x ≈ 0,0264 μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mMg/ml = 26,4 ng/ml

Vậy giới hạn nồng độ có thể phát hiện được theo quy trình này là LOD =7,9ng/ml và giới hạn định lượng LOQ là 26,4 ng/ml

3.2.10 Khảo sát ảnh hưởng của các chất cản nhiễu

Trong mẫu nước có chứa rất nhiều chất có thể gây ảnh hưởng đến quá trìnhphân tích nitrite Việc tìm hiểu ảnh hưởng của các yếu tố cản nhiễu đến quá trìnhxác định nitrite trong mẫu nước là cần thiết Trong thí nghiệm này, chúng tôi khảosát mật độ quang của hệ theo các thông số đã tối ưu ở các phần trên (được tóm tắttheo bảng sau đây):

Bảng 3.2: Điều kiện tối ưu từ thực nghiệm