Phân tích môi trường nguyễn văn sức, hồ thị yêu ly

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH TS NGUYỄN VĂN SỨC - Ths HỒ THỊ YÊU LY PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG (Lưu hành nội bộ) TP Hồ Chí Minh, 2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH TS NGUYỄN VĂN SỨC - Ths HỒ THỊ YÊU LY PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG (Lưu hành nội bộ) TP Hồ Chí Minh, 2006 MỤC LỤC NỘI DUNG Phần CƠ SỞ LÝ THUYẾT HOÁ HỌC PHÂN TÍCH (phân tích định lượng) Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA PHÂN TÍCH I.1 ĐỐI TƯNG, NHIỆM VỤ, NGUYÊN TẮC CỦA PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯNG I.1.1 Đối tượng, nhiệm vụ I.1.2 Nguyên tắc I.2 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯNG I.2.1 Phân loại theo lượng mẫu phân tích hay kỹ thuật phân tích I.2.2 Phân loại theo chất phương pháp Chương II PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRỌNG LƯNG II.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA PHÂN TÍCH TRỌNG LƯNG II.1.1 Bản chất phương pháp phân tích trọng lượng II.1.2 Nguyên tắc phương pháp II.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA II.2.1 Sự tạo thành kết tủa II.2.1 Nhắc lại số khái niệm II.2.1.2 Các giai đoạn trình tạo thành kết tủa II.2.2 Dung dịch keo II.2.2.1 Đặc điểm hạt keo II.2.2.2 Sự pepty hóa II.2.3 Sự nhiễm bẩn II.2.3.1 Sự cộng kết II.2.3.2 Sự kết tủa theo II.3 CÁC THAO TÁC CƠ BẢN VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỂ TIẾN HÀNH PHÂN TÍCH THEO PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA II.3.1 Các thao tác II 3.2 Điều kiện để tiến hành phân tích theo phương pháp kết tủa II.3.2.1 Thuốc kết tủa II.3.2.2 Lượng chất phân tích Trang 11 12 14 15 18 19 II.3.2.3 Nồng độ thuốc thử II.3.3 Dạng kết tủa dạng cân II.3.3.1 Yêu cầu dạng kết tủa II.3.3.2 Yêu cầu dạng cân II.4 CÁC PHÉP TÍNH TOÁN TRONG PHÂN TÍCH TRỌNG LƯNG II.4.1 Mẫu dạng rắn II.4.2 Mẫu dạng dung dịch II.5 PHẠM VI ÁP DỤNG II.6 ỨNG DỤNG II.6.1 Định độ ẩm, nước kết tinh, chất dễ bay hơi, độ tro chất nung II.6.2.Định lượng cách tạo tủa II.7.BÀI TẬP Chương III CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH ( PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHUẨN ĐỘ ) III.1 NGUYÊN TẮC VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM III.1.1 Nguyên tắc III.1.2 Các khái niệm III.2 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH III.2.1 Phương pháp axit bazơ III.2.2 Phương pháp oxy hóa khử III.2.3 Phương pháp chuẩn độ tạo phức III.2.4 Phương pháp chuẩn độ kết tủa III.3 MỘT SỐ PHÉP TÍNH CẦN THIẾT TRONG PHÂN TÍCH THỂ TÍCH III.3.1 Đương lượng (D) III.3.2 Các cách biểu diễn nồng độ III.3.3 Định luật đương lượng Chương IV PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ AXIT BAZƠ (Phương pháp trung hoà) IV.1 BẢN CHẤT CỦA PHƯƠNG PHÁP TRUNG HÒA IV.2 CHỈ THỊ TRONG PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ AXIT BAZƠ IV.2.1 Khái niệm IV.2.2 Lý thuyết đổi màu thị IV.2.3 Khoảng pH chuyển màu thị axit – bazơ 20 21 22 23 24 25 27 28 29 30 31 32 35 36 37 IV.2.3 Khoảng pH chuyển màu thị axit – bazơ IV.2.5 Nguyên tắc chọn thị IV.3 CÁCH XÁC ĐỊNH ĐIỂM TƯƠNG IV.4 NGUYÊN TẮC XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐỊNH PHÂN AXITBAZƠ IV.5 CÁC TRƯỜNG HP ĐỊNH PHÂN IV.5.1 Định phân dung dịch axit mạnh bazơ mạnh hay ngược lại IV.5.1.1 Khảo sát đường định phân IV.5.1.2 Chọn chất thị để xác định điểm tương đương IV.5.1.3 Điều kiện định phân IV.5.1.4 Sai số chuẩn độ IV.5.2 Định phân axit yếu bazơ mạnh (hoặc ngược lại) IV.5.2.1 Tính pH dung dịch trình định phân IV.5.2.2 Đường định phân IV.5.2.3 Chọn chất thị IV.5.3 Định phân bazơ yếu axit mạnh (hay ngược lại) IV.5.3 Tính pH DD trình chuẩn độ IV.5.4 Định phân đa axit, đa bazơ Hỗn hợp axit, hỗn hợp bazơ IV.5.4.1 Định phân đa axit IV.5.4.2 Định phân đa bazơ IV.5.5 Chuẩn độ hỗn hợp đơn axit đơn bazơ IV.5.5.1 Chuẩn độ hỗn hợp axit mạnh axit yếu đơn chức IV.5.5.2 Hỗn hợp hai axit yếu đơn chức IV.5.6 Chuẩn độ hỗn hợp gồm axit mạnh đơn chức với axit đa chức bazơ mạnh đơn chức với bazơ đa chức IV.5.6.1 Chuẩn độ hỗn hợp axit mạnh đơn chức axit đa chức 38 39 IV.5.6.2 Chuẩn độ hỗn hợp bazơ mạnh đơn chức với bazơ đa chức IV.6 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ AXIT BAZƠ IV.6.1 Điều chế dung dịch tiêu chuẩn axit bazơ IV.6.2 Các chất gốc (Còn gọi chất khởi đầu) IV.7 BÀI TẬP Chương V CHUẨN ĐỘ OXYHÓA – KHỬ V.1 KHÁI QUÁT PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ ÔXY HÓA – KHỬ V.2 CÁC PHẢN ỨNG DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP OXY HOÁ KHỬ V.2.1 Phương pháp pemanganat 59 61 40 41 44 45 49 50 51 53 55 57 58 62 65 66 67 V.2.2 Phương pháp đicromat V.2.3 Phương pháp iôt V.3 CÁCH XÁC ĐỊNH ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG TRONG PHƯƠNG PHÁP OXY HOÁ KHỬ V.3.1 Không dùng chất thị từ vào V.3.2 Dùng chất thị từ đưa vào V.3.2.1 Chất thị đặc biệt V.3.2.2 Chỉ thị bất thuận nghịch V.3.2.3 Chất thị oxy hoá khử V.4 ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ CỦA PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA – KHỬ V.4.2 Trường hợp có tham gia môi trường V.5 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ OXY HÓA KHỬ V.5.1 Phương pháp pemanganat V.5.2 Phương pháp đicromat V.5.3 Phương pháp iôt V.6 BÀI TẬP Chương VI PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC (COMPLEXON) VI.1 PHỨC CHẤT VI.2 NỘI DUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC VI.2.1 Phương Pháp Thuỷ Ngân VI.2.2 Phương Pháp Xyanua VI.2.3 Phương Pháp Complexon VI.3 PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ COMPLEXON VI.3.1 Khái niệm complexon VI.3.1.1 Định nghóa cấu tạo complexon VI.3.1.2 Sự tạo thành complexonát VI.3.2 Định phân complexon VI.3.2.1 Cách xác định điểm tương đương VI.3.2.2 Các phương pháp chuẩn độ complexon VI.3.2.3 Các cách chuẩn độ khác Chương VII PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA VII.1 BẢN CHẤT CỦA PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA VII.2 ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ VII.2.1 Tính pAg pCl trình định phân VII.2.2 Vẽ đường định phân nhận xét 68 70 75 76 77 79 81 83 84 86 87 89 90 92 93 94 VII.3 CHUẨN ĐỘ HỖN HP VII.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG VII.4.1 Phương pháp Mohr VII.4.2.Phương pháp Volhand VII.4.3 Phương pháp Fajans VII.5.BÀI TẬP Chương VIII SAI SỐ VÀ CÁCH XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM TRONG PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯNG VIII.1 Sai số phân tích định lượng VIII.1.1 Các loại sai số VIII.1.2 Độ tin cậy, Độ xác kết phân tích VIII.2 CÁCH XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM TRONG PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯNG VIII.2.1 Một số đại lượng thống kê toán học VIII.2.2 Biên giới tin cậy VIII.2.3 Loại trừ kết sai VIII.2.3 Đánh giá độ đắn phương pháp (sai số hệ thống) VIII.2.4 Cách biểu diễn kết phân tích PHẦN GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỐI TƯNG MÔI TRƯỜNG Chương I NHỮNG YÊU CẦU CẦN THIẾT TRONG PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG I.1 TÍNH ĐẠI DIỆN CỦA MẪU I.2 LƯU GIỮ MẪU I.3 CON ĐƯỜNG TỚI HẠN VÀ NHÓM TỚI HẠN 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG 1.5 LỰA CHỌN PHÒNG THÍ NGHIỆM HOẶC PHÂN TÍCH TẠI HIỆN TRƯỜNG 1.6 BẢO HÀNH CHẤT LƯNG PHÂN TÍCH 1.7 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THÍCH HP 1.8 CÁC TIÊU CHUẨN PHÒNG THÍ NGHIỆM Chương II CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NƯỚC 95 96 97 98 99 102 103 104 105 107 109 111 112 113 114 115 116 117 II.1 CƠ SỞ CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NƯỚC II.1.1 Lấy mẫu nước II.2 XÁC ĐỊNH CHẤT LƯNG NƯỚC II.2.1 Chất rắn lơ lửng II.2.2 Nhu cầu oxi oxi hoøa tan II.2.3 Oxi hoøa tan (DO) II.2.4 Nhu cầu oxi sinh hóa II.2.5 Tổng cacbon hữu II.2.6 pH, độ axit độ kiềm II.2.7 Độ cứng nứơc II.2.8 Độ dẫn điện II.3 CÁC KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ION KIM LOẠI THÔNG THƯỜNG TRONG NƯỚC II.3.1 Phân tích quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-VIS) II 3.2 Quang phổ phát xạ (Quang kế lửa) II.3.3 Sắc ký ion II.4 PHÂN TÍCH LƯNG VẾT CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC II.4.1 Các chất ô nhiễm hữu II.4.2 Lưu giữ mẫu II.4.3 Kỹ thuật tách chiết cho phân tích sắc ký II.4.3.1 Chiết dung môi II.4.3.2 Chiết pha - rắn II.4.3.3 Phân tích đầu khoảng trống II.4.3.4 Sắc Ký Khí II.4.3.5 Sắc ký lỏng II.4.3.6 Phương pháp trắc quang II.4.4 Xác định vết ion kim loại II.4.4.1 Lưu giữ mẫu cho phân tích ion kim loại II.4.4.2 Xử lý sơ II.4.4.3 Đo Phổ nguyên tử II.4.4.4 Kỹ thuật Plasma ghép cảm ứng II.4.4.5 Phổ phát xạ quang - plasma ghép cảm ứng (ICP – OES) II.4.4.6 Khối phổ kế – plasma ghép cảm ứng (ICP – MS) II.4.4.7 Phổ khả kiến II.4.4.8 Đo hòa tan anode II.4.4.9 Sắc ký lỏng 119 121 122 124 125 126 127 128 129 130 132 133 134 135 137 140 141 143 147 148 149 150 151 Chương III CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐẤT, CHẤT RẮN VÀCHẤT THẢI III.1.CÁC MẪU VẬT ĐỘNG VẬT VÀ THỰC VẬT III.2 ĐẤT VÀ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM III.3 CHẤT THẢI VÀ VỊ TRÍ CHÔN LẤP CHẤT THẢI III.4 TRẦM TÍCH VÀ BÙN CỐNG RÃNH III.5.NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG TRONG PHÂN TÍCH CHẤT RẮN III.5.1 Lấy mẫu III.5.2 Xử lý trước mẫu III.5.3 Chiết chất phân tích III.5.4 Làm mẫu III.6 PHÂN TÍCH CÁC MẪU SINH HỌC III.6.1 Lấy mẫu lưu giữ mẫu thực vật III.6.2 Xử lý sơ III.6.2.1 Rửa mẫu III.6.2.2 Sấùy khô làm đồng mẫu III 6.2.3 Kỹ thuật chiết chất nhiễm bẩn hữu III.6.2.4 Kỹ thuật tro hóa hòa tan mẫu để phân tích vết kim loại III.7 NHỮNG XEM XÉT ĐẶC BIỆT KHI PHÂN TÍCH ĐẤT III.7.1.Lấy mẫu lưu giữ mẫu III.7.2.Xử lý sơ mẫu đất III.7.2.1 Làm khô III.7.2.2 Nghiền III.7.2.3 Phân chia mẫu III.7.2.4 Chiết chất nhiễm bẩn hữu III.7.2.5 Chiết ion có lợi III.7.2.6 Nitơ trao đổi III.7.2.7 Kỹ thuật hòa tan để xác định tổng kim loại đất III.7.2.8 Xác định pH đất III.8 NHỮNG XEM XÉT ĐẶC BIỆT CHO PHÂN TÍCH LIÊN QUAN ĐẾN CHẤT THẢI VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI BẰNG CHÔN LẤP III.8.1 Các dạng chất thải xử lý chất thải III.8.2 Lấy mẫu lưu giữ mẫu III.8.3.Xử lý sơ mẫu rắn mẫu lỏng với hàm lượng chất rắn cao III.8.3.1 Thí nghiệm lượng lớn III.8.3.2 Chất hữu bán bay 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 165 166 167 III.8.3.3 Chất hữu bay III.8.3.4 Các kim loại III.8.4 Phân tích nước rỉ III.8.4.1 Hàm lượng vết chất hữu III.8.4.2 Các hợp chất đánh dấu III.8.4.3 Phân tích vết kim loại III.9 NHỮNG XEM XÉT ĐẶC BIỆT KHI PHÂN TÍCH TRẦM TÍCH, BÙN CỐNG THẢI III.9.1.Lấy mẫu lưu giữ mẫu III.9.2 Các kỹ thuật chiết chất nhiễm bẩn hữu III.9.3 Kỹ thuật hoà tan vết kim loại III.9.4 Phân tích bùn cống III.9.4.1 Các kỹ thuật hòa tan chiết Chương IV CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÔNG KHÍ – CÁC CHẤT KHÍ IV.1.THÀNH PHẦN KHÔNG KHÍ IV.1.1 Các đơn vị biểu diễn nồng độ chất khí không khí IV.1.2 Xác định nồng độ chất ô nhiễm không khí IV.1.2.1.1 Hấp thụ chất rắn IV.1.2.2.2 Giải hấp mẫu IV.1.2.3 Phân tích sắc ký IV.2 XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CHẤT Ô NHIỄM TỨC THỜI IV.2.1 Các thiết bị đo trực tiếp IV.2.1.1 Huỳnh quang hóa huỳnh quang IV.2.1.2 Phổ Hồng Ngoại Chương V CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BỤI TRONG KHÔNG KHÍ V.1 PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU V.1.1 Thiết bị lấy mẫu thể tích lớn V.1.2 Thiết bị lấy mẫu cá nhân V.1.3 Thiết bị va đập tầng V.1.4 Lấy bụi dòng khí chảy V.1.4.1.Lấy mẫu Đẳng động lực V.1.4.2.Thiết kế lấy mẫu dây chuyền V.1.4.3.Lấy mẫu PM10 V.1.4.4.Lấy mẫu lắng đọng axit 168 169 170 171 174 176 177 178 179 181 182 184 185 186 187 188 189 Chương V CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BỤI TRONG KHÔNG KHÍ Các phân tử (hạt rắn) không khí có nguồn gốc từ: - Các sản phẩm ngưng tụ từ trình cháy tự nhiên (cháy rừng, núi lửa…) - Các sản phẩm phản ứng vết chất khí (muối amoni clorit, muối sun phát muối nitrat) - Các vật liệu phát tán từ bề mặt đất (hơi muối từ đại dương bụi khoáng chất từ lục địa) Ngoài ra, hoạt động người nguồn bổ sung chất ô nhiễm không khí chủ yếu vùng đô thị với nguồn trình cháy thiêu đốt Các hạt bụi có vai trò quan trọng hóa học khí phản ứng xảy bề mặt hạt vật chất trong pha lỏng – nước hấp phụ bề mặt phần tử Sự vận chuyển không khí dạng hạt nguyên nhân cho phát tán chất ô nhiễm Kim loại chì phát tán không khí chủ yếu dạng muối vô Các chất hữu bán bay tìm thấy không khí phần trạng thái hơi, phần pha rắn, phần tử hữu hấp phụ phần tử vô Các phép đo sử dụng để đặc trưng hàm lượng hạt mẫu không khí bao gồm: - - Đo sơ trước tổng nồng độ hạt Đây phép đo khối lượng chất rắn lấy từ thể tích định không khí phương pháp lọc, phương pháp thích hợp khác Các giá trị đặc trưng sau: ª 70 μg m-3 không khí vùng ngoại ô ª 300μg m-3 không khí đô thị ª 10 mg m-3 không khí nhà máy ª 100 mg/m-3 khí thải nhà máy nhiệt điện Sự xem xét thành phần phân tích Đối với kim loại, thường không phức tạp Nhiệm vụ phân tích khó phân tích mẫu nước thành phần vô vật liệu hạt chất tan, đặc biệt có mặt muối silicat 184 - Xác định phân bố kích thước hạt Thời gian lưu giữ không khí hạt phụ thuộc vào kích thước chúng Kích thước hạt lớn hạt nhanh chóng bị sa lắng xuống mặt đất Các hạt có kích thước 0.1μm xem có khả lơ lửng vững bền không khí Sự khác biệt tính chất vật lý phụ thuộc vào kích thước hạt Các hạt có kích thước nhỏ có khả lớn vào vùng trao đổi khí phổi có gây ảnh hưởng sinh lý tiềm tàng Một quan tâm ô nhiễm hạt bụi có kích thước nhỏ 10 μm không khí nhà Các hạt bụi có kích thước nhỏ 10μm (PM10) có nguồn gốc từ giao thông, đóng góp tới 50%, từ nguồn khác nhà máy nhiệt điện, đốt than… V.1 PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU Lấy mẫu khí giai đoạn quan trọng trình phân tích Trước xây dựng kế hoạch lấy mẫu cần phải nắm đặc điểm sau hàm lượng chất ô nhiễm không khí: - Nồng độ thay đổi nhanh theo thời gian vị trí - Nồng độ khác biệt theo độ cao, chí thấy rõ khác biệt vài cm lấy mẫu không khí nhà V.1.1 Thiết bị lấy mẫu thể tích lớn Trong phương pháp này, mẫu không khí hút qua phin lọc có đường kính lớn (20 – 25 cm), điển hình tốc độ 75 m3/h Mô hình máy lấy mẫu không khí đưa Hình 5.1 Với quạt hút phía sau phin lọc, tốc độ quạt hút điều chỉnh để đạt tốc độ không khí qua phin lọc theo ý muốn Thời gian lấy mẫu từ cho không khí bị ô nhiễm 12 cho không khí không bị ô nhiễm đô thị Phin lọc lựa chọn dựa yếu tố sau: - Giữ lại vùng kích thước hạt bụi xác - Không có nhiễm bẩn phin lọc - Có khả tương hợp với quy trình phân tích sau Một số quy trình phân tích đòi hỏi đốt cháy hoà tan toàn phin lọc 185 Không khí vào Phin lọc Quạt Khí Bình chứa bụi Hình 5.1 Thiết bị thu mẫu bụi không khí Các phin lọc cellulose sử dụng cho kim loại anion vô cơ, phin lọc sợi thuỷ tinh (hoặc sợi silica vài trường hợp) cho chất hữu V.1.2 Thiết bị lấy mẫu cá nhân Dụng cụ lấy mẫu cá nhân bao gồm giá giữ phin lọc gắn ve áo bơm nhỏ đeo hông Bơm thiết kế tương tự bơm sử dụng để lấy mẫu không khí tốc độ hút cao hơn- lấy mẫu bụi tốc độ cao xấp xiû 2lít/phút không khí qua phin lọc có độ dày 25 mm Phin lọc chế tạo sợi thủy tinh đơn giản cân toàn khối lượng bụi Các phin lọc khác sử dụng phụ thuộc vào quy trình phân tích V.1.3 Thiết bị va đập tầng Hai phương pháp trước sử dụng phin lọc để thu thập hạt bụi Thiết bị va đập tầng dựa hút bám hạt bề mặt Các hạt phân chia tương ứng với khối lượng chúng Thiết bị điển hình đưa Hình 5.2 Không khí hút qua thiết bị tốc độ không đổi va chạm lên số bia có phủ dầu glycerine Bởi co lại dòng khí trước bia, tốc độ tuyến tính không khí tăng lên Các hạt bám vào bia chúng va đập bên động lượng riêng (động lượng = khối lượng × tốc tộ) Vì tốc độ không khí tăng lên qua hệ thống, cách liên tục, hạt nhỏ bám bề mặt bia Vùng làm việc đặc trưng 0,5 – 200 μm 186 Tốc độ dòng không khí thường m3/h, lấy vài microgam mẫu phân đoạn vận hành lấy mẫu không khí vùng đô thị Khí vào Khí vào Tốc độ tăng lên giảm kích thước lỗ Bia Khí Hình 5.2 Sơ đồ thiết bị thu mẫu bụi va đập nhiều bậc V.1.4 Lấy bụi dòng khí Lấy mẫu tiến hành cách sử dụng phin lọc bao gồm dây truyền lấy mẫu thiết kế đặc thù hạt kết hợp lấy bụi chất khí V.1.4.1.Lấy mẫu Đẳng động lực Đây xem xét quan trọng phân tích hạt có đường kính μm Khi lấy mẫu, xáo trộn kiểu dòng chảy thân chất khí dẫn đến sai số nồng độ hạt bụi đo Nếu tốc độ lấy mẫu nhanh tốc độ dòng khí, lúc kiểu dòng bị phá vỡ uốn cong vào thiết bị lấy mẫu, vật liệu rắn có độ ỳ lớn phân tử khí Nó có khuynh hướng di chuyển theo hướng ban đầu không vào thiết bị lấy mẫu Nồng độ bụi nhỏ so với thực tế Tuy nhiên dòng khí nhỏ mẫu không khí lấy, phân tử khí bị đảo hướng thiết bị lấy mẫu Hàm lượng chất rắn có khuynh hướng di chuyển trực tiếp vào dụng cụ lấy mẫu trường hợp này, giá trị phân tích lớn giá trị thực Sự nhiễu loạn tối thiểu tốc độ lấy mẫu giống với tốc độ dòng khí Đây phương pháp lấy mẫu đẳng động (Hình 5.3) Dụng cụ lấy mẫu dòng khí đặc biệt ngoại trừ có thêm ống pitot để đo tốc độ đường thẳng dòng khí có khả làm cho tốc độ dòng lấy mẫu phù hợp với tốc độ dòng khí Nó sử dụng nghiên cứu sơ để xác định mẫu dòng chảy dòng khí (Hình 7.5) Sự khác biệt áp suất đo 187 áp kế hai đầu cuối ống, với điểm trực tiếp vào dòng chảy điểm khác hướng đối diện Sự khác biệt áp xuất tỷ bậc hai tốc độ thẳng Lấy mẫu đẳng động học cho kiểu dòng có nhiễu loạn tối thiểu Tốc độ giải lấy mẫu = tốc độ khí Phân tích kết = giá trị thực Tốc độ giả lấy mẫu > tốc độ khí Phân tích kết < giá trị thực Tốc độ tuyến lấy mẫu > tốc độ khí Phân tích kết > giá trị thực Hình 5.3 Minh hoạ lấy mẫu đẳng động học (→ ), dòng khí; ( ) dòng hạt V.1.4.2.Thiết kế lấy mẫu dây chuyền Các khí thải không thay đổi nhiệt độ cao nhiệt độ chung quanh Nếu vật chất hạt không lấy nhiệt độ khí thải, ngưng tụ nước thành phần pha – khác xảy Điều dẫn đến làm tắc ngẽn dây chuyền lấy mẫu không xác phép đo phân tích Có hai cách giải để vượt qua vấn đề Một sử dụng tối thiểu phương pháp chuẩn Châu u, có phin lọc bên khí thải Kích thước thiết bị lọc ảnh hưởng đến kiểu dòng chảy bên khí thải Một cách khác thay 188 sử dụng phương pháp EPA, phin lọc đặt hộp đốt nóng bên khí thải lấy mẫu khí thải cách sử dụng đầu lấy mẫu nhiệt Điều cho nhiễu loạn nhỏ dòng khí, vấn đề ngưng tụ nhiệt độ không làm phù hợp cách xác Một cách lý tưởng lấy mẫu cần thực vài vị trí khí thải Các phin lọc thường thạch anh, sợi thủy tinh nồng độ hạt bụi thấp, đóa lọc tiêu chuẩn sử dụng Phin lọc dạng đế nồng độ cao Phin lọc kiểu cho diện tích bề mặt lớn để thu bụi hạn chế làm mẫu cần Các phin lọc thường đặt sau tách cyclone V.1.4.3.Lấy mẫu PM10 Mối quan tâm để đo PM10 chủ yếu tập trung cho khí nhà kiểm soát cá nhân quan trọng để xác định ô nhiễm cá nhân Một số thiết bị thiết kế để thu mẫu PM10 có tiền chọn lọc cho phép phần PM10 giữ lại Bộ tiền chọn lọc PM10 sử dụng kỹ thuật cyclon kỹ thuật tác động Phương pháp quang học áp dụng để đo PM10 dựa tán xạ ánh sáng không khí từ hạt lơ lửng Các phương pháp lọc xem phương pháp tham khảo lấy mẫu gián đoạn Thiết bị lấy mẫu Partisol thay đổi tự động phin lọc thời gian 24 Phin lọc cân sau cân với khí nhiệt độ phòng Các thiết bị khác sử dụng để quan trắc liên tục thiết bị sau đây: Thiết bị TEOM (Tapered Element Oscillating Microbalance) đưa Hình 5.4 Không khí qua phin lọc nung nóng (500C) điểm cuối ống thủy tinh thon dao động Sự thay đổi tần số dao động chất khí qua liên quan trực tiếp đến khối lượng vật chất tích lũy phin lọc Thiết bị hủy biến β thu vật chất hạt mảnh giấy lọc chuyển động phía sau lọc PM10 Ở tia β từ nguồn phóng xạ qua phin lọc, với hấp thụ xạ tỷ lệ với khối lượng vật chất hạt phin lọc V.1.4.4.Lấy mẫu lắng đọng axit Hóa học mưa axit phức tạp không liên quan đến hợp chất khí axit mà đến hạt bụi Trong thành phố, thành phần chủ yếu vật chất hạt biết “sự lắng đọng khô” Mưa axit có ảnh hưởng vùng rộng lớn chất khí chủ yếu Hiện tượng gọi “ lắng đọng ướt” Bất kỳ dụng cụ thiết kế để quan trắc mưa axit phải có khả thu thập hai kiểu lắng đọng nói đo chúng cách riêng biệt Hình 5.5 trình bày dụng cụ lấy mẫu bao gồm hai hộp đựng mẫu tự động đóng lại tương ứng với lượng mưa 189 Khí vào Đầu vào PM10 Tách dòng Mái che thiết bị Bộ loc Sợi dao động rỗng Bơm chân không Hình 5.4 Sơ đồ thiết bị lấy mẫu PM10 Bộ cảm biến điều khiển đóng mở bình chứa mẫu Khô Ướt Hình 5.5 Dụng cụ lấy mẫu lắng đọng axit ướt khô 190 V.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH LIÊN QUAN ĐẾN HÒA TAN MẪU Bước trình phân tích cần phải xem xét thành phần mẫu Đây bước định cho lựa chọn kỹ thuật hòa tan mẫu Nếu thành phần mẫu gây khó khăn sử dụng tác nhân hòa tan, chai lọ đựng mẫu cách phân hủy mẫu Phần lớn mẫu môi trường mẫu đất, bụi sử dụng hỗn hợp axit HF – HNO3, HF - H2SO4… phân hủy chén teflon; mẫu thực vật sử dụng hỗn hợp phân huỷ HNO3- H2SO4, HNO3 – H2O2 bình thuỷ tinh… Sau ví dụ bước phân hủy mẫu bụi để phân tích chì (Pb): - Thu mẫu phin lọc sợi thủy tinh (rửa mẫu khỏi phin lọc hai lần nước cất) - Hoà tan mẫu axit HF nóng, bay khô - Lặp lại với axit HNO3 - Định mức tới vạch V.2.1 Phân tích trực tiếp chất rắn V.2.1.1 Phương pháp huỳnh quang tia X Kỹ thuật huỳnh quang tia X dựa sở chiếu xạ nguyên tử với tia X dẫn tới giải phóng electron từ lớp vỏ bên nguyên tử Các electron lớp vỏ bên nhảy vào lớp vỏ bên để lấp đầy chỗ trống, phát tia X Bước sóng xạ liên quan số nguyên tử hạt nhân tương ứng với phương trình sau: λ = kZ Trong λ bước sóng xạ, k số Z số nguyên tử Các nguyên tố phát xạ tia X đặc trưng bước sóng Sự hấp thụ phát xạ xảy chiếm ưu số lớp bề mặt nguyên tử Với hiệu chỉnh thích hợp cho hiệu ứng (matrix), chuẩn bị mẫu chuẩn có thành phần với mẫu phân tích Cường độ xạ tia X tỷ lệ với nồng độ nguyên tố Hiện có hai kiểu thiết bị huỳnh quang tia X sử dụng chúng khác cách phân tích xạ huỳnh quang Thiết bị bước sóng - tán xạ đo xạ bước sóng cách sử dụng nhiễu xạ từ tinh thể quay theo hướng bước sóng đặc trưng tới detector (Hình 5.6) 191 Tinh thể phân tích quay Nguồn tia X ống chuẩn trực sơ cấp Chỉ có xạ bước sóng xác định góc tới nhiễu xạ Ống chuẩn trực thứ cấp Mẫu Đetector quay để trì định hướng xác tới tinh thể Hình 5.6 Sơ đồ phận phổ kế huỳnh quang tia X Thiết bị tán xạ – lượng đo đo toàn huỳnh quang đồng thời detector Các đóng góp từ bước sóng tách riêng rẽ hệ thống điện tử Quang phổ huỳnh quang tia X điển hình đưa Hình 5.7 Các nguyên tố có số nguyên tử lớn 40 phân tích phương pháp cách sử dụng kỹ thuật chân không để ngăn cản hấp thụ tia X nguyên tố có khối lượng nguyên tử nhỏ không khí nguyên tố từ F đến Ca xác định Mẫu bụi giấy lọc đo trực tiếp mà xử lý hóa học Năng lượng tia X (keV) Hình 5.7 Phổ huỳng quang tia X mẫu bụi V.2.1.2 Phát xạ tia X Tia X tạo cách bắn phá mẫu với electron nhanh Sự bắn phá lần gây kích thích electron lớp vỏ bên phân rã để trở trạng thái phát tia X Kỹ thuật sử dụng 192 máy phân tích vi đầu dò (microproble) điện tử Dòng electron tập trung diện tích nhỏ hạt bụi riêng biệt Do vậy, kỹ thuật mạnh để đánh giá thành phần mẫu bụi Phân tích định lượng kỹ thuật áp dụng từ hình ảnh phát tia X bước sóng tương ứng với nguyên tố riêng biệt V.2.1.3.Phân tích kích hoạt nơtron Phân tích kích hoạt nơtron (NAA) kỹ thuật phân tích nhạy phân tích định tính định lượng đồng thời cho nhiều nguyên tố cấp hàm lượng đa lượng, vi lượng, vết siêu vết đối tượng khác Hiện phương pháp phân tích kích hoạt nơtron xem phương pháp chuẩn để đánh giá xác phương pháp khác Ở Việt nam, phương pháp phân tích kích hoạt nơtron áp dụng từ đầu thập kỷ 80 nghiên cứu quan trắc môi trường Phản ứng đặc trưng phương pháp NAA (n, γ), Hình 5.9 Khi nơtron tương tác với hạt nhân bia qua va chạm không đàn hồi, hạt nhân hợp phần tạo thành trạng thái kích thích Năng lượng kích thích hạt nhân hợp phần lượng liên kết nơtron với nuclon Ngay lập tức, hạt nhân hợp phần trở cấu hình bền thông qua phát xạ gamma tức thời đặc trưng Trong nhiều trường hợp, cấu hình hạt nhân hợp phần sinh nhân phóng xạ Nhân phóng xạ phân rã cách phát nhiều xạ gamma trễ đặc trưng, tốc độ chậm tương ứng với đơn vị thời gian bán rã hạt nhân phóng xạ Thời gian bán rã (T/1/2) từ phần giây đến hàng chục năm Tia gamma tức thời Hạt beta Hạt nhân bia Dong nơtron Nhân phóng xa Hạt nhân sản phẩm Hạt nhân họp phần Tia gamma trễ Hình 5.8 Sơ đồ hình thành sản phẩm hạt nhân phóng xạ phương pháp NAA Phương pháp NAA chia thành hai loại : (1) phân tích kích hoạt nơtron tia gamma tức thời (PGNAA), phép đo tiến hành 193 trình chiếu xạ, (2): phân tích kích hoạt nơtron tia gamma trễ (DGNAA), phép đo tiến hành sau phân rã phóng xạ Kỹ thuật DGNAA sử dụng chủ yếu NAA Nơtron Có nhiều nguồn nơtron (lò phản ứng hạt nhân, máy gia tốc, máy phát nơtron đồng vị) sử dụng cho NAA Lò phản ứng hạt nhân với dòng nơtron cao từ phân hạch urani xem nhạy hầu hết nguyên tố Phân bố lượng nơtron lò khác vị trí kiểu lò phản ứng hạt nhân sử dụng Dựa theo phân bố lượng chia thành ba loại nơtron lò phản ứng hạt nhân nơtron nhiệt, nơtron nhiệt nơtron nhanh Nơtron nhiệt bao gồm nơtron có lượng thấp (dưới 0,5 eV) cân nhiệt với nguyên tử vùng điều tiết lò Ở nhiệt độ phòng, phổ lượng nơtron nhiệt biểu diễn theo phân bố Maxwell – Bolzmann với lượng trung bình 0,025eV tốc độ 2200 m/s Trong hầu hết vị trí chiếu xạ lò phản ứng hạt nhân, khoảng 90 – 95% bắn phá mẫu nơtron nhiệt Nói chung, lò phản ứng hạt nhân có công suất megawatt có dòng nơtron nhiệt vào cỡ 1013 nơtron / cm2.s Nơtron nhiệt bao gồm nơtron có lượng từ 0,5eV – 0,5MeV Tấm kim loại Cd có bề dày mm hấp thụ hoàn toàn nơtron nhiệt cho phép nơtron nhiệt nơtron nhanh xuyên qua Trong vị trí chiếu xạ lò phản ứng không che chắn dòng nơtron nhiệt khoảng 2% tổng dòng nơtron lò Cả nơtron nhiệt nơtron nhiệt tạo phản ứng (n, γ) lên hạt nhân bia Kỹ thuật NAA sử dụng nơtron nhiệt để tạo phản ứng (n, γ) cách chiếu xạ mẫu phân tích bọc lớp Cd hay B gọi phân tích kích hoạt nơtron nhiệt (ENAA) Nơtron nhanh có lượng lớn 0,5 MeV bao gồm nơtron phân hạch sơ cấp mà nhiều lượng ban đầu sau phân hạch Nơtron nhanh đóng góp nhỏ cho phản ứng (n, γ), tạo phản ứng hạt nhân phóng nhiều phần tử hạt nhân khác phản ứng (n,p), (n,n’) (n,2n’) vị trí chiếu xạ lò phản ứng, khoảng 5% tổng dòng nơtron nơtron nhanh Kỹ thuật NAA sử dụng phản ứng tạo nơtron nhanh gọi phân tích kích hoạt nơtron nhanh (FNAA) Đo tia gamma Thiết bị sử dụng để đo tia gamma từ mẫu phóng xạ bao gồm detector bán dẫn, hệ điện tử kết hợp, máy tính sở máy phân tích đa kênh (MCA/ máy tính) Detector có độ phân giải cao (HPGe) làm việc điều kiện nhiệt độ nitơ lỏng (770K) sử dụng thông dụng phòng thí nghiệm NAA 194 Hai đặc trưng quan trọng detector độ phân giải hiệu suất Các đặc trưng khác cần phải lưu ý mua detector dạng đỉnh lượng, tỷ lệ đỉnh vơi1 compton, đường kính tinh thể giá Độ phân giải detector đo khả tách đỉnh gần phổ Độ phân giải đầu dò định nghóa độ rộng đầy đủ nửa cực đại (FWHM) đỉnh 122 keV Co-57 1332 keV Co –60 Trong hầu hết áp dụng NAA, đầu dò với độ phân giải 1,0 keV 1,0 keV 122 keV 1,8 keV 1,0 keV 1332 keV đủ Phổ tia gamma đặc trưng mẫu môi trường với thời gian chiếu xạ, thời gian để nguội thời gian đo khác đưa Hình 5.9 Sử dụng số đếm tia gamma để tính nồng độ nguyên tố Quy trình chung sử dụng để tính nồng độ nguyên tố cần phân tích mẫu chiếu xạ đồng thời mẫu phân tích mẫu chuẩn so sánh biết trước nồng độ nguyên tố quan tâm Nếu mẫu phân tích mẫu chuẩn đo detector, cần phải hiệu chỉnh khác biệt phân rã hai mẫu Thông thường hiệu chỉnh phân rã đo số đếm (hoặc hoạt độ) cho hai mẫu theo thời gian ngược lại thời điểm kết thúc chiếu xạ cách sử dụng thời gian bán rã đồng vị đo Phương trình tính khối lượng nguyên tố mẫu phân tích sau: AS m (e −Tt d ) = S − λTd S ASt mSt (e ) St Trong A = hoạt độ mẫu (S) chuẩn (St), m = khối lượng nguyên tố, λ = số phân rã đồng vị Td = thời gian phân rã (thời gian để nguội mẫu) Khi tiến hành chiếu xạ với thời gian ngắn, thời gian đếm, thời gian phân rã thời gian chiếu xạ cho tất mẫu phân tích mẫu chuẩn, yếu tố thời gian loại bỏ Phương trình viết: CS = CSt WSt AS WS ASt Trong C = nồng độ nguyên tố, W = khối lượng mẫu phân tích mẫu chuẩn 195 Na Số đếm Mn Năng lượng (keV) Số đếm (a) (b) Năng lượg (keV) Hình 5.9 Phổ gamma đặc trưng mẫu môi trường (a) thời gian chiếu giây, để nguội 25 phút thời gian đo: 12 phút (b) thời gian chiếu 24 giờ, để guội : ngày, thời gian do: 30 phút 196 VI.TAØI LIỆU THAM KHẢO V.N.Alecxeep, Phân tích định lượng, Hòang Tinh Dung dịch, Nhà xuất giáo dục, Hà nội, 1960 G Saclo, Các phương pháp Hóa phân tích , Tập II, Đào Hữu Vinh Từ Vọng Nghi dịch, Nhà xuất ĐH THCN, Hà noäi, 1972 Roger N Reeve, Introduction to environmental analysis, University of Sunderland, UK, John Wiley & Son, LTD, 2002 The Nalcoo water handbook, second edition, Mccraw – Hill Book Company, USA, 1998 Ronald E Hester, Roy M Harrison, Air pollution and heath, the Royal society of Chemistry, England, 1998 Gerard Kiely, Environmental Engineering, International Editions, 1998 James D Ingle, JR., Stanley R Crouch, Spectrochemical analysis, PrenticeHall International, Inc ISBN-0-13-826900-9 Fred G Bell, Environmental geology Principal and practice, Blackwell Sicence Ltd, London, 1998 K Babko and A.T Pilipenko, Photometric analysis, Methods of determining non – metals, Mir Publishers, Moscow, 1976 10 A.V.Kariakin, I F Fripbovskai, Methods spectroscop and luminescence in analysis of nature water, Edition “ Chemistry” Moscow, 1987 11 F C Nachod, Jack Schubert, Ion exchange technology, Academic Press Inc, Publsher New York, 1956 12 Mackenzie L davi, David A Cornwell, Introduction to environmental engineering, Third edition, Printed in Singapore, 1998 13 HA.Das, A Faanhof, H A van der Sloot, Environmental radioanalysis, Elsevier, Amsterdam – Oxford – New York, 1983 14 D.dr Scete, R Gijbels, J Hoste, Neutron activation analysis, printed in England, 1972 15 Michael D glascock, An oveview of neutron activation analysis; www Missouri Edu/-glascock/archlab.htm 197 198 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH TS NGUYỄN VĂN SỨC - Ths HỒ THỊ YÊU LY PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG (Lưu hành nội bộ) TP Hồ Chí Minh, 2006 MỤC LỤC NỘI DUNG... PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯNG I.2.1 Phân loại theo lượng mẫu phân tích hay kỹ thuật phân tích I.2.2 Phân loại theo chất phương pháp Chương II PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRỌNG LƯNG II.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA PHÂN... thống) VIII.2.4 Cách biểu diễn kết phân tích PHẦN GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỐI TƯNG MÔI TRƯỜNG Chương I NHỮNG YÊU CẦU CẦN THIẾT TRONG PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG I.1 TÍNH ĐẠI DIỆN CỦA MẪU