bài thực hành phương pháp phân tích môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG BÀI THỰC HÀNH PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG Giảng viên: ThS. Trần Nguyễn Vân Nhi NHA TRANG 6/2013 Trang 1 BÀI 1: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG TỔNG NITƠ TRONG ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP KJELDAHL 1. Mục đích Nitơ là một trong những nguyên tố dinh dưỡng quan trọng của thực vật. Hầu hết các nitơ trong đất đều ở dạng hữu cơ (95-99%), chỉ một phần ở dạng vô cơ (1-5%). Đa số các đất, hàm lượng nitơ trong chất mùn chiếm khoảng 5% chất mùn. Cây trồng chỉ sử dụng nitơ trong đất khi đã chuyển hoá thành dạng vô. Mức độ phân giải phụ thuộc vào bản chất của dạng nitơ hữu cơ (nếu C/N càng cao, nitơ hữu cơ càng khó phân giải), vào nhiệt độ, độ ẩm, pH…. của đất. Nitơ tổng là một chỉ tiêu thường được phân tích để đánh giá độ phì nhiêu tiềm tàng của đất. Để phân tích người ta thường phân huỷ chất hữu cơ chuyển nitơ thành dạng amoni. Quá trình phân huỷ này có rất nhiều phương pháp khác nhau:  Dùng H 2 SO 4 đặc kết hợp với chất xúc tác: phương pháp Kjeldahl (Kjendahl,1883) dùng H 2 SO 4 đặc đun sôi với chất xúc tác là Selen hoặc CuSO 4 .  Dùng H 2 SO 4 đặc kết hợp với chất oxi hoá mạnh: Chiurin(1933) dùng H 2 SO 4 đặc đun sôi với K 2 Cr 2 O 7 hay CrO 3 . Hay có thể kết hợp với KClO 4 và đun sôi (Ghinbuoc, Meseriacov, 1963). Sau khi chuyển nitơ sang dạng amoni người ta dùng phương pháp chuẩn độ hoặc so màu để xác định lượng nitơ tổng số trong đất. 2. Nguyên tắc Khi cho chất hữu cơ tác dụng với acid sunfuric đậm đặc (H 2 SO 4 đđ ) đun sôi với sự có mặt của chất xúc tác (CuSO 4 .5H 2 O và K 2 SO 4 ), cacbon và hidro của chất hữu cơ được oxi hoá đến CO 2 và H 2 O, nitơ còn lại ở dạng khử và chuyển sang dạng amonium sunfat. 2CH 3 CHNH 2 COOH + 13H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 + 6CO 2 + 16H 2 O + 12SO 2 Sau đó kiềm hóa sản phẩm phản ứng: (NH 4 ) 2 SO 4 + 2NaOH 2NH 3 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O Rồi đem chưng cất và chuẩn độ lượng amoniac giải phóng ra: Trang 2 NH 3 + H 3 BO 3 NH 4 + H 2 BO 3 - 2NH 4 + H 2 BO 3 - + H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 + 2H 3 BO 3 3. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 3.1 Hóa chất: Hoá chất: - Nước cất 01 lần - Acid Sunfuric đậm đặc (H 2 SO 4 đđ) - Hỗn hợp xúc tác (CuSO 4 .5H 2 O và K 2 SO 4 ); NaOH; H 3 BO 3 . - Methyl đỏ và methyl xanh - Ethanol 95% - Acid sunfuric 0,05mol/L (H 2 SO 4 0,1N) Pha hoá chất: - Xúc tác gồm hỗn hợp CuSO 4 .5H 2 O và K 2 SO 4 được cân theo tỷ lệ 1: 5 trộn đều. - NaOH 40%: hòa tan 400g NaOH trong nước và định mức thành 1L. - H 3 BO 3 4%: hòa tan 40g H 3 BO 3 trong nước và định mức thành 1L. - Chỉ thị Tashiro: hòa tan 2g methyl đỏ và 1g methyl xanh trong ethanol và định mức thành 1000mL. - Ethanol 95%: pha 950mL ethanol trong nước và định mức thành 1000mL. - Acid sunfuric 0,05mol/L (H 2 SO 4 0,1N): pha ống chuẩn (H 2 SO 4 0,1N) và định mức thành 1L. 3.2 Dụng cụ: - Buret 25mL - Ống đong 1000mL - Bình định mức 25mL, 1000mL - Bình tam giác 100mL. Trang 3 3.3 Thiết bị: - Hệ thống phá mẫu và chưng cất đạm bán tự động (Kjeldahl). 4. Cách tiến hành 4.1 Vô cơ hoá mẫu: - Cân khoảng 0,5g đến 2,0g mẫu cho vào ống Kjeldahl có dung tích phù hợp (thường 250 mL). - Thêm một lượng chất xúc tác (CuSO 4 .5H 2 O và K 2 SO 4 ) phù hợp khoảng 0,9g đến 1,2g. - Thêm 25 mL H 2 SO 4 đđ đối với gam chất khô đầu tiên của mẫu và thêm 6-12mL cho mỗi gam chất khô tiếp theo. Trộn đều, đảm bảo đã làm ướt toàn bộ phần mẫu thử. Đặt bộ ống Kjeldahl vào bộ phá mẫu. - Cài đặt nhiệt độ và thời gian cho máy với tổng thời gian vô cơ hóa từ 3 – 4 giờ. - Sau khi phá mẫu hoàn tất, chất lỏng trong bình trong và có màu xanh da trời nhạt. Để nguội. Nếu thấy quá trình vô cơ hóa xuất hiện cặn rắn thì cho một ít nước cất vào rồi lắc đều. 4.2 Chưng cất amoniac - Đem mẫu đi chưng cất. Cài đặt thông số cho máy (dựa theo catalogue) như sau: H 2 O : 2S H 3 BO 3 : 3S NaOH : 5S - Thời gian chưng cất: 5 phút - Nhỏ 3 giọt chỉ thị Tashiro vào bình hấp thu và tiến hành chưng cất mẫu. 4.3 Chuẩn độ Chuẩn độ bằng H 2 SO 4 0,1N, ghi nhận điểm cuối khi chuyển từ màu xanh dương sang mận chín. Đọc thể tích acid sunfuric tiêu tốn trên buret. 5. Kết quả Hàm lượng nitơ của mẫu thử được xác định theo công thức sau: Trang 4 W N = (V 1 – V 0 ) * C *14 /m Trong đó: W N : Hàm lượng nitơ của mẫu (g/kg) V 1 : Thể tích dung dịch H 2 SO 4 0,1N dùng để chuẩn độ mẫu thử (mL) V 0 : Thể tích dung dịch H 2 SO 4 0,1N dùng để chuẩn độ mẫu trắng (mL) C : Nồng độ của dung dịch H 2 SO 4 0,1N (mol/L) 14 : Khối lượng phân tử gam của nitơ (M = 14 g/mol) m : Khối lượng của mẫu thử (g) 6. Câu hỏi 6.1 Giá trị chỉ thị của hàm lượng nitơ (%N) trong 6 nhóm đất chính của Việt Nam được quy định như thế nào? 6.2 Cho biết công thức hóa học của phức chất màu xanh dương và màu mận chín trong quá trình chuẩn độ? Trang 5 BÀI 2: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP CHIURIN 1. Mục đích Sự tích lũy chất hữu cơ ở dạng mùn trong đất là do hoạt động vi sinh vật, thực vật cũng như bón phân hữu cơ. Xác định chất hữu cơ trong đất là xác định hàm lượng, thành phần mùn quyết định hình thái và tính chất lí, hoá học và độ phì của đất. Trong tầng mùn chứa gần 90% nitơ ở dạng dự trữ và phần lớn các nguyên tố dinh dưỡng như P, S, nguyên tố vi lượng, là kho dự trữ chất dinh dưỡng cho cây trồng. Hiện có nhiều phương pháp xác định chất hữu cơ của đất: phương pháp đốt khô, phương pháp đốt ướt (Chiurin, Walkley - Black), phương pháp đốt mùn trong tủ sấy 150 o C, thời gian 20 phút (Nikitin) và phương pháp oxi hóa mùn 24 giờ ở nhiệt độ 20 o C (P.Antanova) 2. Nguyên tắc Chất hữu cơ của đất, dưới tác dụng của nhiệt độ, bị dung dịch K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 (1: 1) oxi hoá: 3C + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 3CO 2 + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4 ) 3 + 8H 2 O Lượng K 2 Cr 2 O 7 còn dư được dung dịch muối FeSO 4 hay muối Morh (FeSO 4 .(NH 4 ) 2 SO 4 .6H 2 O) để khử: K 2 Cr 2 O 7 + 6FeSO 4 +7H 2 SO 4 Cr 2 (SO 4 ) 3 + 3Fe 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 7H 2 O Chất chỉ thị cho quá trình chuẩn độ này thường dùng là acid phenylanthranilic (C 13 H 11 O 2 N), màu chuyển từ đỏ mận sang xanh lá cây hoặc diphenylamin (C 12 H 11 N), màu sẽ chuyển từ màu lam tím sang xanh lá cây. Trong quá trình chuẩn độ, Fe 3+ tạo thành có thể ảnh hưởng đến quá trình chuyển hoá màu cũa chất chỉ thị, vì vậy trước khi chuẩn độ có thể cho thêm một lượng nhỏ H 3 PO 4 hoặc muối chứa ion F - để tạo phức không màu với Fe 3+ . 3. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị Trang 6 3.1 Hóa chất: - K 2 Cr 2 O 7 0,4N trong H 2 SO 4 (1:1): cân 20g tinh khiết K 2 Cr 2 O 7 nghiền bằng chày trong cối sứ, hoà tan trong 250 mL nước cho vào bình định mức 1L. Cần phải để bình trong chậu nước đá lạnh rồi mới cho từ từ H 2 SO 4 đậm đặc (d = 1,84) vào cho đến thể tích 1L. Nồng độ của dung dịch này được kiểm tra bằng dung dịch FeSO 4 (hoặc muối Morh) 0,2N. - Có trường hợp sau khi pha xong để một vài hôm có vài tinh thể màu đỏ hình kim xuất hiện, trong trường hợp này chỉ cần thêm ít nước, lắc đều tinh thể sẽ mất. - Dung dịch muối Morh 0,5N: cân 200g (NH 4 ) 2 SO 4 .FeSO 4 .6H 2 O hoà tan trong nước, thêm 20mL H 2 SO 4 đặc và định mức đến 1L. - Chỉ thị Ferroin: pha 0,695g FeSO 4 .7H 2 O; 1,485g orthophenaltrolinamonohydrat trong 100mL H 2 O cất 3.2 Dụng cụ: - Cối, chày sứ - Cốc thủy tinh - Bình định mức 1L - Pipet - Bình tam giác (Erlen) 250mL - Buret - Rây 3.3 Thiết bị: - Cân phân tích - Tủ sấy 4. Cách tiến hành - Đất để phân tích mùn được chuẩn bị cẩn thận: dùng cân phân tích cân lấy khoảng 0,8g đã rây qua rây 1mm (Tùy theo dạng đất mà lượng đất lấy khác nhau: Đất trắng có ít mùn nên khối lượng đất > 1g, và ngược lại đất đen < 1g ), trộn đều bỏ vào trong erlen. Hút 10mL dung dịch H 2 SO 4 : K 2 Cr 2 O 7 (1:1) bằng pipet chính xác vào trong erlen 100mL. Lắc nhẹ bình, tránh để đất bám lên thành bình. - Cách quan sát mẫu: nếu khi cho đất vào dung dịch chuyển sang màu xanh ngọc  hàm lượng mùn tương đối cao. - Sấy ở nhiệt độ 150 0 C trong vòng 20 phút. Trang 7 - Sau 20 phút lấy mẫu ra ngoài để nguội tự nhiên 1 thời gian. - Cho vào dung dịch mẫu khoảng 7µl chất chỉ thị Ferroin. - Chuẩn chỉ thị với dung dịch Morh 0,5N. Dung dịch có màu xanh tím đậm  xanh ngọc  đỏ. Đồng thời mẫu luôn được tiến hành song song với 1 mẫu trắng đối chứng. Thí nghiệm với 3 lần lặp lại. 5. Tính kết quả Chất hữu cơ = (V 0 -V) x N x 0,003 x 1,724 x 100 x K a V 0 : muối Morh dùng chuẩn độ thí nghiệm trắng (mL) V: thể tích muối Morh dùng chuẩn độ mẫu (mL) N: nồng độ đương lượng của dung dịch muối Morh (mgđl/L) a: lượng mẫu đất lấy phân tích (g) K: hệ số chuyển đổi từ mẫu khô không khí sang mẫu khô tuyệt đối. 1,724: hệ số chuyển đổi thành tổng hàm lượng chất hữu cơ. Chú ý: đất chứa nhiều clorua cũng ảnh hưởng đến kết quả phân tích vì có một phần Cr 2 O 7 2- tiêu tốn cho sự oxi hoá Cl - . Cr 2 O 7 2- +6 Cl - + 14H + 2Cr 3+ + 3 Cl 2 + 7 H 2 O 6. Câu hỏi 6.1 Thành phần mùn đất và đặc điểm của chúng? 6.2 Công thức hóa học của tinh thể màu đỏ hình kim xuất hiện sau khi pha dung dịch K 2 Cr 2 O 7 trong H 2 SO 4 ? Trang 8 BÀI 3: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG TỔNG PHỐTPHO TRONG ĐẤT 1. Mục đích Phốtpho có tác dụng rất quan trọng trong dinh dưỡng của thực vật, đặc biệt là đối với sự phát triển của rễ và hạt. Hàm lượng photpho trong đất giao động trong khoảng 0,1 – 0,19 % (P 2 O 5 ). Trong tất cả các loại đất, hàm lượng photpho ở các tầng dưới nhỏ hơn đáng kể so với tầng trên. 2. Nguyên tắc Trong môi trường acid các dạng photphat sẽ được chuyển về dạng orthophotphat và sẽ phản ứng tạo phức amoniummolybdate có màu xanh và được đo ở bức sóng 882nm hoặc 670nm. Phương trình phản ứng PO 4 3- + 12(NH 4 ) 2 M 0 O 4 + 24H + (NH 4 ) 3 PO 4 .12M 0 O 3 + 21 NH 4 + + 12 H 2 O (NH 4 ) 3 PO 4 .12M 0 O 3 + ne + = Molybdenum (xanh dương) 3. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 3.1 Hoá chất - Acid H 2 SO 4 2,5M: cho từ từ 138mL acid H 2 SO 4 đậm đặc vào trong 500mL nước cất rồi định mức thành 1L (a). - Dung dịch acid ascorbic 0,1M: cân 1,76g acid ascorbic hoà tan trong 100mL nước cất (b). - Dung dịch amoniummolybdate 4%: hoà tan 40g trong 1L nước cất (c). - Dung dịch potassiumantimoniumtartrate KSbOC 4 H 4 O 4 .1/2H 2 O cân 0,2728g hòa tan trong 100mL nước cất (d). - Dung dịch thuốc thử trộn theo tỉ lệ: (a):(b):(c):(d) = 50:30:15:5 thành 100mL. - Dung dịch NaOH 1N: Pha 40g NaOH bằng nước cất rồi định mức tới 1L. - Dung dịch photphat chuẩn gốc: hòa tan 439mg KH 2 PO 4 khan (đã sấy ở 105 0 C trong một giờ) trong 1L nước cất. Dung dịch chuẩn có nồng độ 100ppm. Trang 9 - Dung dịch làm việc: pha trước lúc dùng. Lấy 5 mL dung dịch chuẩn gốc pha loãng bằng nước cất tới 50 mL, dung dịch có nồng độ 10 ppm. 3.2 Dụng cụ - Cốc thủy tinh - Ống đong - Pipet - Bình định mức 50mL, 100mL. 3.3 Thiết bị - Spectrophotometer - Bếp điện - Tủ hút 4. Cách tiến hành - Phá huỷ mẫu bằng hỗn hợp H 2 SO 4 và HClO 4 : Cân 1g đất đã ray chuẩn bị vào trong bình Kjeldahl dung tích 50mL. Thêm vào bình 8mL dung dịch H 2 SO 4 đậm đặc, để yên khoảng 15 phút để mẫu thấm hóa chất. - Đun khoảng 15-20 phút thấy xuất hiện khói trắng. Chuyển ra ngoài để nguội rồi cho 2-3 giọt HClO 4 70% (cần chú ý phải thực hiện trong tủ hút). Đốt tiếp dung dịch cho tới khi mẫu xuất hiện màu trắng thì đem ra để nguội. Dùng nước cất rửa và chuyển dung dịch vào bình định mức 100mL, định mức đến 100mL. - Sau đó dùng phương pháp so màu: Cho 2mL mẫu vào các bình định mức 50mL, cho thêm 2-3 giọt phenolphthalein. Chuẩn độ pH bằng cách dùng NaOH 1N cho vào bình định mức, hỗn hợp có màu hồng nhạt. Tiếp tục cho H 2 SO 4 0,1N vào chuẩn lại cho dung dịch mất màu hồng nhạt. (Các bình định mức dựng đường chuẩn cũng chuẩn pH tương tự như vậy). Tất cả các bình cho vào 4 mL dung dịch thuốc thử, định mức bằng nước cất đến 50 mL. Trộn đều hỗn hợp, để yên 10 phút để màu được lên hoàn toàn. Đem đi so màu trên máy spectrophotometer tại bức sóng 882nm. STT 0 1 2 3 4 5 6 VPO 4 3- chuẩn (ml) 0 2 4 6 8 10 0 V thuốc thử (ml) 4 4 4 4 4 4 4 [...]... V1: Tổng thể tích dung dịch hấp thụ mẫu, mL V2: Thể tích dung dịch mẫu đã hấp thụ lấy ra phân tích, mL Vk: Thể tích không khí được lấy quy về điều kiện tiêu chuẩn 6 Câu hỏi 6.1 Ảnh hưởng của NO2 đến môi trường như thế nào? 6.2 Các yếu tố nào ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp phân tích? 6.3 Nhận xét kết quả so với QCVN qui định về hàm lượng NO2 trong không khí xung quanh? Trang 14 BÀI 5: SẮC... khả năng tách thực tế vì cùng một giá trị nhưng nếu vết bị giãn rộng thì mức độ chồng chấp 2 vệt lớn hơn 5.3.2 Độ chọn lọc α Trong đó: Rf,1 và Rf,2 là giá trị Rf của hai cấu tử 1 và 2 thường là hai cấu tử có các vệt lân cận 6 Câu hỏi 6.1 Ứng dụng của sắc ký bản mỏng đến việc phân tích môi trường như thế nào? Trang 18 6.2 Các yếu tố nào ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp phân tích? 6.3 Những... sắc ký (dung môi màu xanh nhạt di chuyển lên trên bản sắc ký Trang 15 Dung môi thích hợp dùng trong sắc ký bản mỏng sẽ là một dung môi có tính phân cực khác với pha tĩnh Nếu một dung môi phân cực được dùng để hòa tan mẫu thử trên một pha tĩnh phân cực, vệt nhỏ mẫu thử sẽ lan tròn do mao dẫn, và các vệt khác nhau có thể trộn lẫn vào nhau Do đó, để hạn chế sự lan tròn của các vệt mẫu, dung môi được sử... = f(x) Sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu để lập phương trình tuyến tính y = ax + b Dựa vào đường chuẩn để tính toán kết quả P2O5 (%) Đất nghèo P . TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG BÀI THỰC HÀNH PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG Giảng. thường được phân tích để đánh giá độ phì nhiêu tiềm tàng của đất. Để phân tích người ta thường phân huỷ chất hữu cơ chuyển nitơ thành dạng amoni. Quá trình phân huỷ này có rất nhiều phương pháp khác. nhiều phương pháp xác định chất hữu cơ của đất: phương pháp đốt khô, phương pháp đốt ướt (Chiurin, Walkley - Black), phương pháp đốt mùn trong tủ sấy 150 o C, thời gian 20 phút (Nikitin) và phương