Tìm hiểu tổng quan về BODCOD sử dụng phương pháp UVVIS. Các thiết bị đo thường được sử dụng trên thị trường. Điểm lợi khí sử dụng máy đo quang phổ hấp thụ cũng như việc lựa chọn bước sóng nơi xảy ra sự hấp thụ tối đa
Mục lục Mở đầu 1 Tổng quan BOD COD 1.1 BOD gì? 1.2 COD gì? Phương pháp đo BOD COD UV/VIS 2.1 Máy quang phổ hấp thụ 4 2.1.1 Phương pháp đo SAC254 2.1.2 Cảm biến quang phổ UV – VIS 2.2 Nguyên lý phương pháp đo 2.3 Phân loại máy quang phổ 2.3.1 Máy quang phổ hấp thụ chùm tia 2.3.2 Máy quang phổ hấp thụ chùm tia 2.3.3 Cấu trúc thiết bị 2.4 Lựa chọn bước sóng 2.5 Máy dò 12 2.5.1 2.5.2 Phototube 12 Ống Photomultiplier 12 2.6 Giới hạn quang phổ 13 Một số thiết bị thị trường 14 3.1 Mode NiCaVis R 705 IQ SF 14 3.2 Hanna HI83314-02 15 Kết luận 17 Tài liệu tham khảo 18 Danh sách hình vẽ 1.1 Mức độ BOD mg/l 1.2 BOD COD 2.1 Phương pháp hấp thụ chọn lọc UV 2.2 Cảm biến quang phổ UV – VIS 2.3 Cấu trúc thiết bị 2.4 Lựa chọn bước sóng máy quang phổ 2.5 Bước sóng nơi xảy hấp thụ tối đa 10 2.6 Bước sóng nơi xảy hấp thụ 11 2.7 Bước sóng khơng xảy hấp thụ với loại dung dịch khác 11 2.8 Máy dò phototube 12 2.9 Máy dò Ống Photomultiplier 13 3.1 Mode NiCaVis R 705 IQ SF 14 3.2 Kết nối với controller 15 3.3 Hanna HI83314-02 15 Mở đầu Mức độ ô nhiễm môi trường ngày tăng cao chất bụi bẩn chất thải từ sinh hoạt sản xuất công nghiệp ngầy nhiều Các chất thải trước đưa môi trường khơng xử lý theo quy trình gây ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường sống Để xác định mức độ ô nhiễm chất thải, người ta thường sử dụng số DO, BOD, COD để đo nồng độ nước Trong thực tế, có nhiều cách để đo nồng độ COD BOD Tuy nhiên, cách hiệu ứng dụng công nghiệp nhiều phương pháp đo COD BOD UV/VIS Đó lý mà em thực đề tài Tìm hiểu máy đo COD/BOD UV/VIS Đề tài gồm chương : Mở đầu Chương : Tổng quan BOD COD Chương : Phương pháp đo BOD COD Chương : Một số thiết bị thị trường Kết luận Hà Nội tháng 12, năm 2019 Chương Tổng quan BOD COD 1.1 BOD gì? BOD (Biological oxygen Demand- nhu cầu oxy sinh hố) lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hoá chất hữu theo phản ứng: Vi khuẩn Chất hữu + O2 –> CO2 + H2O + tế bào + sản phẩm trung gian Trong môi trường nước, q trình oxy hố sinh học xảy vi sinh vật sử dụng oxy hồ tan, xác định tổng lượng oxy hồ tan cần thiết cho trình phân huỷ sinh học phép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởng dịng thải nguồn nước BOD có ý nghĩa biểu thị lượng chất thải hữu nước bị phân huỷ vi sinh vật Hình 1.1: Mức độ BOD mg/l Chương 1.2 Tổng quan BOD COD COD gì? COD (Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học) lượng oxy cần thiết để oxy hoá hợp chất hố học nước bao gồm vơ hữu Trong BOD lượng oxy cần thiết để oxy hoá phần hợp chất hữu dễ phân huỷ vi sinh vật Phần lớn ứng dụng COD xác định khối lượng chất nhiễm hữu tìm thấy nước bề mặt (ví dụ sơng hay hồ), làm cho COD phép đo hữu ích chất lượng nước Nó biểu diễn theo đơn vị đo miligam lít (mg/L), khối lượng ơxy cần tiêu hao lít dung dịch Các nguồn tài liệu cũ cịn biểu diễn dạng đơn vị đo khác phần triệu (ppm) Hình 1.2: BOD COD Chương Phương pháp đo BOD COD UV/VIS 2.1 Máy quang phổ hấp thụ Một phương pháp sử dụng nhiều cơng nghiệp để đo trực tiếp BOD COD Đó phương pháp hấp thụ chọn lọc UV/VIS Nguyên lý hoạt động: Khi nguyên tử trạng thái tự do, ta chiếu chùm tia sáng có bước sóng xác định vào đám ngun tử đó, ngun tử tự hấp thụ xạ có bước sóng định ứng với tia xạ mà phát q trình phát xạ Lúc nguyên tử nhận lượng tia xạ chiếu vào chuyển lên trạng thái kích thích có lượng cao trạng thái Đó tính chất đặc trưng nguyên tử trạng thái hơi, trình gọi q trình hấp thụ lượng nguyên tử tự trạng thái tạo phổ hấp thụ nguyên tử nguyên tố Ứng với giá trị lượng ∆E mà nguyên tử hấp thụ ta có vạch phổ hấp thụ với độ dài sóng đặc trưng cho q trình đó, nghĩa phổ hấp thụ nguyên tử phổ vạch Nhưng nguyên tử khơng hấp thụ tất xạ mà phát q trình phát xạ Quá trình hấp thụ xảy vạch phổ nhạy, vạch phổ đặc trưng vạch cuối nguyên tố Do đó, muốn có phổ hấp thụ nguyên tử Chương Phương pháp đo BOD COD UV/VIS trước hết phải tạo đám nguyên tử tự do, sau chiếu vào chùm tia sáng có bước sóng định ứng với tia phát xạ nhạy nguyên tố cần nghiên cứu UV sóng cực tím - sóng điện từ nằm dải < 200nm Hình 2.1: Phương pháp hấp thụ chọn lọc UV 2.1.1 Phương pháp đo SAC254 Thế hệ cảm biến đo COD cho nước thải, phương pháp đo hệ số hấp thụ quang phổ, thường hai bước sóng Độ hấp thụ chất hữu xác định bước sóng 254 nm Để đảm bảo xác, dịng thải bị ảnh hưởng hạt lơ lửng/độ đục, độ hấp thụ đo 550 nm trừ từ độ hấp thụ đo bước sóng 254 nm Nhưng phương pháp đo cho thấy mức độ gây nhiễu lớn đến từ chất nitrate, nitrite việc bù trừ độ đục với độ hấp thụ bước sóng (550 nm) tệ Kết cho thấy phương pháp bị ảnh hưởng lớn điều kiện tính chất mẫu, điều kiện tính chất nước thải cơng nghiệp thay đổi hàng ngày Chương 2.1.2 Phương pháp đo BOD COD UV/VIS Cảm biến quang phổ UV – VIS Nguyên tắc đo cảm biến COD hệ thứ hai dựa việc đo quang phổ hấp thụ với nhiều bước với 256 bước sóng phạm vi chiều dài sóng từ 200-720 nm Hình 2.2: Cảm biến quang phổ UV – VIS 2.2 Nguyên lý phương pháp đo Định luật Lambert – Beer : Khi chùm sáng có cường độ I0 truyền tới mơi trường có bề dày d bị hấp thụ phần nên cường độ ánh sáng khỏi môi trường I < I0 Nếu I0 nhỏ tượng phản xạ, tán xạ khơng đáng kể : I = I0exp(−α.C.d) Chương Phương pháp đo BOD COD UV/VIS - Độ truyền qua : T= I/I0 - Độ hấp thụ: A = −logT = aλ.b.c Trong đó: b: Kích thước thành phần truyền sáng aλ: Chính hàm số bước sóng C: Nồng độ dung dịch (mol/l % d: bề dày dung dịch α hệ số hấp thụ đặc trưng cho cấu tạo chất tan dung dịch phụ thuộc bước sóng ánh sáng đơn sắc -Hấp thụ ánh sáng cảu oxy(415, 542 577) -Các thiết bị phân tích đo sinh hóa nằm bước sóng 18-320(UV) 320-900nm(vùng VIS) hấp thụ quang phổ kế cho bới: A=EIC A: Hệ số hấp thụ hay log(I/Io) Io: cường độ ánh sáng chiếu vào mẫu I: Cường độ ánh sáng xuyên qua mấu E: Hệ số hấp thụ hay suất hấp thụ I: Chiều dày buồng phân tích C: Nồng độ chất phân tích mẫu Chương 2.3 2.3.1 Phương pháp đo BOD COD UV/VIS Phân loại máy quang phổ Máy quang phổ hấp thụ chùm tia Phương pháp đo: phải đo lần: lần với mẫu chuẩn (chỉ chứa dung môi) lần với mẫu cần đo (chứa dung dịch cần phân tích) => I0 lần đo phải không đổi => kết phân tích khơng xác 2.3.2 Máy quang phổ hấp thụ chùm tia Phương pháp đo: ánh sáng tới tách làm chùm: qua mẫu chuẩn lần qua mẫu cần đo, sau vào máy thu để so sánh cường độ => Chỉ phải đo lần Chương Phương pháp đo BOD COD UV/VIS => kết phân tích xác tính độ hấp thụ A Sự hấp thụ mẫu tự động điều chỉnh cho hấp thụ xảy khoảng trống, giá trị đọc thiết bị ghi lại Tự động hiệu chỉnh thay đổi cường độ nguồn thay đổi đáp ứng máy dò theo thời gian bước sóng hai chùm tia so sánh đo lúc Tự động quét ghi liên tục phổ (độ hấp thụ so với bước sóng) 2.3.3 Cấu trúc thiết bị Hình 2.3: Cấu trúc thiết bị 2.4 Lựa chọn bước sóng Hình 2.4: Lựa chọn bước sóng máy quang phổ Chương Phương pháp đo BOD COD UV/VIS Trong quang phổ, mẫu nước phân tích tương ứng với bước sóng Một ánh sáng từ nguồn tức nguồn nhìn thấy tia cực tím truyền qua đơn sắc lọc (hoạt động tách bước sóng tức truyền bước qua mẫu, tương ứng với giá trị hấp thụ tính tốn) Độ hấp thụ đọc với thông số nồng độ nước (COD, BOD, TSS) để phân tích định lượng, cần phải chọn bước sóng giá trị hấp thụ tương ứng điều kiện sau: chọn bước sóng nên chọn để có độ nhạy cao Điều đạt cách chọn lmax nói chung bước sóng mà độ hấp thụ tương đối cao Hình 2.5: Bước sóng nơi xảy hấp thụ tối đa Bằng cách thực phân tích bước sóng vậy, chắn nồng độ mẫu thấp đo với độ xác hợp lý Ví dụ, nồng độ mẫu thấp (10-5 M) đo với độ xác tốt lmax, bước sóng khác (λ1), khơng phát Tốt chọn bước sóng mà độ hấp thụ khơng thay đổi đáng kể bước sóng thay đổi chút, nghĩa Thay đổi A / Thay đổi l tối thiểu 10 Chương Phương pháp đo BOD COD UV/VIS Hình 2.6: Bước sóng nơi xảy hấp thụ Ở bước sóng tương ứng với dải ngang rộng phổ (dải A), xạ chủ yếu hấp thụ mức độ (thay đổi A / thay đổi l zero) Tuy nhiên, phần dốc phổ (dải B), độ hấp thụ thay đổi nhiều bước sóng bị thay đổi (Thay đổi A / Thay đổi l lớn) Do đó, lặp lại phép đo độ hấp thụ , bạn nhận số khác độ xác phép đo Nếu dung dịch chứa nhiều loại hấp thụ, nên chọn bước sóng, có thể, khu vực mà lồi khác khơng hấp thụ xạ độ hấp thụ tối thiểu Bằng cách này, loại thứ hai không can thiệp vào Hình 2.7: Bước sóng khơng xảy hấp thụ với loại dung dịch khác 11 Chương 2.5 Phương pháp đo BOD COD UV/VIS Máy dò Các máy dò Máy quang phổ phát bước sóng ánh sáng sau qua mẫu khơng có mẫu (Mẫu tham chiếu) Khi bước sóng ánh sáng rơi vào máy dò này, tương ứng với dòng điện tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng (trên bước sóng) Có hai loại máy dị sau: 2.5.1 Phototube Phototube phát electron từ cực âm cảm quang, tích điện âm, bị xạ nhìn thấy tia cực tím Các electron chảy qua chân khơng đến cực dương để tạo dòng điện tỷ lệ với cường độ xạ Hình 2.8: Máy dị phototube 2.5.2 Ống Photomultiplier Đây thiết bị nhạy cảm, electron phát từ cực âm cảm quang công bề mặt thứ hai gọi dynode dương catốt ban đầu Do đó, electron gia tốc đánh bật nhiều electron khỏi dynode Nếu trình lặp lại nhiều lần, đó, 106 electron cuối thu thập cho photon chạm vào catốt 12 Chương Phương pháp đo BOD COD UV/VIS Hình 2.9: Máy dị Ống Photomultiplier 2.6 Giới hạn quang phổ Định luật Bia-Lambert chứng minh mối tương quan trực tiếp độ hấp thụ (A) phân tử với nồng độ (c) chiều dài đường (b) mẫu Mối quan hệ tuyến tính cho hầu hết phần Tuy nhiên, số trường hợp, mối quan hệ Bia Lambert bị phá vỡ đưa mối quan hệ phi tuyến tính Những sai lệch so với luật Bia Lambert phân thành ba loại: -Độ lệch thực: Đây sai lệch hạn chế định luật - Độ lệch hóa học: Đây độ lệch quan sát loại hóa chất cụ thể mẫu phân tích - Độ lệch dụng cụ: Đây sai lệch xảy cách đo độ hấp thụ thực 13 Chương Một số thiết bị thị trường 3.1 Mode NiCaVis R 705 IQ SF Hình 3.1: Mode NiCaVis R 705 IQ SF -Đo quang phổ dải UV-VIS từ 200 -720 nm -hoảng cách đo độ dày lớp quang học 5mm -Ứng dụng cho : nước song, hồ, -Kích thước: 31,57 x 2,36 inch (802 x 59,9 mm chiều dài x đường kính) -Độ xác cao - Cho phép đo lường đa thơng sơ Cùng lúc đo nhiều thơng số COD, TOC, DOC, BOD, SAC, UVT ,nitrate, nitrite hay TSS - Không cần dùng thuốc thử Tránh ô nhiểm ảnh hướng đến môi trường sức khỏe người 14 Chương Một số thiết bị thị trường - Cục kỳ bền bỉ: Cấu tạo từ vật liệu chất lượng cao titan, PEEk, cửa sổ đo làm kính sapphire có khả chống chịu với tác động mơi trường -Giảm thiểu bảo trì tay: nhờ cơng nghệ tự làm sóng siêu âm, hạn chế bám bẩn - Dễ dàng kết hợp với controller/terminal tạo thành hệ thống đo đạc quan trác nước tự động IQ Sensor Net Hình 3.2: Kết nối với controller 3.2 Hanna HI83314-02 Hình 3.3: Hanna HI83314-02 15 Chương Một số thiết bị thị trường - Hãng sản xuất: Hanna Instrument - Model: HI83314-02 - Màn hình đồ họa LCD 128 x 64 Pixel có đèn - Chế độ hấp thụ: Sử dụng cuvet chuẩn CAL Check Hanna để xác nhận nguồn sáng - Máy đo đa tiêu HI83399 sử dụng phịng thí nghiệm máy đo tiên tiến với thiết kế quang học sáng tạo sử dụng máy dò tham khảo thấu kính hội tụ để loại bỏ lỗi thay đổi nguồn sáng cuvet khơng hồn hảo - Máy cung cấp nhiều phương pháp đo khác cho 10 tiêu nước bao gồm COD, Nitơ tổng Phốt tổng HI83399 cung cấp chế độ đo hấp thụ cho hiệu suất cao Dưới vài tiêu quang Thông số Thang đo Độ phân giải Độ xác Mã thuốc thử COD thang thấp to 150 mg/L mg/L ±5mg/L HI93754A-25 COD thang trung to 1500 mg/L mg/L ±15 mg/L HI93754B-25 COD thang cao to 15000 mg/L mg/L ±150 mg/L HI93754C-25 16 Kết luận Trong thời gian thực đề tài, với bảo giúp đỡ tận tình hướng dẫn : Nguyễn Thị Lan Hương , đề tài : Tìm hiểu máy đo COD/BOD UV/VIS hoàn thành Em cố gắng vận dụng kiến thức học trường để giải yêu cầu Tuy nhiên, thời gian trình độ chun mơn có hạn, nên đề tài cịn tồn thiếu sót hạn chế Em mong nhận ý kiến góp ý để đề tài em tìm hiểu hồn thiện Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy cô tạo điều kiện tốt để giúp em hoàn thành Em xin chân thành cảm ơn! 17 Tài liệu tham khảo [1] https://vanbanphapluat.co/tcvn-6827-2001-chat-luong-nuoc-danh-gia-suphan-huy-sinh-hoc-hieu-khi-hoan-toan [2] http://www.logicladder.com/blog/uv-vis-spectrophotometery-onlineeffluent-monitoring-cod-bod-tss [3] https://www.xylem-analytics.vn/media/pdfs/xylem-wtw-cod-uv-vis-whitepaper-2017-vn.pdf [4] https://emin.vn/hannahi83314-02-may-quang-ke-do-cod-va-da-chi-tieutrong-nuoc-thai-hanna-hi83314-02-28917/pr.html [5] https://westerntechvn.com.vn/cac-phuong-phap-xac-dinh-cod-bod-do.htm 18 ... thường sử dụng số DO, BOD, COD để đo nồng độ nước Trong thực tế, có nhiều cách để đo nồng độ COD BOD Tuy nhiên, cách hiệu ứng dụng công nghiệp nhiều phương pháp đo COD BOD UV/VIS Đó lý mà em thực... lý mà em thực đề tài Tìm hiểu máy đo COD/ BOD UV/VIS Đề tài gồm chương : Mở đầu Chương : Tổng quan BOD COD Chương : Phương pháp đo BOD COD Chương : Một số thiết bị thị trường Kết luận Hà Nội tháng... dạng đơn vị đo khác phần triệu (ppm) Hình 1.2: BOD COD Chương Phương pháp đo BOD COD UV/VIS 2.1 Máy quang phổ hấp thụ Một phương pháp sử dụng nhiều cơng nghiệp để đo trực tiếp BOD COD Đó phương