Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng amoni, nitrit và nitrat trong nước

Header Page of 27 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐẶNG THỊ TRANG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO KIT THỬ ĐỊNH LƯỢNG AMONI, NITRIT VÀ NITRAT TRONG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 Footer Page of 27 Header Page of 27 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐẶNG THỊ TRANG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO KIT THỬ ĐỊNH LƯỢNG AMONI, NITRIT VÀ NITRAT TRONG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa Phân Tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Thị Kim Thường Footer Page of 27 Header Page of 27 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung nitrit, nitrat amoni 1.1.1 Tính chất lí, hóa học nitrit, nitrat amoni 1.1.2 Độc tính nitrit nitrat amoni Error! Bookmark not defined 1.1.3 Chu trình sinh hóa Nitơ mơi trƣờng Error! Bookmark not defined 1.2 Các phƣơng pháp phân tích nitrit, nitrat amoni phòng thí nghiệmError! Bookmar 1.2.1 Phƣơng pháp phân tích thể tích trọng lƣợngError! Bookmark not defined 1.2.2 Phƣơng pháp trắc quang Error! Bookmark not defined 1.2.3 Các phƣơng pháp khác Error! Bookmark not defined 1.3 Các phƣơng pháp phân tích nhanh amoni, nitrit nitratError! Bookmark not defined 1.3.1.Chế tạo thiết bị đo quang nhỏ gọn Error! Bookmark not defined 1.3.2 Các test kit có xác định amoni, nitrit nitratError! Bookmark not defined 1.3.2.1 Xác định nitrit Error! Bookmark not defined 1.3.2.2 Xác định nitrat Error! Bookmark not defined 1.3.2.3 Xác định amoni Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị Error! Bookmark not defined 2.1.1 Hóa chất Error! Bookmark not defined 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị Error! Bookmark not defined 2.2 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3.1 Phƣơng pháp trắc quang xác định nitrit thuốc thử GriessError! Bookmark not defi 2.3.2 Phƣơng pháp khử nitrat thành nitrit Error! Bookmark not defined 2.3.3 Phƣơng pháp trắc quang xác định NH4+ thuốc thử indothymolError! Bookmark no 2.3.4 Phƣơng pháp nghiên cứu chế tạo kit thử Error! Bookmark not defined Footer Page of 27 Header Page of 27 2.3.5 Nghiên cứu ứng dụng kit thử phân tích trƣờng sử dụng máy đo quang cầm tay Error! Bookmark not defined 2.4 Phƣơng pháp thí nghiệm xử lý số liệu Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lƣợng nitrit Error! Bookmark not defined 3.1.1 Nghiên cứu tìm điều kiện tối ƣu xác định NO2- phòng thí nghiệmError! Bookmark 3.1.1.1 Phổ hấp thụ phức màu Error! Bookmark not defined 3.1.1.2 Ảnh hƣởng pH đến độ hấp thụ quang Error! Bookmark not defined 3.1.1.3 Ảnh hƣởng lƣợng thuốc thử Griees đến độ hấp thụ quangError! Bookmark not defined 3.1.1.4 Ảnh hƣởng thứ tự thêm thuốc thử đến độ hấp thụ quangError! Bookmark not defined 3.1.1.5 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ thời gian tới độ ổn định màu phức Error! Bookm 3.1.1.6 Khảo sát ảnh hƣởng ion cản trở đến độ hấp thụ quangError! Bookmark not defined 3.1.1.7 Khoảng tuyến tính đƣờng chuẩn xác định nitrit Error! Bookmark not defined 3.1.2 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lƣợng nitrit Error! Bookmark not defined 3.1.2.1 Xây dựng thành phần kit thử nitrit Error! Bookmark not defined 3.1.2.2 Khảo sát khả sử dụng axit oxalic làm môi trƣờng phản ứngError! Bookmark not defin 3.1.2.3 Khảo sát thời gian ổn định màu phức sử dụng kit thửError! Bookmark not defined 3.1.2.4 Khảo sát khoảng tuyến tính xây dựng đƣờng chuẩn xác định nitrit sử dụng kit thử Error! Bookmark not defined 3.1.2.5 Nghiên cứu thay pipet bình định mức dụng cụ ngồi trƣờng (xy lanh, ống fancol) Error! Bookmark not defined 3.1.2.6 So sánh sai khác nồng độ dung dịch mẫu sử dụng quy trình phòng thí nghiệm phân tích trƣờng xác định nitrit Error! Bookmark not defined 3.1.2.7 Đánh giá độ xác phép phân tích dùng kit thử nitritError! Bookmark not defined 3.1.2.8 Khảo sát độ bền kit thử nitrit Error! Bookmark not defined 3.2 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lƣợng nitrat sở kit nitritError! Bookmark not defi 3.2.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng chất khử đến độ hấp thụ quangError! Bookmark not defined 3.2.2 Ảnh hƣởng môi trƣờng khử đến độ hấp thụ quangError! Bookmark not defined 3.2.3 Ảnh hƣởng thời gian khử đến độ hấp thụ quangError! Bookmark not defined Footer Page of 27 Header Page of 27 3.2.4 Khảo sát ảnh hƣởng ion cản trở đến độ hấp thụ quangError! Bookmark not defi 3.2.5 Khoảng tuyến tính đƣờng chuẩn xác định nitrat khơng có nitritError! Bookmark 3.2.6 Đƣờng chuẩn NO2- có khơng có mặt chất khửError! Bookmark not defined 3.2.7 Đánh giá độ xác phép đo dung kit thử nitratError! Bookmark not defined 3.2.8 Khảo sát độ bền kit thử nitrat Error! Bookmark not defined 3.3 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lƣợng amoni Error! Bookmark not defined 3.3.1 Nghiên cứu tìm điều kiện tối ƣu xác định NH4+ phòng thí nghiệmError! Bookmark 3.3.1.1 Phổ hấp thụ hợp chất indothymol Error! Bookmark not defined 3.3.1.2 Khảo sát thời gian ổn định màu phức Error! Bookmark not defined 3.3.1.3 Ảnh hƣởng pH đến độ hấp thụ quang Error! Bookmark not defined 3.3.1.4 Ảnh hƣởng lƣợng thuốc thử� nitrit nhƣ phƣơng pháp trắc quang, phƣơng pháp cực phổ, phƣơng pháp điện cực chọn lọc ion, phƣơng pháp sắc kí, phƣơng pháp phân tích bơm mẫu vào dòng chảy… đối tƣợng mẫu khác Các phƣơng pháp có độ nhạy tốt, nhƣng cần thiết phải có điều kiện phân tích nghiêm ngặt, máy móc trang thiết bị đại, cồng kềnh, nhều thời gian Bên cạnh đó, việc lấy mẫu, vận chuyển bảo quản mẫu ảnh hƣởng đến tồn dạng nitơ nƣớc Hiện nƣớc nhƣ Mỹ, Đức, Nhật ngƣời ta sản xuất kit thử xác định nhanh amoni, nitrat nitrit dựa phản ứng tạo phức màu chất phân tích với thuốc thử, kết hợp thang đo màu để phân tích bán định lƣợng Tuy nhiên, Việt Nam giá thành kit tăng lên đáng kể khó đặt mua Footer Page of 27 Header Page of 27 Ở Việt Nam có kit thử phân tích amoni, nitrat nitrit Bộ Cơng An sản xuất, nhiên kit dùng phân tích định bán định lƣợng Với mục đích chế tạo kit thử amoni, nitrat nitrit kết hợp máy đo quang cầm tay để xác định lƣợng vết amoni, nitrit nitrat mẫu nƣớc trƣờng với thời gian phân tích ngắn, giảm hóa chất độc hại, giảm sai số chuyển hóa dạng nitơ trình vận chuyển bảo quản mẫu, đơn giản hóa dụng cụ phòng thí nghiệm, giảm chi phí phân tích, tiện lợi, linh hoạt phù hợp với điều kiện phân tích nƣớc ta, chúng tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng amoni, nitrit nitrat nước” Mục tiêu đề tài nghiên cứu chế tạo kit thử dạng bột, hạn chế tối đa dung dịch, sử dụng dụng cụ phân tích đơn giản để xác định lƣợng vết amoni, nitrit nitrat nƣớc trƣờng cách kết hợp với máy đo quang cầm tay Footer Page of 27 Header Page of 27 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung nitrit, nitrat amoni 1.1.1 Tính chất lí, hóa học nitrit, nitrat amoni 1.1.1.1 Tính chất lí, hóa học nitrit Trong muối nitrit ngun tử N trạng thái lai hóa sp2, hai obitan lai hóa tham gia tạo thành liên kết σ với hai ngun tử O obitan lai hố có cặp electron tự Một obitan 2p lại khơng lai hố nitơ có electron độc thân tạo nên liên kết π không định chỗ với hai nguyên tử oxy Nhờ có cặp electron tự nitơ, ion NO2- có khả tạo liên kết cho nhận với ion kim loại Một phức chất thƣờng gặp natricobantinitrit Na 3[Co(NO2)6] Đây thuốc thử dùng để phát ion K+ nhờ tạo thành kết tủa K3[Co(NO2)6] màu vàng Nitrit kim loại kiềm bền với nhiệt, chúng không phân hủy nóng chảy mà phân hủy 5000C Nitrit kim loại khác bền hơn, bị phân hủy đun nóng, chẳng hạn nhƣ AgNO2 phân hủy 1400C, Hg(NO2)2 750C [4, 10] Axit nitrơ khơng bền, nhanh chóng bị phân hủy, đun nóng: HNO2 → HNO3 +2NO + H2O Bởi khí NO2 tan nƣớc thực tế tạo nên HNO3 NO theo phản ứng: 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO Trong dung dịch nƣớc, axit nitrơ axit yếu (Kb= 4,5.10-4), mạnh axit cacbonic Do không bền, axit nitrơ hoạt động mặt hóa học Nó vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử Footer Page of 27 Header Page 10 of 27 Axit nitrơ oxi hóa đƣợc dung dịch HI đến I2, dung dịch SO2 đến H2SO4, ion Fe2+ đến ion Fe3+… thân biến thành NO Với chất oxi hóa mạnh nhƣ KMnO4, MnO2, PbO2, axit nitrơ bị oxi hóa đến axit nitric Các muối nitrit bền nhiệt HNO2 tồn độc lập Phần lớn nitrit tan tốt nƣớc, trừ AgNO2 Nitrit kim loại kiềm nóng chảy khơng phân hủy Cũng nhƣ ion NO2-, đa số muối nitrit khơng có màu Trong mơi trƣờng axit, muối nitrit có tính oxi hóa tính khử nhƣ axit nitrơ Muối NaNO2 đƣợc dùng rộng rãi công nghiệp hóa học, cơng nghiệp nhuộm azo [4] 1.1.1.2 Tính chất lí, hóa học nitrat Trong muối nitrat, ion NO3- có cấu tạo hình đa giác với góc ONO 1200 độ dài liên kết N-O 1,218 A0 Trong nguyên tử nitơ trạng thái lai hóa sp2, ba obitan lai hóa tạo thành ba liên kết σ với ba nguyên tử oxi Obitan 2p lại nguyên tử nitơ tạo nên liên kết π không định chỗ với nguyên tử oxi [4, 10] Muối nitrat khan kim loại kiềm bền với nhiệt (chúng thăng hoa chân khơng 380 – 500oC) Còn nitrat kim loại khác dễ phân hủy đun nóng Nitrat muối axit bền HNO3 HNO3 bị thủy phân dƣới tác dụng ánh sáng, dung dịch có màu vàng Trong nƣớc, HNO3 axit mạnh nên phân li hoàn toàn Tất muối nitrat tan nƣớc chất điện li mạnh Trong dung dịch, chúng phân li hoàn toàn thành ion Ion NO3- khơng có màu, nên màu số muối nitrat màu cation kim loại muối tạo nên Một số muối nitrat nhƣ NaNO3, NH4NO3, hấp thụ nƣớc khơng khí nên dễ bị chảy rữa Các muối nitrat dễ bị phân hủy Độ bền nhiệt muối nitrat phụ thuộc vào chất cation tạo muối Muối nitrat kim loại hoạt động mạnh (kali, natri, ) bị phân hủy thành muối nitrit oxi Muối nitrat magie, kẽm, sắt, chì, đồng, bị phân hủy Footer Page 10 of 27 10 Header Page 11 of 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Bộ Y tế (2002), Thường qui kiểm tra nhanh chất lượng vệ sinh an tồn thực phẩm Bộ Khoa học Cơng nghệ (2002), Chất lượng nước, TCVN 7220-2 : 2002 (2002) Đoàn Bộ (2001), Hóa học biển- Các phương pháp phân tích Hóa học biển NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Vũ Đăng Độ, Triệu Thị Nguyệt (2010), Hóa học vô cơ, NXB Giáo Dục Nguyễn Thành Đức, Nguyễn Minh Trúc (2010)," Chế tạo thiết bị đánh giá nhanh chất lƣợng mơi trƣờng nƣớc biển ven bờ" Tạp chí Khoa học Công nghệ biển, tập 10(1), p 37-49 Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội, Phạm Hùng Việt(1999), Hóa Học mơi trường, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Koroxtelev, P.P (1974), Chuẩn bị dung dịch cho phân tích hóa học, NXB Khoa học Kĩ thuật Lê Văn Khoa (1995), Môi trường ô nhiễm, NXB Giáo Dục Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Cự, Trần Thiện Cƣờng, Nguyễn Đình Đáp (2010), Giáo trình nhiễm môi trường đất biện pháp xử lý, NXB Giáo Dục 10 Hồng Nhâm (1999), Hóa học vơ cơ, NXB Giáo Dục 11 Nguyễn Văn Ri, Tạ Thị Thảo (2013), Thực Tập Hóa phân tích- Phần 1: Các phương pháp phân tích hóa học, Khoa Hóa học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 12 Xác định amoni phƣơng pháp chƣng cất chuẩn độ (TCVN 5998 :1995) 13 Xác định amoni phƣơng pháp trắc phổ thao tác tay (TCVN 6179 -1: 1996 - ISO 7150-1: 1984) 14 Xác định amoni phƣơng pháp trăc phổ tự động (TCVN 6179-2: 1996 -ISO 7150-2: 1986) Footer Page 11 of 27 11 Header Page 12 of 27 TÀI LIỆU TIẾNG ANH 15 Adnan Aydın, Ozgen Ercan, Sulin Tascioglu (2005), “A novel method for the spectrophotometric determination of nitrite in water”, Talanta 66 1181–1186 16 Badiadka Narayana and Kenchaiah Sunil (2009)," A Spectrophotometric Method for the Determination of Nitrite and Nitrat",Erausian Journal of Analytical Chemistry, 4(2), p204-214 17 Barbara Deutsch, Petra Kahle, Maren Vos (2006), " Assessing the source of nitrate pollution in water using stable" Springer Verlag, p 263-267 18 Bernhard Schnetger, Carola Lehners (2014)," Determination of nitrate plus nitrite in small volume marine water samples using vanadium(III)chloride as a reduction agent", Marine Chemistry, vol 160,p 91-98 19 Dong Kim Loan, Tran Hong Con,Tran Thi Hong and Luong Thi Mai Ly (2013),"Quick Determination of Ammonia Ions In Water Environment Based on Thymol Color Creating Reaction" HIKARI Ltd 20 Dora Scheriner (1975),"Determination of Ammonia and Kjeldahl Nitrogen by Indophenol",Water research, Vol 10, p 31-36 21 Emilio García-Robledo , Alfonso Corzo, Sokratis Papaspyrou (2014),"A fastand direct spectrophotometric method for the sequential determination of nitrate and nitrit at low concentrations in small volumes",Marine Chemistry, vol 162, p.30-36 22 EPA (1997),Method and Guidance for Analysis of water, American Public Heath Association 23 EPA (1999),"4500-NH3: F Phenate method",Standard methods for the Examination of Water and Wastewater, American Public Heath Association 24 Fostr Dee Snell and Leslie S Ettre (1972),Encyclopedia of industrial chemiscal analysic ,Vol 16, Interscience Publishers 25 Kresic, N (2007),Hydrogeology and groundwater modeling (second edition), CRC Press, Boca Raton, Taylor & Francis Group, Florida Footer Page 12 of 27 12 Header Page 13 of 27 26 Magee P N and Barness J M,(1967), “Carcinogenic nitroso compounds”, Advances in Cancer Research 10, pp 163- 168.] 27 Minoru Okumura, Kaoru Fujinaga, Yasushi Seike, Sachiko Honda (1999),"A simple and rapid visual method for the determination of ammonia nitrogen in environmental waters using thymol" Fresenius J Anal Chem, vol 365, p 467469 28 Nidal A Zatar , Maher A Abu-Eid, Abdullah F Eid," Spectrophotometric determination of nitrite and nitrate using phosphomolybdenum blue complex", Talanta, vol 50, p 819-826 29 Norwitz, P N Keliher (1984),"Spectrophotometric determination of nitrite with composite reagents containing sulphanilamide, sulphanilic acid or 4nitroaniline as the diozotisable aromatic amine and N-(1-naphthyl) ethylene diamine as coupling agent", Analyst, Vol 109, pp 1281-1286 30 S.Strelzoff and D.J.Newman (1967)," Nitric acid", A.Standen, Kirk- Othmer Encyclopdia of chemiscal Technology, Vol 13 31 S.Marten, J Harms, Wissenschaftliche Geratebau Dr Ing.H Knauer GmbH (2000),Determination of nitrite and nitrate in fruit juies by UV detection, KNAUER - ASI - Advanced Scientific Instruments 32 Tage Dalsgaard, Bo Thamdrup, Laura Farías and Niels Peter Revsbech (2012),"Inc Anammox and denitrification in the oxygen minimum zone of the eastern South Pacific",Association for the Sciences of Limnology and Oceanography , vol 57(5), pp 1331 – 1346) 33 Timmer-TenHoor(1974), "Sulfide interaction on colorimetric nitrite determination" , Marine Chemistry vol (2), p 149-151 34 Timothy A Doane, William R Horwath (2003)," Spectrophotometric Determination of Nitrate with a Single Reagent", Analytical Letters, vol 36(12), p 2713-2722 35 Ximenes M.I.N, raths Reyesf.G.R (2000)," Polarographic determinantion of nitrate in vegetable",Talanta, ISSN 0039-9140, p 49-56 Footer Page 13 of 27 13 Header Page 14 of 27 36 Yuegang Zuo, Chengjun Wang, Thuan Van (2006)," Simultaneous determination of nitrite and nitrate in dew, rain, snow and lake water samples by ion-pair high-performance liquid chromatography", Talanta, vol70, p 281285 37 Zanardi E, Dazzi G, Madarena G, Chizzolini R (2002)," Comparative study on nitrite and nitrate ions determination." Ann.Fac.Medic.Vet.di Parma, vol XXII, p.79-86 Footer Page 14 of 27 14 ...h nƣớc ta, chúng tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng amoni, nitrit nitrat nước Mục tiêu đề tài nghiên cứu chế tạo kit thử dạng bột, hạn chế tối đa dung dịch, s...r Page of 27 Ở Việt Nam có kit thử phân tích amoni, nitrat nitrit Bộ Công An sản xuất, nhiên kit dùng phân tích định bán định lƣợng Với mục đích chế tạo kit thử amoni, nitrat nitrit kết hợp máy đ... NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐẶNG THỊ TRANG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO KIT THỬ ĐỊNH LƯỢNG AMONI, NITRIT VÀ NITRAT TRONG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa Phân Tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC