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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐẶNG THỊ TRANG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO KIT THỬ ĐỊNH LƢỢNG AMONI, NITRIT VÀ NITRAT TRONG NƢỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐẶNG THỊ TRANG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO KIT THỬ ĐỊNH LƢỢNG AMONI, NITRIT VÀ NITRAT TRONG NƢỚC Chun ngành: Hóa Phân Tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Thị Kim Thƣờng LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc hồn thành phòng thí nghiệm Hóa Phân Tích, khoa Hóa Học, trƣờng Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Với lòng biết ơn sâu sắc xin gửi lời cảm ơn tới TS.Nguyễn Thị Kim Thƣờng PGS.TS Tạ Thị Thảo tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình thực đề tài viết luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn hỗ trợ kinh phí đề tài nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ cấp thành phố Hà Nội: “Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo quang cầm tay kết hợp với kit thử để phân tích nhanh lƣợng vết amoni, nitrit nitrat nƣớc trƣờng”, mã số: 01C- 02/05-2014-2 Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo giảng dạy khoa Hoá Học, trƣờng Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội, đặc biệt thầy mơn Hố Phân tích nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè ln động viên, chia sẻ suốt trình thực luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên Đặng Thị Trang MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 13 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 1.1.3 Chu trình sinh hóa Nitơ môi trƣờng 1.2 Các phƣơng pháp phân tích nitrit, nitrat amoni phòng thí nghiệm 1.2.1 Phƣơng pháp phân tích thể tích trọng lƣợng 1.2.2 Phƣơng pháp trắc quang 11 1.2.3 Các phƣơng pháp khác 19 1.3 Các phƣơng pháp phân tích nhanh amoni, nitrit nitrat 22 1.3.1.Chế tạo thiết bị đo quang nhỏ gọn 22 1.3.2 Các test kit có xác định amoni, nitrit nitrat 24 1.3.2.1 Xác định nitrit 24 1.3.2.2 Xác định nitrat 25 1.3.2.3 Xác định amoni 26 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 28 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 28 2.1.1 Hóa chất 28 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị 30 2.2 Nội dung nghiên cứu 30 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 31 2.3.1 Phƣơng pháp trắc quang xác định nitrit thuốc thử Griess 31 2.3.2 Phƣơng pháp khử nitrat thành nitrit 31 2.3.3 Phƣơng pháp trắc quang xác định NH4+ thuốc thử indothymol 31 2.3.4 Phƣơng pháp nghiên cứu chế tạo kit thử 32 2.3.5 Nghiên cứu ứng dụng kit thử phân tích trƣờng sử dụng máy đo quang cầm tay 32 2.4 Phƣơng pháp thí nghiệm xử lý số liệu 33 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lƣợng nitrit 34 3.1.1 Nghiên cứu tìm điều kiện tối ƣu xác định NO2- phòng thí nghiệm 34 3.1.1.1 Phổ hấp thụ phức màu 34 3.1.1.2 Ảnh hƣởng pH đến độ hấp thụ quang 35 3.1.1.3 Ảnh hƣởng lƣợng thuốc thử Griees đến độ hấp thụ quang 36 3.1.1.4 Ảnh hƣởng thứ tự thêm thuốc thử đến độ hấp thụ quang 37 3.1.1.5 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ thời gian tới độ ổn định màu phức 37 3.1.1.6 Khảo sát ảnh hƣởng ion cản trở đến độ hấp thụ quang 39 3.1.1.7 Khoảng tuyến tính đƣờng chuẩn xác định nitrit 40 3.1.2 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lƣợng nitrit 42 3.1.2.1 Xây dựng thành phần kit thử nitrit 43 3.1.2.2 Khảo sát khả sử dụng axit oxalic làm môi trƣờng phản ứng 43 3.1.2.3 Khảo sát thời gian ổn định màu phức sử dụng kit thử 43 3.1.2.4 Khảo sát khoảng tuyến tính xây dựng đƣờng chuẩn xác định nitrit sử dụng kit thử 44 3.1.2.5 Nghiên cứu thay pipet bình định mức dụng cụ ngồi trƣờng (xy lanh, ống fancol) 46 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 47 3.1.2.7 Đánh giá độ xác phép phân tích dùng kit thử nitrit 48 3.1.2.8 Khảo sát độ bền kit thử nitrit 49 3.2 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lƣợng nitrat sở kit nitrit 51 3.2.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng chất khử đến độ hấp thụ quang 51 3.2.2 Ảnh hƣởng môi trƣờng khử đến độ hấp thụ quang 52 3.2.3 Ảnh hƣởng thời gian khử đến độ hấp thụ quang 53 3.2.4 Khảo sát ảnh hƣởng ion cản trở đến độ hấp thụ quang 55 3.2.5 Khoảng tuyến tính đƣờng chuẩn xác định nitrat khơng có nitrit 57 3.2.6 Đƣờng chuẩn NO2- có khơng có mặt chất khử 59 3.2.7 Đánh giá độ xác phép đo dung kit thử nitrat 61 3.2.8 Khảo sát độ bền kit thử nitrat 63 3.3 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lƣợng amoni 64 3.3.1 Nghiên cứu tìm điều kiện tối ƣu xác định NH4+ phòng thí nghiệm 64 3.3.1.1 Phổ hấp thụ hợp chất indothymol 64 3.3.1.2 Khảo sát thời gian ổn định màu phức 65 3.3.1.3 Ảnh hƣởng pH đến độ hấp thụ quang 66 3.3.1.4 Ảnh hƣởng lƣợng thuốc thử thymol 3% đến độ hấp thụ quang 67 3.3.1.5 Ảnh hƣởng xúc tác natri nitropussiat đến độ hấp thụ quang 68 3.3.1.6 Ảnh hƣởng lƣợng NaClO tới độ hấp thụ quang 69 3.3.1.7 Khảo sát ảnh hƣởng ion cản trở đến độ hấp thụ quang 70 3.3.1.8 Khảo sát khoảng tuyến tính xây dựng đƣờng chuẩn xác định amoni 72 3.3.2 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lƣợng amoni 73 3.3.2.1 Xây dựng thành phần kit thử amoni 74 3.3.2.2 Khảo sát thời gian ổn định màu phức sử dụng kit thử 74 3.3.2.3 Khảo sát khoảng tuyến tính xây dựng đƣờng chuẩn xác định amoni sử dụng kit thử 75 3.3.2.4 So sánh sai khác nồng độ dung dịch mẫu sử dụng quy trình phòng thí nghiệm phân tích trƣờng 77 3.3.2.5 Đánh giá độ xác phép đo dùng kit thử 77 3.3.2.6 Khảo sát độ bền kit thử 79 3.4 Quy trình sử dụng kit thử amoni, nitrit nitrat 81 3.5 Ứng dụng kit thử phân tích mẫu thực tế 83 3.5.1 Nghiên cứu ứng dụng kit thử cho máy cầm tay thƣơng mại 83 3.5.2 Ứng dụng phân tích 86 3.5.2.1 Phân tích nitrit 86 3.5.2.3 Phân tích amoni 88 KẾT LUẬN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 91 TÀI LIỆU TIẾNG ANH 92 PHỤ LỤC: Quy trình sử dụng kit thử amoni, nitrit nitrat DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Giới hạn cho phép hàm lƣợng amoni, nitrit nitrat nƣớc Bảng 3.1: Ảnh hƣởng pH đến độ hấp thụ quang phức màu xác định nitrit 35 Bảng 3.2 : Ảnh hƣởng hàm lƣợng thuốc thử đến độ hấp thụ quang xác định nitrit 36 Bảng 3.3: Ảnh hƣởng thứ tự thêm thuốc thử đến độ hấp thụ quang xác định nitrit 37 Bảng 3.4: Ảnh hƣởng nhiệt độ thời gian tới độ hấp thụ quang xác định nitrit 38 Bảng 3.5 :Ảnh hƣởng ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định nitrit 40 Bảng 3.6: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ NO2- 41 Bảng 3.7: Khảo sát khả khử axit oxalic nitrat 43 Bảng 3.8: Ảnh hƣởng thời gian đến độ hấp thụ quang phức màu azo 44 Bảng 3.9: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ NO2- 45 Bảng 3.10: Độ hấp thụ quang mẫu trắng xác định nitrit 46 Bảng 3.11: Kết phân tích nitrit mẫu nƣớc dụng cụ PTN dụng cụ trƣờng 47 Bảng 3.12: Kết đo mẫu xác định nitrit quy trình PTN trƣờng 47 Bảng 3.13: Đánh giá độ lặp lại phép đo với dung dịch chuẩn sử dụng kit thử nitrit 48 Bảng 3.14:Đánh giá độ lặp lại phép đo với mẫu thực sử dụng kit thử nitrit48 Bảng 3.15 Kết phân tích mẫu thực tế đánh giá độ phƣơng pháp phân tích nitrit 49 Bảng 3.16: Độ bền hỗn hợp kit nitrit theo thời gian 50 Bảng 3.17: Ảnh hƣởng hàm lƣợng chất khử đến độ hấp thụ quang xác định nitrat 52 Bảng 3.18: Ảnh hƣởng nồng độ NH4Cl đến khả khử NO3- thành NO2- 53 Bảng 3.19: Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất khử xác định nitrat 54 Bảng 3.20: Ảnh hƣởng ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định nitrat 56 Bảng 3.21: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrat 57 Bảng 3.22: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrit môi trƣờng khử 59 Bảng 3.23 Đánh giá độ lặp lại phép đo với dung dịch chuẩn dùng kit thử NO3-61 Bảng 3.24 Đánh giá độ lặp lại phép đo với mẫu thực dùng kit thử nitrat 62 Bảng 3.25 Kết phân tích mẫu thực tế đánh giá độ phƣơng pháp phân tích nitrat 62 Bảng 3.26: Độ bền hỗn hợp kit nitrat theo thời gian 63 Bảng 3.27: Ảnh hƣởng thời gian đến độ hấp thụ quang phức màu indothymol 65 Bảng 3.28: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào pH xác định amoni 66 Bảng 3.29: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang xác định amoni vào lƣợng thymol 67 Bảng 3.30: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang xác định amoni vào natri nitroprussiat 68 Bảng 3.31: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang xác định amoni vào lƣợng NaClO 0,5% 69 Bảng 3.32: Ảnh hƣởng ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định amoni 71 Bảng 3.33: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ NH4+-N 72 Bảng 3.34: Ảnh hƣởng thời gian đến độ hấp thụ quang phức màu indothymol 74 Bảng 3.35: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào C NH4+-N dùng kit thử 75 Bảng 3.36: Kết phân tích amoni PTN ngồi trƣờng 77 Bảng 3.37: Đánh giá độ lặp lại với dung dịch tiêu chuẩn sử dụng kit thử amoni78 Bảng 3.38: Đánh giá độ lặp lại với mẫu thực sử dụng kit thử amoni 78 Bảng 3.39 Kết phân tích mẫu thực tế đánh giá độ phƣơng pháp phân tích amoni 79 Bảng 3.40: Độ bền hỗn hợp kit amoni theo thời gian 80 Bảng 3.41: Xác định nitrit mẫu tự tạo máy UV – VIS 1650 PC DPM – MT 83 Bảng 3.42: Xác định nitrat mẫu tự tạo máy UV – VIS 1650 PC DPM – MT 84 Bảng 3.43: Xác định nitrit mẫu tự tạo có mặt chất khử máy UV – VIS 1650 PC DPM – MT 84 Bảng 3.44: Xác định amoni mẫu tự tạo máy UV-VIS 1650 PC DPMMT 85 Bảng 3.45: Kết đo mẫu thực với kit thử nitrit 87 Bảng 3.46: Kết đo mẫu thực với kit thử nitrat 88 Bảng 3.47: Kết đo amoni mẫu thực 89 Bảng 3.40: Độ bền hỗn hợp kit amoni theo thời gian Thí Nghiệm A 0,745 0,739 0,747 0,745 0,741 C 1,042 1,033 1,045 1,042 1,036 A 0,753 0,759 0,745 0,748 0,751 C 1,053 1,061 1,042 1,046 1,050 A 0,742 0,748 0,755 0,746 0,762 C 1,038 1,046 1,056 1,043 1,066 A 0,746 0,753 0,748 0,753 0,75 C 1,043 1,053 1,046 1,053 1,049 Ngày 15 30 52 Nhập số liệu vào phần mềm thống kê để xử lý cho kết biểu diễn hình sau: Hình 3.29: Đồ thị đảm bảo chất lượng (QC) độ bền hỗn hợp kit amonit theo thời gian Từ số liệu bảng 3.29 sử dụng phân tích Anova so sánh giá trị trung bình xử lý phần mềm thống kê Minitab 14 cho kết hình 3.29 Nhƣ 80 giá trị trung bình hàm lƣợng NH4+ khoảng thời gian khảo sát nằm giới hạn định, đặc trƣng cho khoảng tin cậy giá trị trung bình chung Nói cách khác kit thử nitrat bền thời gian khảo sát Kết cho thấy điểm giá trị trung bình mẫu thống kê nằm giới hạn định Nói cách khác kit thử amoni bền khoảng thời gian khảo sát 3.4 Quy trình sử dụng kit thử amoni, nitrit nitrat Hình 3.30: Kit thử nitrit hướng dẫn sử dụng 81 Hình 3.31: Kit thử nitrat hướng dẫn sử dụng Hình 3.32: Kit thử amoni hướng dẫn sử dụng 82 3.5 Ứng dụng kit thử phân tích mẫu thực tế 3.5.1 Nghiên cứu ứng dụng kit thử cho máy cầm tay thƣơng mại Sử dụng kit thử để phân tích mẫu hai máy UV – VIS 1650 PC máy DPM – MT Cách tiến hành: Dùng mẫu tự tạo có nồng độ amoni, nitrit nitrat khác Tiến hành đo mẫu với kit thử định lƣợng tƣơng tự nhƣ xây dựng đƣờng chuẩn hai máy UV – VIS 1650 PC máy DPM – MT Kết thu đƣợc nhƣ sau: Bảng 3.41: Xác định nitrit mẫu tự tạo máy UV – VIS 1650 PC DPM – MT CNO2 UV-VIS (ppm) 0,041 0,086 0,131 0,176 0,227 0,278 CNO2- DPM-MT (ppm) 0,038 0,087 0,121 0,177 0,210 0,254 0.25 Y=A+B*X 0.20 Th«ng sè Giá trị Sai số -A -0.00276 0.00331 B 1.08914 0.02179 0.15 - CNO2 (UV-VIS) 0.30 0.10 0.05 0.00 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 R SD N P -0.999 0.0049