Các phương pháp hiện đại trong phân tích môi trường

Cỏc phng phỏp hin i Phõn tớch Mụi trng Th.S TRN NGUYN VN NHI NI DUNG Chng I M U Chng II PHNG PHP TRC QUANG Chng III PHNG PHP IN HểA Chng IV PHNG PHP SC Kí Chng V PHNG PHP KHI PH Chng VI PHN TCH NC Chng VII PHN TCH KH Chng VIII PHN TCH T TI LiU THAM KHO TT Tờn tỏc gi Tờn ti liu Nm Nh xut bn xut bn Lờ c v ng s Mt s phng phỏp phõn tớch mụi trng 2003 NXB HQGHN Roger Reeve Introduction to environmental analysis 2002 John Wiley and Sons Ltd John R.Dean Extraction Methods for Environmental Analysis 1998 Wiley Chng I: M u Khỏi nim phõn tớch mụi trng Khỏi nim húa phõn tớch S la chn phng phỏp phõn tớch mụi trng m bo cht lng phõn tớch (QA; QC) chớnh xỏc v tin cy ca phộp phõn tớch - Giỏ tr ca cỏc s liu phõn tớch mụi trng Phõn tớch mụi trng L s ỏnh giỏ mụi trng t nhiờn v nhng suy thoỏi ngi cng nh cỏc nguyờn nhõn khỏc gõy Phõn tớch mụi trng bao gm cỏc quan trc (monitoring) v cỏc yu t mụi trng núi chung Qua vic phõn tớch mụi trng, chỳng ta cú th bit c yu t no cn c quan trc, bin phỏp no cn c ỏp dng qun lý, giỳp chỳng ta cú th trỏnh cỏc thm sinh thỏi (ecological disaster) cú th xy Phõn tớch mụi trng (TT) Nghiờn cu sinh thỏi cú th hiu bit v ỏnh giỏ v mt h sinh thỏi ũi hi: Quan trc y s bin ng theo khụng gian v thi gian ca c cỏc yu t mụi trng Tip cn v cht lng v c s lng cú liờn quan n cu trỳc v chc nng ca h ú l cỏc tớnh cht lý, húa v sinh hc ca h sinh thỏi Sources of organic pollutants found in the environment Sources of organic pollutants found in the environment Khỏi nim húa phõn tớch Húa hc phõn tớch l mụn khoa hc v cỏc phng phỏp xỏc nh thnh phn nh tớnh v nh lng ca cỏc cht v hn hp ca chỳng Nh vy, húa phõn tớch bao gm cỏc phng phỏp phỏt hin, nhn bit cng nh cỏc phng phỏp xỏc nh hm lng ca cỏc cht cỏc mu cn phõn tớch Phõn tớch nh tớnh (quality) nhm xỏc nh cht phõn tớch gm nhng nguyờn t húa hc no, nhng ion, nhng nhúm nguyờn t hoc cỏc phn t no cú thnh phn cht phõn tớch Phõn tớch nh lng (quantity) cho phộp xỏc nh thnh phn v lng cỏc hp phn ca cht cn phõn tớch Cỏc bc thc hin phõn tớch mt i tng 10 Chn phng phỏp phõn tớch thớch hp: Khi thc hin bc ny cn phi c bit chỳ ý n tm quan trng, ý ngha phỏp lý v kinh t ca cụng vic phõn tớch, chỳ ý n ỳng n, lp li v tớnh kh thi ca phng phỏp phõn tớch Chn mu i din l mu cú thnh phn phn ỏnh ỳng nht cho thnh phn ca i tng phõn tớch T ú chun b mu thớ nghim l mu dựng tin hnh phõn tớch cht cn xỏc nh Sau ú thc hin vic bin mu ny thnh dung dch phõn tớch Tỏch cht: phõn tớch cỏc mu cú thnh phn phc thng phi tỏch hoc l cỏc cht l, hoc l cỏc cht ngn cn phộp xỏc nh cht cn phõn tớch hoc tỏch riờng cht cn phõn tớch hn hp vi cỏc cht khỏc Tin hnh nh lng cht cn phõn tớch, tc l thc hin cỏc thao tỏc, cỏc phộp o c phõn tớch xỏc nh nng hoc hm lng cht cn phõn tớch dung dch mu ó chun b bc trờn Tớnh toỏn kt qu phõn tớch, ỏnh giỏ tin cy ca cỏc kt qu ú Sonication 500 In this method, a vessel containing the sample and extraction solvent is immersed into an ultrasonic bath Heat may also be applied The procedure could include a period of continuous sonication, followed by a period of intermittent sonication, perhaps a few minutes every hour for several hours Alternatively, a succession of batch extracts (say, 10 sonication for each) could be made, combining the extracts before the following concentration stage The advantages are seen as the use of less complex laboratory equipment and the possibility of many simultaneous extractions in one apparatus The extraction time can be less than that of a typical Soxhlet extraction This simple technique is now part of standard methods for extraction of semi-volatiles from waste with a high solids content Supercritical Fluid Extraction 501 The properties of a supercritical fluid can be seen as being midway between a gas and a liquid It resembles a liquid in that substances have a limited solubility in the fluid, while it resembles a gas by having a low viscosity and surface tension The low viscosity allows the fluid to penetrate porous solids easily, and hence the current interest for solid extraction A number of gases may be used to produce the supercritical fluid but most analytical applications now use carbon dioxide The latter has a low cost and low toxicity Carbon dioxide has a critical temperature of 31C, which means extraction can take place at only slightly elevated temperatures Its critical pressure is 74.8 atm Typical extraction conditions would be 50C and 400 atm, with an extraction time of ca 30 There are a number of possibilities available for the collection of the extract Volatile compounds can be transferred directly to a gas chromatograph or can be adsorbed on to a solid for subsequent desorption into the GC system Semi-volatile material can be collected either as a dry solidor in an appropriate liquid solvent Applications of the technique are now appearing in some standard methods, although development of the more widespread use of the technique may be slowed by the unfamiliarity of analysts to the sometimes unexpected properties of supercritical fluids Supercritical Fluid Extraction 502 Giới hạn phát phơng pháp phân tích công cụ phân tích kim loại nặng 503 Hm lng di ng v c nh ca nguyờn t 504 Mt nguyờn t tn ti t dng: - Hm lng di ng + Tan nc, + Trao i d, di chuyn c, + Sinh vt, cõy hp th c + Dng ny cú vai trũ quan trng trng trt - Hm lng c nh + Nm cu trỳc ht keo t cng chc, + Khụng di chuyn, trao i c, + Sinh vt, cõy khụng hp th c, + Dng ny khụng cú ý ngha trng trt Hm lng nguyờn t = (dng di ng + dng c nh) Xỏc nh chỡ (Pb 2+ ) t 505 Ch cú cỏc mui Pb(NO3)2 v Pb(CH3COO)2 tan nc Trong dung dch axit clohydric, chỡ (II) nm dng phc vi clorua [PbCl3] Trong cỏc dung dch axit yu, chỡ b thy phõn v pH cao hn 7, chỡ di 2dng kt ta hidroxit mu vng nõu; mụi trng kim d b hũa tan to thnh ion Pb(OH) Vỡ vy quỏ trỡnh phõn tớch cn lu ý kh nng thy phõn ca Pb (II) Chỡ cng b giy lc v cỏc dng c thy tinh hp ph mnh, cỏc dung dch axit cú mt H 2O2 s hp ph Pb gim i ỏng k Phng phỏp xỏc nh 506 - Phõn hy t: Phõn hy t bng axit: Khi xỏc nh Pb t ngi ta x lý mu bng axit HF cựng axit HNO3 hay HClO4 Quỏ trỡnh phõn hy tin hnh lũ nung ( phõn hy cht hu c), ti nhit khụng vt quỏ 500 C trỏnh mt kim loi nng bay hi phõn hy mu t v mu qung ngi ta cng s dng hn hp HNO v cỏc cht oxi húa nh H2O2, HClO4, KClO3 Khi x lớ bng hn hp ny cỏc cht hu c b khoỏng húa, cỏc hp cht khú tan ca chỡ chuyn hon ton sang dng dung dch Quỏ trỡnh phõn hy tin hnh bỡnh Kenan v sinh hn khụng khớ di dng ng thy tinh Phng phỏp xỏc nh 507 Phõn hy bng phng phỏp nung chy: phõn hy mu t xỏc nh chỡ, cú th s dng hn hp Na2CO3 + MgO (1:2) hoc hn hp Na2CO3 + ZnO (1:4) Quỏ trỡnh phõn hy tin hnh ti nhit khụng cao quỏ 700-800 C thi gian 1,5-2 gi Lm 2lnh ri hũa tan nc núng Chỡ chuyn vo nc di dng Pb(OH) Phng phỏp xỏc nh 508 - Xỏc nh chỡ: xỏc nh mt lng nh chỡ, thng s dng phng phỏp chit trc quang vi thuc th ithizon Trong mụi trng trung tớnh hoc kim yu ithizon to vi ion Pb(II) thnh hp cht chỡ ithizonat Trong cỏc dung mụi hu c chỡ ithizonat cú mu tan ca chỡ (II) ithizonat CHCl3 cao gp 17 ln so vi CCl4 H s hp th phõn t bng 6,86.10 , hp th cc i bc súng 520 nm; gii hn phỏt hin ca phng phỏp l 0,05 àg Pb/ml nh lut Bia c tuõn theo n khong nng 70 àg Pb 50 ml CCl4 iu kin thớch hp chit phc l ti pH = - 10 Ti mụi trng kim pH > 10,5 v mụi trng axit pH < 3,5 nu tin hnh chit CHCl3 (hay ti pH < 4,5 nu chit bng CCl4) chỡ ithizonat s b phỏ hy v chỡ s chuyn sang tng nc Trỡnh t phõn tớch 509 Cõn 2,5 g t nghin n trng thỏi bt mn cho vo bỡnh Kenan, thờm vo y 15 ml HNO c v vi git H2O2, y bỡnh bng phu thy tinh cung di dựng lm sinh hn un núng nh n xut hin cỏc oxit ca nit ngui bỡnh ri thờm tip nhng phn HNO v H2O2 mi tin hnh un cho n mu t tr nờn trng X lý mu bng HCl v lc vo cc thy tinh chu nhit Chng dung dch lc n khụ, thờm vo cc HCl 1:1, un sụi n 80 - 90 C, lc v phn khụng hũa tan ca t Cho dung dch lc vo bỡnh nh mc v nh mc bng nc ct n vch mc Ly mt th tớch dung dch trờn cho vo phu chit, thờm - 10 ml amoni xitrat 10% v - git ch th thimol xanh Dựng amoniac trung hũa dung dch n pH 9-10 (ch th cú mu xanh) Sau ú thờm 5ml dung dch ithizon 0,001% CCl ri lc u phu Sau phõn lp, rút phn hu c vo phu chit khỏc Tin hnh chit li chỡ mu n mu ca ithizon khụng thay i Gp ton b phn chit Thờm vo phu chit cú hn hp cỏc dithizonat ca cỏc kim loi 10 ml HCl 0,02N v lc mnh chuyn chỡ sang tng nc; chuyn phn tng nc vo phu chit khỏc Ra phn hu c ú bng nc v nc ny cng gp vo phu chit cha dung dch chỡ Trỡnh t phõn tớch 510 Thờm vo dung dch cha chỡ ml amoniaxitrat 10% v trung hũa bng ammoniac n pH = Thờm ml KCN 5%, ml dung dch ithizon 0,001% CCl v lc mnh Sau phõn lp, rút phn hu c vo bỡnh nh mc dung tớch 25 50ml (hoc ng nghim chia ) v lp li quỏ trỡnh chit chỡ n mu ca ithizo khụng thay i nh mc th tớch n vch mc bng CCl Lc u v o mu bc súng 520 nm Dung dch so sỏnh l CCl 2+ Xỏc nh thy ngõn (Hg ) t 511 -6 Theo Vinagradova A.P hm lng thy ngõn t l: 1-14.10 %, theo Glauseva V.P v cỏc -7 -6 cng s hm lng thy ngõn t dao ng gii hn 1.10 -1.10 % Hm lng trung bỡnh ca thy ngõn thy quyn l 0,03 àg/l, thc vt: n.10 % Trong t khong pH = 6, thy ngõn b c nh cht nht -5 - n.10 Phng phỏp xỏc nh 512 Phõn hy t: Cú th dựng phng phỏp thiờu kt hoc x lý mu bng axit Trong phng phỏp thiờu kt khụng dựng cỏc mui cacbonat ca kim loi kim vỡ ú cú th mt hon ton thy ngõn xỏc nh thy ngõn ngi ta dựng phng phỏp thiờu kt cỏc iu kin kh ú thy ngõn s c kh n kim loi ri ct dng c c bit, thng s dng canxi oxit v bt st, chỡ oxit, chỡ oxit v canxi nitrat lm cht thiờu kt Hg thu c s c hũa tan HNO Trong phng phỏp x lý mu bng axit ngi ta thng dựng H2SO4 cú mt cht oxi húa nh HNO3, cỏc mui nitrat hoc KMnO4 Quỏ trỡnh phỏ mu un núng cho n mu tr nờn trng, sau ú loi cht oxi húa cũn d bng cỏch thờm vo cỏc cht kh nh urờ, focmalin phõn hy mu thc vt hoc cỏc i tng sinh hc khỏc ngi ta dựng hn hp H 2SO4 v HClO4 cú mt natri molipat y nhanh quỏ trỡnh phõn hy ngi ta tm t mu trc bng dung dch HNO c Phng phỏp xỏc nh 513 Trong mụi trng axit cú d thuc th, ithizon phn ng vi Hg(II) to thnh phc Hg(HDZ) tan cỏc dung mụi hu c Dung dch thy ngõn (II) ithizonat CHCl v CCl4 cú mu vng-da cam; hp th cc i bc súng 485 nm H s hp th phõn t bng 7,1.10 ; nh lut Bia tuõn theo khong nng n 50 àg Hg 50 ml dung dch chit iu kin thớch hp to phc v chit phc l dung dch H2SO4 0,5-1N hay HNO3 0,5 -1N Trỡnh t phõn tớch 514 Thiờu hy g t ó nghin n trng thỏi bi bng hn hp PbO +Ca(NO3)2; g t c mi mn ci vi g PbO2 v 0,15 g Ca(NO3)2 ó lm khụ trc bỡnh hỳt m Cho hn hp vo phn ca dng c v un núng, lỳc u un nh phn trờn ngn la ốn khớ v sau ú nung Khi thiờu kt dng c c t hi nghiờng Sau - phỳt nung núng, di chuyn ngn la ốn khớ n 3, t núng phn ny sau ú li chuyn xung di, lm lnh Hũa tan thy ngõn ó thng hoa 1ml HNO3 1:1 ri chuyn dung dch vo phu chit Ra ng nghim mt vi ln bng nc ct ri gp c vo phu chit trờn Pha loóng dung dch bng nc ct n nng HNO 1N Sau ú rút vo phu dung dch KMnO4 0,1N n dung dch cú mu hng ri lc u Sau - phỳt kh lng MnO cũn d bng Na2SO3 20%, lc u Thờm vo phu chit ml dung dch ithizon 0,001% CHCl3 v lc phu chit phỳt Tin hnh chit ithizonat n ithizon khụng i mu Sau tỏch lp, rút phn chit vo cuvet v o mt quang bc súng 485 nm [...]... QA/QC trong tính toán kết quả, ghi chép số liệu phân tích 39  Ngày tháng phân tích, phương pháp phân tích  Ký hiệu mẫu phân tích  Ký hiệu và kết quả phân tích của mẫu kiểm tra  Các giới hạn kiểm tra và cảnh báo  Các sắc đồ, đồ thị (nếu có)  Họ tên người phân tích, người tính toán và người kiểm tra 4.4 QA/QC trong báo cáo kết quả 40 - Tiêu đề - Tên, địa chỉ phòng thí nghiệm tiến hành phân tích. .. Ngày, giờ phân tích - Ký hiệu mẫu - Tình trạng mẫu khi đưa vào phân tích - Phương pháp phân tích đã sử dụng - Sai số cho phép - Kết quả phân tích mẫu trắng thiết bị, mẫu trắng phòng thí nghiệm, mẫu đúp và mẫu lặp - Kết quả phân tích mẫu 5 Độ chính xác và độ tin cậy của phép phân tích 41 Sai số và độ chính xác: Sai số được thể hiện qua kết quả phân tích của các lần lặp lại Nếu một mẫu được phân tích lặp... của phân tích hóa học 11  Vấn đề  Khảo sát để xác định mức độ ô nhiễm môi trường  Quyết định phương pháp kiểm soát phù hợp để hạn chế ô nhiễm  Thường xuyên đánh giá để đảm bảo vấn đề ô nhiễm được kiểm soát 3 Sự lựa chọn phương pháp để phân tích môi trường 12  Sử dụng phương pháp phân tích nào?  Lượng mẫu có đủ cho phòng thí nghiệm không?  Yếu tố nào hạn chế sự phát hiện, độ chính xác của các phương. .. mẫu QC 37  Các kết quả mẫu trắng hiện trường được so sánh với các kết quả mẫu trắng phòng thí nghiệm để phân biệt sự nhiễm bẩn ngoài hiện trường và sự nhiễm bẩn trong phòng thí nghiệm  Mẫu thêm hiện trường được so sánh với mẫu thêm phòng thí nghiệm để phân biệt các vấn đề bảo quản và vận chuyển mẫu ngoài hiện trường và các vấn đề bảo quản mẫu trong phòng thí nghiệm  Mẫu lặp ngoài hiện trường được... lại tất cả các bước bảo quản trong báo cáo kết quả 4.2.3 Lựa chọn và công nhận phương pháp phân tích 36  Thông số phân tích  Yêu cầu giới hạn phát hiện  Độ chính xác của phương pháp (độ chính xác, độ chuẩn xác)  Yêu cầu về khả năng so sánh số liệu  Sự phù hợp của phương pháp với các điều kiện phòng thí nghiệm  Phòng thí nghiệm phải tiến hành các thủ tục chấp nhận/phê duyệt phương pháp 4.2.4... hành bảo quản mẫu cho từng thông số chất lượng nước, trầm tích, phù du, vi sinh vật theo các chỉ dẫn trong các tiêu chuẩn tương ứng  Bảo đảm độ chính xác của các phép đo, phân tích ngoài hiện trường khi các điều kiện môi trường không được đảm bảo Các thông số hiện trường (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất ) cần phải ghi chép khi lấy mẫu để chuyển đổi các giá trị đo được về điều kiện tiêu chuẩn khi lập 0 báo... chuyển 4.1.3 QA/QC trong đo, phân tích tại hiện trường 29  Một số thông số không bền như nhiệt độ, pH, DO, chất rắn lơ lửng, độ đục cần được xác định tại chỗ hoặc ngay sau khi lấy mẫu càng sớm càng tốt  Khi đo, phân tích tại chỗ các thông số không bền, cần phải chú ý: + Lựa chọn phương pháp phân tích phù hợp để không hoặc ít bị ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài hoặc tạo các điều kiện môi trường thích hợp... và môi trường,  Quản lý mẫu thử,  Phương pháp phân tích và hiệu lực của phương pháp,  Chất chuẩn, mẫu chuẩn 4.2. 1Các yêu cầu chung về năng lực phòng thí nghiệm 34 Phòng thí nghiệm phải tiến hành các thủ tục kiểm soát chất lượng, bao gồm:  Thường xuyên sử dụng chất chuẩn được chứng nhận trong các phép thử,  Tham gia các chương trình so sánh liên phòng hoặc thử nghiệm thành thạo,  Tổ chức phân tích. .. phương pháp phân tích được sử dụng?  Người sẽ tiến hành phân tích?  Những vấn đề gì cần chú ý để tránh làm bẩn mẫu trong quá trình bảo quản mẫu  Các chỉ tiêu nào cần phân tích để phản ánh thực tế khả năng độc hại của môi trường? Hàm lượng hay dạng tồn tại của các nguyên tố hoá học? 4 Đảm bảo chất lượng phân tích (QA; QC) 13 Đảm bảo chất lượng (QA: Quality Assurance) bao gồm:  Phải tuân thủ theo các. ..  Trong phòng thí nghiệm  Trong tính toán kết quả, ghi chép số liệu phân tích  Trong báo cáo kết quả 4.1.1 Hoạt động lấy mẫu 15 Mục tiêu chương trình kiểm soát chất lượng lấy mẫu:  Cung cấp được những phương pháp giám sát và phát hiện các sai sót do lấy mẫu và do đó có các biện pháp loại trừ các dữ liệu không hợp lệ hoặc sai lạc  Chứng minh được rằng các sai số lấy mẫu đã được kiểm soát một cách