Nghiên cứu phương pháp động học trắc quang xác định hàm lượng nitrit trong mẫu nước ngầm và thực phẩm

Nghiên cứu phương pháp động học trắc quang xác định hàm lượng nitrit trong mẫu nước ngầm và thực phẩm

Đại học thái nguyên Tr-ờng đại học s- phạm

Đại học thái nguyên Tr-ờng đại học s- phạm

Luận văn thạc sĩ khoa học

Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: TS Tạ Thị Thảo

Thỏi Nguyờn – 2009

MỤC LỤC

Trang MỞ ĐẦU 1

1.1.2.1 Vai trò của phụ gia thực phẩm 6

1.1.2.2 Ảnh hưởng của phụ gia thực phẩm đến sức khoẻ con người 7

1.1.2.3 Dư lượng nitrit trong thực phẩm 8

1.2 Tổng quan về nitrit và các phương pháp xác định nitrit 8

1.2.1 Nitrit- Trạng thái tự nhiên và tính chất hoá học 8

2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 21

2.2.1 Nguyên tắc phương pháp động học xúc tác trắc quang xác định nitrit 21

2.2.2 Nội dung nghiên cứu 22

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24

3.1 Lựa chọn phản ứng chỉ thị phù hợp để xác định nitrit bằng phương pháp động học xúc tác trắc quang 24

3.1.1 Xác định nitrit dựa vào tác dụng xúc tác cho phản ứng giữa metylen xanh và bromat 24

3.1.1.1 Phổ hấp thụ của sản phẩm phản ứng chỉ thị 24

3.1.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng 25

3.1.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ BrO3- đến phản ứng xúc tác 26

3.1.1.4 Ảnh hưởng của axit đến phản ứng mất màu của MR 27

3.1.1.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhạy 29

3.1.1.6 Ảnh hưởng của nồng độ MB đến độ nhạy của phép phân tích 31 3.1.2 Xác định NO2- bằng phương pháp động học xúc tác trắc quang với thuốc thử metyl đỏ 34

3.1.2.1 Phổ hấp thụ của sản phẩm phản ứng chỉ thị 34

3.1.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng 35

3.1.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ BrO3- đến phản ứng xúc tác 37

3.1.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ NO3- đến phản ứng xúc tác 38

3.1.2.5 Ảnh hưởng của axit đến phản ứng mất màu của MR 40

3.1.2.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhạy 41

3.1.2.8 Ảnh hưởng của các ion lạ tới phép phân tích 47

3.2 Đánh giá độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của phương pháp 49 3.3 Phân tích mẫu thật 51

3.3.1 Xử lý mẫu 51

3.3.1.1 Mẫu rau 51

3.3.1.2 Mẫu thịt 51

3.3.1.3 Nước ngầm 52

3.3.2 Xác định hàm lượng nitrit một số mẫu thực tế 52

3.3.2.1 Xác định hàm lượng Nitrit trong mẫu rau 52

3.3.2.2 Xác định hàm lượng Nitrit trong mẫu thịt 54

3.3.2.3 Xác định hàm lượng Nitrit trong mẫu nước ngầm 56

3.4 So sánh kết quả phân tích giữa phương pháp nghiên cứu và phương pháp tiêu chuẩn 57

Kết luận 59

Lêi c¶m ¬n

Lời đầu tiên tôi xin được gửi tới cô giáo - TS Tạ Thị Thảo lời biết ơn chân thành và sâu sắc nhất Cô là người đã trực tiếp giao đề tài và tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Hóa học – Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa Hoá học – Đại học Sư phạm Thái Nguyên, các anh chị và các bạn đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn đơn vị cơ quan nơi tôi công tác đã tạo điều kiện để tôi học tập, nghiên cứu hoàn thành tốt bản luận văn

Cuối cùng tôi xin được cảm ơn những người thân trong gia đình, đã luôn động viên, cổ vũ để tôi hoàn thành tốt luận văn của mình

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2009 Học viên

NguyÔn ThÞ Hoµn

MỞ ĐẦU

Ngày nay việc bảo vệ môi trường và an toàn thực phẩm là vấn đề quan trọng trong xu thế phát triển bền vững của toàn nhân loại Hiện nay do nhiều nguyên nhân khác nhau đã dẫn tới ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí và đe doạ nguồn thực phẩm an toàn của con người

Qua nghiên cứu cho thấy trong công nghiệp thực phẩm nitrit được sử dụng nhiều nhằm bảo quản các loại nông sản và thực phẩm: hoa quả, rau, thịt cá Môi trường nước ngầm chủ yếu dùng cho sinh hoạt khu vực ngoại thành và nông thôn đang có nguy cơ ô nhiễm ngày càng cao bởi dư lượng hoá chất ngấm vào trong đất [3] Hàm lượng nitrit trong nước bề mặt, trong đất và nước biển thấp (0,01 – 0,02mg/l) Nồng độ nitrit cao hơn gặp nhiều ở nước thải của các nhà máy công nghiệp sử dụng muối nitrit và trong nước ngầm

Như vậy hàng ngày thông qua nguồn nước và thực phẩm thì nitrit gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe lớn của con người Nitrit độc hại hơn so với các hợp chất chứa nitơ khác như amoniac, nitrat và amoni Khi vào cơ thể nitrit kết hợp với Hemoglobin hình thành methaemoglobin, kết quả hàm lượng Hemoglobin giảm sẽ làm giảm quá trình vận chuyển oxi trong máu Khi nitrit vào dạ dày tại đây ở pH thấp nitrit được chuyển thành axit nitrơ có khả năng phản ứng được với amin hoặc amit sinh ra nitroamin – đây là hợp chất dẫn đến ung thư [11,20] Do tính chất nguy hiểm đến sức khoẻ của con người mà việc loại bỏ nitrit trong thực phẩm và nước ngầm trước khi đưa vào sử dụng rất được quan tâm Việc xác định được hàm lượng của nó là cơ sở để đánh giá chất lượng nước, thực phẩm

Trong thời gian gần đây nhiều công trình khoa học đã nghiên cứu xác định nitrit bằng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp trắc quang dựa trên sự hình thành hợp chất màu azo, phương pháp sắc ký và phương pháp cực phổ Phương pháp động học trắc quang là phương pháp đang được quan tâm nghiên cứu để xác định nitrit vì có độ nhạy và độ chính xác cao, quy trình phân tích đơn giản không tốn nhiều hoá chất và không tốn kém về trang thiết bị Khi nghiên cứu mẫu có hàm lượng nhỏ nitrit thì đây là phương pháp thích hợp để ứng dụng phân tích Vì vậy, để đóng góp vào việc phát triển ứng dụng phương pháp này với đối tượng nghiên cứu là thực phẩm và nước ngầm

chúng tôi chọn đề tài: ‘Nghiên cứu phương pháp động học trắc quang xác

định hàm lượng nitrit trong mẫu nước ngầm và thực phẩm’

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nước ngầm và thực phẩm.

1.1.1 Nước ngầm và ô nhiễm nước ngầm

Nước ngầm thường là nước tạo thành từ sự pha trộn nhiều nguồn gốc nguyên thuỷ khác nhau: nguồn gốc khí quyển (nước mưa, nước ngưng tụ); nguồn gốc macma (nước nguyên sinh); nguồn gốc biển; nguồn gốc biến chất (nước tái sinh) Việc xác định thành phần hoá học, loại hình hoá học và các đặc điểm hoá học của các tầng dưới nước sẽ cho phép tìm hiểu, xác định nguồn gốc hoặc nguồn gốc chiếm ưu thế, rất hữu ích trong nghiên cứu về quá trình thành tạo, sự phân bố cũng như động thái của nước ngầm, phục vụ cho công tác quản lý và khai thác hợp lý tài nguyên nước ngầm

Nước ngầm có thành phần rất phức tạp và đa dạng: cả về các ion chính và các nguyên tố vi lượng trong nước Thành phần các ion chính của nước ngầm chủ yếu phụ thuộc vào nguồn gốc chiếm ưu thế Mức độ pha trộn các nguồn gốc khác nhau tạo nên sự đa dạng về kiểu hoá học của nước ngầm Về

các thành phần vi lượng ngoài chịu ảnh hưởng của nguồn gốc còn phụ thuộc nhiều vào đặc điểm địa chất, địa hoá riêng biệt của khu vực

- Về khí hoà tan và kim loại vi lượng: Nước ngầm thường nghèo oxi và giàu CO2 tự do hơn nước mặt vì vậy khác với nước mặt (thường có pH trung tính - tính kiềm yếu và môi trường oxi hoá cao, kim loại vi lượng có hàm lượng nhỏ) có thể gặp nhiều trường hợp nước ngầm có tính axit và môi trường khử do đó có hàm lượng đáng kể các kim loại vi lượng Ngoài ra trong nước ngầm còn có thể có các khí có hàm lượng rất nhỏ trong khí quyển như: metan, sunfuahidro và các khí hiếm như Heli, Neon… các khí này có thể từ sự phân huỷ yếm khí chất hữu cơ trong đất đi lên theo các khe nứt kiến tạo hoà tan vào nước

- Thành phần hoá học và độ khoáng hoá của nước ngầm tầng sâu biến đổi theo mùa ít hơn nước mặt Ở tầng sâu nước ngầm có thể có thành phần hoá học ổn định Đặc điểm này rất quan trọng trong khai tthác các mỏ nước có độ khoáng hoá nhỏ và không ô nhiễm các thành phần vi lượng làm nước uống đóng chai

- Nước ngầm ít bị ô nhiễm chất hữu cơ và vi khuẩn, do chất hữu cơ trong nước mặt đã được keo đất hấp phụ trong quá trình nước ngấm qua các tầng đất Nước ngầm ở dưới sâu có thể hầu như không chứa chất hữu cơ và vi khuẩn Do đặc điểm này giá trị sử dụng lớn nhất của nước ngầm có độ khoáng hoá thấp là khai thác làm nước sạch cung cấp cho sinh hoạt của con người và nhiều ngành sản xuất (chăn nuôi, nông nghiệp, công nghiệp) Tuy nhiên, cần đặc biệt cú ý đến đặc điểm: khả năng ô nhiễm các nguyên tố vi lượng trong nước ngầm cao hơn nước mặt điển hình là ô nhiễm Fe, Mg, As, F, Br, Sunfua…

Song song với việc khai thác hợp lý cần bảo vệ, không làm biến đổi chất lượng và ô nhiễm nước ngầm - một tài nguyên quý giá đối với đời sống con người cũng như nhiều ngành kinh tế[5]

1.1.1.2 Nguyên nhân gây ô nhiễm và hiện trạng ô nhiễm nước ngầm

Nước ngầm là nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu ở nhiều quốc gia và vùng dân cư trên thế giới Do vậy, ô nhiễm nước ngầm có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng môi trường sống của con người Các tác nhân gây ô nhiễm và suy thoái nước ngầm bao gồm:

1- Nhiễm mặn: Do khai thác nông nghiệp, chăn nuôi quá tải không đúng cách là nguyên nhân chính cho việc ô nhiễm nguồn nước ngầm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nhiễm mặn ở nhiều nơi Mạch nước ngầm một khi đã bị nhiễm mặn khó có thể sử dụng lại được nữa Môi trường nước mặt bị ô nhiễm hữu cơ và vi sinh, hàm lượng tổng coliform ở mức cao, vượt quá tiêu chuẩn cho phép nhiều lần Ở riêng TP Hà Nội theo số liệu thống kê của Cục bảo vệ môi trường tháng 5/2006, tổng lượng nước thải sinh hoạt khoảng 450.000 m3 /ngày đêm, một phần được xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại, sau đó xả vào các cống chung hoặc kênh mương, ao hồ Nhiều nơi nước được xả trực tiếp ra sông làm ô nhiễm chất lượng nước các sông [2]

2 - Các chất phóng xạ có trong các khoáng sản dưới đất, hoặc các chất thải phóng xạ đã không xử lý có thể ngấm dần thông qua các lớp đất và thâm nhập vào nước ngầm sau rất nhiều năm Nhiễm asen: Năm 2001, nguy cơ ô nhiễm asen được Micheal Berg, thuộc viện Liên bang Khoa học và Công nghệ Môi trường Thụy Sĩ công bố trên tạp chí Environmental Science & Technology số tháng 7/2001 là nguồn nước uống ở vùng phía Bắc Việt Nam đã bị nhiễm arsen với nồng độ gấp 50 cao hơn định mức của Việt Nam (10 phần tỷ) Nguyên nhân được tác giả nêu ra là do nguồn nước này lấy từ các giếng đóng ở độ sâu từ 10 đến 35m Năm 2003, tình trạng ô nhiễm này đã được chứng minh qua việc khám phá một số bệnh nhân bị bệnh arsenicosis tức là lòng bàn tay và chân bị nám đen[15]

3- Ô nhiễm nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh học (BOD5 ): Nhu cầu oxy hóa học là một chỉ dấu cho thấy sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ nhẹ trong nước Ở những vùng phát triển nông nghiệp và công nghiệp, lượng COD và BOD5 thường tăng cao và đây là báo hiệu cho thấy sự có mặt của hữu cơ và việc thiếu oxy trong nước Ngoài ra, cũng cần kể đến ô nhiễm các tác nhân nhân tạo như nồng độ kim loại nặng cao, photphat, nitrat, nitrit và ammoniac mà nguyên nhân chính là dư lượng của phân bón mà con người sử dụng cho cây trồng[2]

4 - Ô nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật: Nhu cầu phát triển nông nghiệp để giải quyết việc gia tăng dân số là nguyên nhân chính của nguy cơ ô nhiễm các hóa chất diệt cỏ, trừ sâu trong nguồn nước ngầm Thời gian bán hủy của

chúng rất lâu, nghĩa là chúng có thể tồn tại trong đất lâu dài và sau cùng theo nước mưa thẩm thấu vào nguồn nước ngầm Đây là dấu hiệu cho thấy nguồn nước ngầm không còn là nơi an toàn - nhất là đối với các giếng đào và giếng đóng Đây cũng là một cảnh báo rất quan trọng vì những hóa chất này sẽ tích tụ dần trong gan và các mô mỡ, và chỉ phát hiện sau một thời gian dài vài chục năm bị nhiễm độc thầm lặng một khi đã phát hiện được thì nguy cơ tử vong cao

Như vậy tình trạng ô nhiễm và suy thoái nước ngầm đang báo động nghiêm trọng ở các khu vực đô thị và các thành phố lớn trên thế giới Riêng ở Hà Nội một số nơi đã xảy ra lún đất, biến dạng bề mặt đất, giếng đã bị tụt nước ngầm trên 10m và lưu lượng giảm đi một nửa so với ban đầu Ðể hạn chế tác động ô nhiễm và suy thoái nước ngầm cần phải tiến hành đồng bộ các công tác điều tra, thăm dò trữ lượng và chất lượng nguồn nước ngầm, xử lý nước thải và chống ô nhiễm các nguồn nước mặt, quan trắc thường xuyên trữ lượng và chất lượng nước ngầm

5 - Ô nhiễm nitrit và các hợp chất chứa nitơ

Chu trình của nitơ chủ yếu là các phản ứng liên quan đến sinh học Tất cả các phản ứng trong chuỗi:

, NO3-

là quá trình phân huỷ các sinh vật yếm khí (NH4

), hiếm khí (NO2-

, NO3-

) các chất hữu cơ chứa nitơ từ xác các sinh vật, chất thải hữu cơ Ngoài ra nitrit và nitrat còn tìm thấy nhiều trong sản phẩm thịt và rau quả Khi hàm lượng những chất này lớn gây ra ô nhiễm môi trường nước và gây nguy hiểm tới con người [6,4]

1.1.2 Thực phẩm và phụ gia thực phẩm

Phụ gia thực phẩm (food additive) là những chất không được coi là thực phẩm hoặc một thành phần của thực phẩm; chúng có ít hoặc không có giá trị dinh dưỡng được cho vào với mục đích đáp ứng yêu cầu công nghệ trong quá trình sản xuất, chế biến, xử lý, bao gói, vận chuyển, bảo quản thực phẩm [19]

Việc sử dụng phụ gia thực phẩm trong danh mục phải đảm bảo đúng đối tượng thực phẩm và liều lượng không vượt quá mức giới hạn an toàn cho phép

1.1.2.1 Vai trò của phụ gia thực phẩm [19]

- Các chất phụ gia thực phẩm đóng vai trò như là một chất bảo quản thực phẩm được con người đưa thêm vào trong thực phẩm để giữ gìn hoặc kéo dài thời gian sử dụng của các loại thực phẩm nhưng không làm thay đổi chất lượng và hương vị của sản phẩm Đôi khi, người ta cũng sử dụng chất phụ gia để có được một tính chất mong muốn nào đó, như để cho sản phẩm được dai, giòn, có màu sắc hoặc mùi vị hấp dẫn người tiêu thụ hơn… Nhờ chất phụ gia mà bánh mì có thể giữ được lâu ngày hơn mà không sợ mốc; bánh bích - quy giữ được độ giòn lâu; dầu ăn không bị hôi theo thời gian

- Hiện nay người ta đã sử dụng khoảng 600 chất phụ gia trong sản xuất, chế biến thực phẩm, góp phần tạo nên nhiều mặt hàng thực phẩm khác nhau phục vụ cho nhu cầu ngày càng đa dạng của con người Thế nên, người ta càng đưa ra nhiều lý do để đưa các chất phụ gia vào trong thực phẩm như là:

+ Nhằm bổ sung vitamin, khoáng chất không có hoặc đã bị tiêu hủy trong khi biến chế Bằng cách này sẽ giúp tránh suy dinh dưỡng ở những người chỉ quen dùng thực phẩm ít chất dinh dưỡng hoặc những trường hợp thiếu dinh dưỡng vì ăn uống thất thường, ăn kiêng Hoặc điều trị các bệnh do thiếu chất dinh dưỡng như bệnh bướu tuyến giáp vì thiếu iốt; bệnh còi xương vì thiều vitamin D

+ Giữ cho thực phẩm an toàn, tươi lâu hơn: Chất phụ gia có thể làm chậm quá trình lên men của thực phẩm hoặc ngăn chặn sự phân hủy của thực phẩm vì vi khuẩn và nấm mốc

+ Chất phụ gia có thể làm chậm quá trình lên men của thực phẩm và giữ cho thực phẩm an toàn, tươi lâu hơn

+ Làm thay đổi bên ngoài của thực phẩm: Nhằm giúp cho thực phẩm hấp dẫn hơn Có nhiều chất phụ gia cho các mục đích này Chất nhũ hóa (emulsifiers) lecithin ở sữa, lòng đỏ trứng, đậu nành làm món ăn có độ ẩm, không khô cứng Chất làm bột nở như muối bicarbonat, natri phosphat được dùng khi làm bánh nướng, bánh mì để làm cho bánh mềm, xốp hơn

+ Làm tăng mùi vị và mầu sắc của thực phẩm: Việc cho thêm chất tạo màu cũng tạo ra nhiều ý kiến khác nhau Nhưng tâm lý chung khi nhìn thấy một món ăn có màu sắc đẹp, bắt mắt thì nhiều người cũng thích ăn hơn

- Tuy nhiên dù sử dụng thực phẩm cho bất cứ mục đích nào thì các loại phụ gia này đều phải nằm trong danh mục cho phép sử dụng và phải đảm bảo:

a) Đúng đối tượng thực phẩm và liều lượng không vượt quá mức giới hạn an toàn cho phép,

b) Đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, vệ sinh an toàn quy định cho mỗi chất phụ gia theo quy định hiện hành,

c) Không làm biến đổi bản chất, thuộc tính tự nhiên vốn có của thực phẩm

1.1.2.2 Ảnh hưởng của phụ gia thực phẩm đến sức khoẻ con người[15,19]

Hiện nay, việc tìm hiểu sự ảnh hưởng của phụ gia thực phẩm đến sức khởe con người vẫn là một vấn đề phức tạp Vì quyền lợi, những nhà kinh doanh cổ vũ mạnh mẽ việc sử dụng hóa chất và họ thường tài trợ cho các đại học để thực hiện những công trình nghiên cứu có lợi cho sản xuất Nói chung các triệu chứng thường thấy thuộc vào loại phản ứng dị ứng với 1 số chất phụ gia như: ngứa ngáy, da nổi đỏ, nhức đầu, đau bụng, chóng mặt, khó thở vv…Điều mà mọi người lo ngại nhất là đối với một số chất phụ gia, nếu ăn nhiều và ăn thường xuyên trong thời gian dài thì nó có thể gây ra bệnh ung thư Nhưng nhiều là bao nhiêu, lâu là mấy năm thì không ai có thể trả lời chính xác được

Một số tổ chức cá nhân ý thức được hiểm họa của một số chất phụ gia đối với sức khỏe, đã không ngừng báo động, cảnh giác mọi người, đồng thời làm áp lực với chính phủ để giới hạn việc sử dụng những chất này Sau đây là một vài thí dụ :

- Nhóm sulfite: Có thể gây khó thở Những người bị hen suyễn không

nên ăn thực phẩm có chứa sulfite Sulfite được trộn trong rau quả, quả khô (như nho khô) hoặc đông lạnh, các loại nước giải khát, các loại đường dùng làm bánh mứt, trong tôm tép đóng hộp cho nó tươi hơn và cũng tìm thấy trong các loại xốt cà chua

- Nhóm nitrit và nitrat (muối diêm): Có khả năng gây ung thư khi

chuyển thành nitrosamin lúc chiên nướng Các chất này rất hữu hiệu trong việc ngăn cản sự phát triển và diệt vi khuẩn, đặc biệt là khuẩn clostridium botulinum trong đồ hộp Ngoài tác dụng giúp bảo quản tốt, nitrit và nitrat còn tạo cho thịt có màu hồng tươi rất hấp dẫn Thịt nguội, jăm - bông, lạp sườn, thịt hun khói, xúc xích đều có chứa nitrit và nitrat

- Bột ngọt (MSG, monosodium glutamate): Có người không hợp với bột

ngọt nên cảm thấy khó chịu trong người, chóng mặt, nhức đầu, khô miệng, nóng ran ở mặt, sau gáy, và ở hai cánh tay Đôi khi có cảm giác đau ở ngực Tuy nhiên, các triệu chứng trên chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn

- E951-Aspartame (đường hóa học): Người không hợp với chất

aspartame nên có thể bị đau bụng, chóng mặt, nhức đầu Ngoài ra nhiều người còn cho rằng aspartame có thể gây ung thư não, nhưng tin này chưa được giới y khoa xác nhận.[19]

1.1.2.3 Dư lượng nitrit trong thực phẩm [15]

Quy trình sản xuất các loại thức ăn như là thịt, phomat được phép cho thêm 1 lượng ít nitrat và nitrit Nitrat được tìm thấy trong tự nhiên ở trong rau quả và cây trồng Cơ thể con người có thể chuyển đổi một số nitrat trong thức ăn thành nitrit được biết đến như là quá trình nội sinh

Nitrat và nitrit có tự nhiên trong thực phẩm và nước Nitrat có nhiều trong củ cải đường (beets), spinach, củ cải (radishes), rau riếp (lettuce) Trong cơ thể, nitrat chuyển hóa thành nitrit Nitrit được phép dùng trong việc bảo quản thịt vì tác dụng diệt khuẩn của chúng Một trong những vi khuẩn nguy hại gây hư hỏng thịt và gây ngộ độc thức phẩm là Clostridium botulinum, rất phổ biến trước đây Nitrit còn làm tăng mầu sắc, hương vị cho thực phẩm, nhất là mầu hồng đặc biệt của hot dog, thịt jambon, xúc xích… Sử dụng hàm lượng lớn nitrit nhằm thực phẩm lâu bị hư hỏng khiến hàm lượng nitrit trong các sản phẩm vượt quá giới hạn cho phép do đó việc sử dụng những sản phẩm này trở nên không an toàn

1.2 Tổng quan về nitrit và các phương pháp xác định nitrit

1.2.1 Nitrit - trạng thái tự nhiên và tính chất hoá học

Muối của axit nitơ gọi là nitrit, muối nitrit bền hơn axit rất nhiều hầu hết các muối nitrit dễ tan trong nước muối ít tan là AgNO2 Đa số các muối

nitrit không màu

Trong nitrit nguyên tử nitơ ở trạng thái lai hoá sp2, hai obitan lai hoá tham gia tạo thành liên kết  với hai nguyên tử oxi và một obitan lai hoá có

electron tự do, một obitan 2p còn lại không lai hoá của nitơ có một e độc thân tao thành liên kết  không định chỗ với hai nguyên tử oxi

Nhờ có cặp e tự do ở nitơ mà ion NO2-

có khả năng tạo liên kết cho nhận với các ion kim loại Một phức chất thường gặp là natricobantinitrit Na3[Co(NO2)6] Đây là thuốc thử dùng để phát hiện ion K+

nhờ tạo thành kết tủa K3[Co(NO2)6] màu vàng

Nitrit kim loại kiềm bền với nhiệt chúng không phân huỷ khi nóng chảy mà chỉ phân huỷ trên 5000C Nitrit của các kim loại khác kém bền hơn, bị phân huỷ khi đun nóng ví dụ như AgNO2 phân huỷ ở 1400C, Hg(NO2) ở 750C

Trong môi trường axit muối nitrit có tính oxi hoá và tính khử như axit nitrơ cũng như muối NaNO2 được dùng rộng rãi trong công nghiệp hoá học [8]

1.2.2 Độc tính của nitrit

Hàng ngày thông qua nguồn nước và thực phẩm thì nitrit gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe lớn của con người Khi vào cơ thể nitrit kết hợp với Hemoglobin hình thành methaemoglobin, kết quả hàm lượng Hemoglobin giảm sẽ làm giảm quá trình vận chuyển oxi trong máu Thông thường hemoglobin chứa Fe2+ ion này có khả năng liên kết với oxi Khi có mặt của NO2- nó sẽ chuyển hoá thành Fe3+ khiến hồng cầu không làm được nhiệm vụ chuyển tải oxi Nếu duy trì lâu sẽ dẫn tới ung thư

2HbFe2+(O2) + NO2-

+ H2O 2HbFe3+ + 2OH- + NO3-

+ O2

Sự tạo thành methemoglobin đặc biệt thấy rõ rệt ở trẻ em Trẻ em mắc chứng bệnh này thường xanh xao và dễ bị đe doạ đến cuộc sống đặc biệt là trẻ em dưới 6 tháng tuổi[24,13]

Ngoài ra khi nitrit vào dạ dày tại đây pH thấp nitrit được chuyển thành axit nitrơ có khả năng phản ứng được với amin hoặc amit sinh ra nitrosamine – đây là hợp chất gây ung thư Các hợp chất nitroso được tạo thành từ các

amin bậc II và axit nitrơ có thể trở nên bền vững hơn nhờ tách lại proton trở thành nitrosamine

Các amin bậc III trong môi trường axit yếu ở pH = 3 – 6 với sự có mặt của ion nitrit chúng dễ dàng phân huỷ thành anđehit và amin bậc II Sau đó amin bậc II tiếp tục chuyên thành nitrosamine

Các amin bậc II thường xuất hiện trong quá trình nấu rán thực phẩm giàu protein hay quá trình lên men Nitrit có trong rau quả vào khoảng 0,05 – 2 mg/ kg Khi dùng thực phẩm hay nguồn nước có nồng độ NO2- vượt quá giới hạn cho phép lâu ngày sẽ gây nên ngộ độc[15,23]

Hợp chất quan trọng khác của nitơ là NO3-

cũng gây những tác hại không nhỏ cho sức khoẻ con người đặc biệt thông qua nguồn thực phẩm Hàm lượng NO3-

liên quan chặt chẽ tới hàm lượng đạm sử dụng Nếu con người bón quá lượng đạm cần thiết gây ra dư thừa nitrat Khi vào cơ thể con người NO3

tham gia phản ứng khử ở dạ dày và đường ruột sinh ra NO2-

là chất độc hơn cả NO3

- Vì vậy, những thực phẩm và nguồn nước có chứa nitrit cao cần phải loại bỏ và việc xác định hàm lượng của chúng có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước và thực phẩm[6]

Do nitơ và hợp chất của chúng có ảnh hưởng lớn tới sức khoẻ con người nên tổ chức y tế thế giới và các quốc gia đều có những quy định về hàm lượng nitrit và nitrat trong nước uống và thực phẩm (bảng 1)

H

H

Bảng 1: Quy định hàm lượng nitrit và nitrat trong nước uống của một số quốc gia và tổ chức [7]

STT Tổ chức và Quốc gia Hàm lượng NO3

Hàm lượng NO2-

2MnO-4 + 5NO2-

+ 6H+ 2Mn2+ + 5NO3-

+ 3H2O Tuy nhiên trong môi trường axit ion NO2

bị phân huỷ thành NO và NO2 theo phương trình

NO2-

phản ứng chậm với MnO4-

, do đó có thể xảy ra sự phân huỷ NO2

- trước khi phản ứng với MnO4-

Nguyên tắc của phương pháp: oxi hoá NO2- thành NO3- bằng KMnO4 điểm cuối của quá trình chuẩn độ được nhận biết khi màu tím của KMnO4 chuyển thành màu tím rất nhạt (gần như mất màu)

1.2.3.2 Phương pháp trắc quang

Cơ sở của phương pháp trắc quang là dựa vào phản ứng tạo chất màu

của chất cần xác định với thuốc thử và dựa vào định luật Lambe - Beer để xác định hàm lượng chất đó Phương trình biểu diễn mối liên hệ giữa độ hấp thụ quang và nồng độ chất phân tích có dạng: A=.l.C, trong đó: A là độ hấp thụ quang của phức màu, l là chiều dày cuvet và C là nồng độ chất cần phân tích [3]

được xác định dựa trên cơ sở hình thành hợp chất màu azo tại pH thấp NO2- phản ứng với amin bậc I trong môi trường axit tạo thành muối điazoni ở giai đoạn trung gian Muối này khi tác dụng với hợp chất thơm sẽ tạo thành phức màu azo tương ứng thích hợp cho phép đo quang Nếu sử dụng thuốc thử là axit sunfanilic và  - naphtylamin thì NO2-

sẽ phản ứng với sunfanilic tại hợp chất trung gian là muối điazoni tương ứng

Sau đó muối này kết hợp với - naphtylamin tạo ra hợp chất màu hồng

Độ hấp thụ quang được đo ở bước sóng 520nm, yếu tố đầu ảnh hưởng đến phản ứng điazon hoá là pH của môi trường phản ứng, nhiệt độ phản ứng Phản ứng thường được tiến hành ở pH khoảng 1,7 – 3 và ở khoảng nhiệt độ là 0 – 50C Nhiệt độ càng cao phản ứng xảy ra càng nhanh nhưng lại dễ dàng bị phân huỷ thành các hợp chất khác Phương pháp này có độ chọn lọc cao khi có một lượng rất lớn (thường gấp 100 lần) cloramin, clo, thiosunfat, natri poly photphat và sắt (III) thì sai số của phương pháp này là 10%[25]

1.2.3.3 Phương pháp động học xúc tác - trắc quang

A Cơ sở lý thuyết của phương pháp động học xúc tác [9,22]

Cơ sở phương pháp động học xúc tác [22] là dựa trên việc đo tốc độ

phản ứng để xác định nồng độ các chất Phương pháp tiến hành dựa trên hiệu

ứng xúc tác của cấu tử cần định lượng đối với một phản ứng nào đó Vì vậy, nó cho phép xác định được lượng vết, đặc biệt là các anion và các hợp chất hữu cơ một cách đơn giản, nhanh chóng với giới hạn phát hiện thấp Phép xác định cần sử dụng thiết bị theo dõi thời gian, máy điều nhiệt và phổ quang kế có thể đọc tự động, kết hợp với máy tính để theo dõi các thí nghiệm và cho phép đánh giá dữ liệu về độ chính xác, giới hạn phát hiện, sự nhanh chóng và tự động hóa đã đưa phương pháp động học trở nên phổ biến

Khi sử dụng phản ứng có xúc tác để nghiên cứu ta có thể xác định được nồng độ cực kì nhỏ của chất xúc tác thông qua sự tăng tốc độ phản ứng vì một chất xúc tác tham gia vào nhiều vòng của phản ứng xúc tác Khi nồng độ của chất xúc tác tăng sẽ dẫn đến tăng tốc độ phản ứng

Phương pháp xác định động học xúc tác thường dựa theo hai hướng sau:

+ Dựa vào kết quả đo tốc độ phản ứng ở thời điểm bắt đầu của phản ứng (phân tích xúc tác)

+ Dựa vào những biến đổi của tốc độ phản ứng (phân tích các thay đổi như chất hoạt hóa hoặc chất ức chế)

Cơ sở của phương pháp động học xúc tác dựa trên việc đo tốc độ phản ứng chỉ thị Phản ứng chỉ thị là phản ứng được xúc tác bởi chất phân tích Chất để theo dõi tốc độ phản ứng chỉ thị được gọi là “chất chỉ thị ”

Giả thiết có phản ứng như sau:

Ở đây, X là phức chất trung gian hoạt động Nếu phản ứng (3) xảy ra nhanh hơn phản ứng (2), nồng độ của chất xúc tác sẽ không đổi suốt quá trình phản

ứng và tốc độ phản ứng (v) sẽ bằng tổng của tốc độ phản ứng không xúc tác và có xúc tác, tức là:

v = - d A[ ]

dt = ku [A][B] + kc [C][A][B] (4) Ở đây, A là chất chỉ thị

Nếu coi như tốc độ của phản ứng không xúc tác không đáng kể, có thể bỏ qua, ta có:

v = - d A[ ]

dt = [C0]  kc (5) Ở đây, [C0] là nồng độ của chất xúc tác được xác định

 là tích nồng độ của các chất ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng chỉ thị kc là hằng số tốc độ phản ứng

Định luật tốc độ tổng của phản ứng xúc tác chỉ có thể được áp dụng sau khi xét hết ảnh hưởng của các yếu tố động học Do ta không thể biết trước nồng độ của một chất xúc tác trực tiếp trong mỗi trường hợp, cho nên để xác định nồng độ chưa biết của chất xúc tác cần phải dựng đường chuẩn Hai phương pháp chính được sử dụng để phân tích xúc tác là phương pháp vi phân và phương pháp tích phân, kết hợp với ba cách xây dựng đường chuẩn: phương pháp thời gian ấn định, phương pháp nồng độ ấn định và phương pháp tg

* Phương pháp vi phân

Đánh giá tốc độ phản ứng trực tiếp qua d/dt:

+ Đo nồng độ ban đầu, từ đó xác định được tốc độ ban đầu và dùng để đánh giá nồng độ

+ Đo độ dốc của đường cong thực nghiệm tại một điểm bất kì, từ đó có thể tính được nồng độ

* Phương pháp tích phân

Phương pháp tích phân chủ yếu dựa vào việc đánh giá tốc độ tương ứng vượt quá một giới hạn, thường là khoảng nhỏ t

+ Đo thời gian ấn định và đo sự thay đổi của một biến số có liên quan tới nồng độ của chất phản ứng hoặc sản phẩm vượt qua một khoảng thời gian xác định

+ Phương pháp nồng độ ấn định hoặc biến thiên thời gian (chu kì thời gian) được áp dụng để đo sự thay đổi tương tự trong nồng độ chất phản ứng hoặc sản phẩm

Độ nhạy và giới hạn phát hiện của phương pháp: Ưu điểm chính của phương

pháp là giới hạn phát hiện (nồng độ thấp nhất mà chất xúc tác đo được) thấp và độ nhạy cao Nồng độ các chất xúc tác ở trong khoảng 10-6

-10-11 g/ml có thể xác định được dựa trên khả năng xúc tác của chúng và nồng độ phù hợp để có thể đo được tín hiệu phân tích nhỏ nhất

B Độ chọn lọc của phương pháp

Theo IUPAC, độ chọn lọc biểu thị cho khả năng xác định một chất khi

có mặt các chất cản trở đi kèm trong mẫu Các đặc tính riêng không gây ảnh hưởng cản trở trong trường hợp này

Đặc tính xúc tác của một ion vô cơ phụ thuộc vào kích thước ion, điện tích và liên kết của nó Các chất có đặc tính tương tự như chất phân tích sẽ ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng, và do đó phương pháp phân tích động học thường không có tính chọn lọc cao khi có mặt các chất hoá học có liên quan đến các nguyên tố

Độ chọn lọc của phương pháp xúc tác có thể được cải thiện bằng các cách sau: Thay đổi điều kiện phản ứng (pH, nồng độ chất phản ứng, nhiệt độ ), sử dụng các kỹ thuật tách (trao đổi ion, phương pháp phổ, khuyếch tán

phổ, kết tủa đồng thời, chưng cất, điện di ), sử dụng các tác nhân che để hạn chế ảnh hưởng của các ion cản

Giới hạn phát hiện là một ưu điểm thường được nhấn mạnh trong phương pháp phân tích động học xúc tác Tuy nhiên, độ chọn lọc thấp có thể là nguyên nhân hạn chế một phần các ứng dụng của phương pháp này

C Một số phương pháp động học xúc tác trắc quang xác định hàm lượng nitrit

+ Có thể xác định nitrit sử dụng thuốc thử molybdoxylicic acid xanh (MSAB) Phương pháp này nhanh, đơn giản, có độ nhạy và độ chọn lọc cao cho việc xác định hàm lượng Nitrit Đo quang tại = 810 nm Giới hạn phát hiện là 0.004 ppm.[17]

+ Có thể xác định hàm lượng nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nó cho phản ứng giữa methylthymol xanh và kalibromat trong môi trường axit H2SO4

Đo quang tại = 437nm cho phạm vi nồng độ nitrit từ 2-100ng/ml và 100 – 500ng/ml theo phương pháp thời gian ấn định thời gian tại 4 phút ở 30oC Giới hạn định lượng nitrit là 0.6 ng/ml.[21]

+ Có thể xác định hàm lượng Nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nó cho phản ứng oxi hóa cresy brilliant xanh bằng bromat Đo quang ở 595nm và ở 300

C Giới hạn định lượng nitrit là 0.1ng/ml.[18]

+ Có thể xác định nitrit trong môi trường axit dựa vào sự khử Cresyl violet thành màu vàng Đo biến thiên độ hấp thụ quang của dung dịch ở = 555nm nếu hàm lượng nitrit trong khoảng 0.0188 – 2.3 g/ml và tại  = 405nm khi xác định 2.4 – 2.6 g/ml [16]

+ Có thể xác định hàm lượng nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nó cho phản ứng oxi hóa methylene xanh bằng bromat Tốc độ phản ứng được theo dõi màu bằng đo quang ở 664nm và ở 250C theo phương pháp thời gian ấn định tại 3 phút Giới hạn định lượng của phương pháp này là 3.6 g/ml [24]

1.2.3.4 Một số phương pháp khác

A Phương pháp cực phổ

Nitrit là anion có hoạt tính cực phổ, khi xác định nitrit bằng phương pháp cực phổ, điện cực giọt thuỷ ngân, dung dịch nền LaCl3 2% và BaCl2 2% thì nitrit xuất hiện sóng cực phổ ở thế 1,2 V

Nếu dùng nền là hỗn hợp đệm xitrat 2M có pH = 2,5 thì giới hạn phát hiện là 0.2 ppm NO2

-Nếu dùng nền là hỗn hợp KCl 0,2M + SCN- 0,04M + Co2+ 2 104 M ở pH = 1 – 2 thì sẽ cho một pic cực phổ xung vi phân rất rõ khi có mặt của ion NO2- Pic xuất hiện ở thế - 0,5 V ( so với điện cực calomen bão hoà) và chiều cao của pic tỉ lệ với nồng độ NO2

B Phương pháp sắc ký

Ion nitrit phân tích bằng phương pháp sắc kí lỏng cao áp với pha động là axit p-hyđrobenroic 8mM và Bis - Tris 3,2mM Hàm lượng nitrit có thể xác định được đến10.e-8

M Ion nitrit cũng có thể xác định được cùng với các ion khác bằng phương pháp sắc kí ion Tuy nhiên giới hạn phương pháp này chỉ xác định được 0,1 mg/lit NO2-

Mẫu được bơm vào cột tách bằng van bơm mẫu, nhờ pha động thích hợp để qua cột tách Tại đây các cấu tử trong hỗn hợp được tách ra khỏi nhau và xác định nhờ bộ Detector thích hợp.[27,20]

C Phương pháp phân tích khối lượng [15]

Nitrit có thể tạo thành muối khó tan với 2,4- điamino 6-oxypyriđin là 2,4 điamino 5 nitrozo 6 -oxypyriđin Sấy khô muối ở nhiệt độ 120-1400

C rồi xác định trọng lượng của muối Phương pháp phân tích này hầu như ít được nghiên cứu vì thời gian phân tích quá dài, không thích hợp khi cần phân tích nhanh

Ngoài ra, người ta còn xác định nitrit bằng phương pháp gián tiếp dựa trên phản ứng:

3HNO2 + AgBrO3  AgBr + 3HNO3

Lọc lấy kết tủa AgBr, đem rửa bằng dung dịch H2SO4 (1:4) và sấy ở nhiệt độ 85-900C rồi đem cân Từ lượng AgBr kết tủa ta tính được NO2

có trong dung dịch Phương pháp này chỉ áp dụng với những mẫu có chứa lượng lớn NO2

CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất và thiết bị thí nghiệm

2.1.1 Hóa chất

Các hóa chất được sử dụng là loại tinh khiết phân tích (P.A.) và các dung dịch đều được pha chế bằng nước cất 2 lần

* Pha chế dung dịch chuẩn

Dung dịch chuẩn gốc nitrit (1000 mg/l) được pha từ NaNO2 tinh thể Cân 0,750g NaNO2 tinh khiết hoá học đã sấy khô ở 1050C vào cốc cân sau đó chuyển vào bình định mức 500 ml tráng cốc cân 3 lần và định mức bằng nước cất đến vạch định mức Nồng độ chính xác của dung dịch này được xác định lại bằng KMnO4 như sau:

Dùng pipet lấy chính xác Vml MnO4-

có nồng độ xác định vào bình nón dung tích 250 ml Thêm 2ml dung dịch H2SO4 2M + 4ml H2O cất đun nóng nhẹ tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch NO2-

cần xác định nồng độ cho đến khi dung dịch trong bình nón mất màu hồng thì dùng lại Ghi số ml NO2- đã dùng chuẩn độ - V0 ml Phương trình chuẩn độ:

2MnO-4 + 5NO2-

+ 6H+ 2Mn2+ + 5NO3-

+ 3H2O Làm 3 lần lấy kết quả trung bình

Do KMnO4 không phải là chất gốc nên ta phải chuẩn độ lại nồng độ bằng dung dịch chuẩn axit oxalic

Dung dịch chuẩn làm việc có các nồng độ nhỏ hơn được chuẩn bị bằng cách pha loãng dung dịch chuẩn gốc bằng nước cất và sử dụng trong vòng 1 tuần ( bảo quản trong tủ lạnh 40

Dung dịch MB 1,5×10-4 M được chuẩn bị: Pha 0,0135g MB tinh thể bằng nước cất và định mức 250ml Dung dịch được bảo quản trong tủ lạnh ở 40C và được pha lại từng tháng

* Dung dịch NO3- 1M được pha từ KNO3 tinh thể: hoà tan 10,1g KNO3

tinh khiết phân tích bằng nước cất hai lần, lắc kỹ rồi định mức thành 100ml

* Dung dịch axit H2SO4 3M được chuẩn bị bằng cách pha loãng 41 ml

H2SO4 98% vào 250 ml nước Nồng độ chính xác của dung dịch này được xác định lại bằng phương pháp chuẩn độ axit-bazơ như sau:

Dùng pipet lấy chính xác Vml dung dịch H2SO4 cần xác định vào bình nón dung tích 250 ml Thêm 2 - 3 giọt dung dịch chất chỉ thị phenolphtalein Chuẩn bằng dung dịch NaOH đã biết trước nồng độ cho tới khi dung dịch có màu hồng bền trong khoảng 30 giây thì dừng chuẩn độ Ghi lại số ml NaOH đã dùng để chuẩn độ - V0 ml Làm 3 lần lấy kết quả trung bình

Trước khi tiến hành chuẩn độ cần xác định lại nồng độ của NaOH bằng dung dịch chuẩn H2C2O4

* Dung dịch BrO3-

0,2M được pha từ KBrO3 tinh thể Cân chính xác 0,835g KBrO3 tinh khiết phân tích vào cốc cân sau đó hoà tan vào nước chuyển vào bình định mức 250ml rồi thêm nước cho tới vạch (tráng cốc cân 3 lần) Để xác định nồng độ chính xác của dung dịch này ta chuẩn độ lại bằng Na2S2O3

Dùng pipet lấy chính xác Vml BrO3-

dung dịch cần xác định nồng độ vào bình nón dung tích 250 ml Thêm 0,6 ml H2SO4(1:4) + 2ml KI 20% khuấy để yên 10p đậy bình nón bằng nắp kính đồng hồ Chuẩn độ lượng I2 thoát ra bằng dung dịch Na2S2O3 đã biết trước nồng độ cho tới khi dung dịch có màu vàng rơm thì thêm 1ml hồ tinh bột, lắc đều và chuẩn độ tiếp tới khi mất màu xanh thì dừng chuẩn độ Ghi lại số Na2S2O3 ml đã dùng - V0 ml Làm 3 lần lấy kết quả trung bình

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm

* Bình định mức thủy tinh có dung tích 25, 50, 100, 250, 500 ml * Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt dung tích 100, 250 ml

* Bình nón dung tích 250 ml, buret 25 ml

* Các loại pipet chia vạch: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10; 25 ml

* Máy trắc quang UV-VIS 1601 PC - Shimadzu (Nhật Bản), bước sóng làm việc tử 190- 900 nm , cuvet thuỷ tinh chiều dày l = 1cm

* Cân phân tích Scientech SA 210 độ chính xác 0,0001g * Máy điều nhiệt

* Đồng hồ đếm giây

2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Nguyên tắc phương pháp động học xúc tác trắc quang xác định nitrit

Theo tham khảo tài liệu thì các chất màu thuộc họ azo như metyl đỏ (MR) hoặc các chất thuộc họ thiozin như metylen xanh phản ứng chậm với KBrO3 trong môi trường axit, làm giảm độ hấp thụ quang của chất màu Khi có mặt nitrit tốc độ phản ứng tăng nhanh làm cho độ hấp thụ quang giảm mạnh và tỷ lệ thuận với nồng độ nitrit Do đó, dựa vào sự giảm độ hấp thụ quang có thể định lượng đươc nitrit theo phương pháp thời gian ấn định hoặc phương pháp tg

Metyl đỏ có công thức cấu tạo như sau:

Công thức phân tử : C15H15N3O2 M= 269,3 g/molTên gọi: Methyl Red;

2-[4-(Dimethylamino)phenylazo]benzoic

Ở nhiệt độ phòng MR tồn tại ở dạng chất rắn màu đỏ khi tan trong nước cho dung dịch màu đỏ ( pH < 4,4), chỉ thị đổi màu trong khoảng pH= 4,4 - 6,2 Khi pH > 6,2 dung dịch chỉ thị có màu da cam

Ngoài ra ta còn xác định hàm lượng nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nó cho phản ứng giữa metylen xanh và kalibromat trong môi trường axit H2SO4

Metylen xanh có công thức cấu tạo như sau:

Công thức phân tử: C16H18ClN3S 3H2O Tên gọi: Methylene Blue

10NO2- + 2BrO3- + 12H+  5N2O4 + Br2 + 6H2O (MB)khử + N2O4 (MB)oxi hoá + 2NO2-

Mầu xanh không màu

2.2.2 Nội dung nghiên cứu gồm:

- Lựa chọn phản ứng chỉ thị phù hợp để xác định nitrit trong mẫu phân tích - Tối ưu hóa các điều kiện của phép xác định: gồm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố sau đến phản ứng chỉ thị

+ Phổ hấp thụ của dung dịch chất màu và chọn cực đại hấp thụ để đo độ hấp thụ quang

+ Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Theo dõi biến thiên tốc độ phản ứng để chọn phương pháp tg hay phương pháp thời gian ấn định

+ Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng + Ảnh hưởng của nồng độ đầu các tác nhân phản ứng + Ảnh hưởng của môi trường phản ứng

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion lạ đến phép xác định

- Đánh giá phương pháp phân tích : gồm khảo sát giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng, khoảng tuyến tính; đánh giá độ chụm và độ chính xác của phương pháp phân tích, tính hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích - Xây dựng qui trình phân tích và ứng dụng phân tích mẫu thực tế

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Lựa chọn phản ứng chỉ thị phù hợp để xác định nitrit bằng phương pháp động học xúc tác trắc quang

3.1.1 Xác định nitrit dựa vào tác dụng xúc tác cho phản ứng giữa metylen xanh và bromat

3.1.1.1 Phổ hấp thụ của sản phẩm phản ứng chỉ thị

Chuẩn bị 5 bình định mức dung tích 25 ml, đánh số từ 1 đến 5, lần lượt cho vào các bình: 5ml H2SO4 0,75 M sau đó thêm vào mỗi bình như sau:

+ Bình 1: mẫu trắng; + Bình 2: 2,5ml KBrO3 2.10-2 M + Bình 3: 2,5ml KBrO3 2.10-2 M thêm 2,5 NO2- 50 ppm + Bình 4: 2,5ml KBrO3 2.10-2 M thêm 5ml NO2- 50 ppm + Bình 5: 2,5ml KBrO3 2.10-2 M thêm 5 ml NO2- 100 ppm

Cuối cùng thêm vào tất cả các bình 2 ml MB1,5 10-4 M, thêm nước cất đến vạch mức, lắc đều Ghi lại phổ hấp thụ của các dung dịch trong bình từ 1 đến 5 với dung dịch so sánh là dung dịch axit có nồng độ 0,15M sau 1 phút kể từ khi thêm MB ở dải bước sóng từ 500 nm đến 800 nm Kết quả phổ hấp thụ quang của 5 dung dịch được biểu diễn ở hình 1

Đường (1) phổ hấp thụ của dung dịch MB và H2SO4

Đường (2) phổ hấp thụ của dung dịch MB; H2SO4 ; KBrO3Đường (3,4,5) phổ hấp thụ của dung dịch MB; H2SO4 ; KBrO3; NO2- lần lượt có nồng độ 5ppm,10ppm,20ppm

Hình 1: Phổ hấp thụ quang của dung dịch MB khi có mặt H2SO4 ; KBrO3 và NO2(Trong đó nồng độ cuối: MB 1,2 × 10-5

M, H SO 0,15M, KBrO 2.10-3 )

1

3 4 5

2

Thực nghiệm cho thấy metylen blue (MB) là thuốc thử màu xanh, có hai bước sóng hấp thụ cực đại tại 1=612 nm và 2=650 nm trong môi trường axit mạnh (đường 1,2) Hình 1 cho thấy mật độ quang (A) giảm khi trong dung dịch có KBrO3 (đường 2) chứng tỏ có xảy ra phản ứng yếu giữa KBrO3

và MB Khi có mặt lượng vết nitrit trong hỗn hợp phản ứng thì A giảm nhanh (đường 3,4,5) chứng tỏ nitrit đã xúc tác cho phản ứng Tuy nhiên khi có mặt của nitrit thì bước sóng hấp thụ cực đại của MB bị dịch chuyển với 1=640 nm và 2=664 nm Vì vậy, có thể định lượng được nitrit khi dùng nó làm xúc tác cho phản ứng oxi hoá MB bằng KBrO3 khi đo độ giảm hấp thụ quang ở bước sóng 2=664 nm

3.1.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Lấy 5ml H2SO4 0,75 M; 2,5ml KBrO3 2.10-2M cho vào bình định mức 25 ml thêm vào đó 2,5 NO2- 50 ppm Cuối cùng thêm vào bình 2ml MB1,5 10-4 M thêm nước cất đến vạch, lắc đều Theo dõi độ hấp thụ quang của dung dịch tại  = 664 nm sau 1 phút kể từ khi thêm MB với dung dịch so sánh là axit H2SO4 trong khoảng thời gian là 360 giây Kết quả thu được như hình 2

Hình 2: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang theo thời gian

(Trong đó nồng độ cuối: MB 1,2 × 10-5

M, H2SO4 0,15M, KBrO3 2.10-3; NO2- 5 ppm ) Kết quả cho thấy độ hấp thụ quang giảm theo thời gian và dần đạt cân bằng khi thời gian phản ứng lớn hơn 200s Do đó ở các thí nghiệm tiếp theo

chúng tôi chọn đo theo phương pháp thời gian ấn định là 1 phút kể từ khi thêm thuốc thử MB vào dung dịch đã có các tác nhân phản ứng khác (được xem là thời điểm t = 0)

3.1.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ BrO3- đến phản ứng xúc tác

Ảnh hưởng của nồng độ cuối BrO3

được khảo sát ở khoảng 6 10-4 - 4.10-3 M khi cố định các tác nhân khác

Chuẩn bị 12 bình định mức dung tích 25 ml, đánh số từ 1 đến 12 Lần lượt cho vào mỗi bình: 5ml H2SO4 0,75 M sau đó thêm vào mỗi bình như sau:

+ Bình từ 1-6: KBrO3 có nồng độ tăng dần từ 6.10-4 - 4.10-3M + Bình từ 7-12: 5 ml NO2-

100 ppm và KBrO3 có nồng độ tăng dần từ 6.10-4 - 4.10-3M

Cuối cùng thêm vào tất cả các bình 2 ml MB1,5.10-4 M thêm nước cất đến vạch, lắc đều Sau 1 phút kể từ khi thêm MB đo độ hấp thụ quang của các dung dịch tại  = 664 nm với dung dịch so sánh là axit H2SO4 0,15M Kết quả được trình bày trong bảng 2 và biểu diễn trên đồ thị hình 3

Bảng 2: Kết quả ảnh hưởng của nồng độ BrO3- đến phản ứng xúc tác

(Trong đó nồng độ cuối: MB 1,2 × 10-5

M, H2SO4 0,15M ; NO2- 20 ppm ) Nồng độ -

Hình 3: Ảnh hưởng của nồng độBrO3-

delta A là đường biểu diễn hiệu số Anen - Acó nitrit

Kết quả ở hình 3 cho thấy với phản ứng nền khi nồng độ BrO3

tăng thì

độ hấp thụ quang giảm theo sự tăng của nồng độ đầu BrO3

- Khi có mặt nitrit, tăng nồng độ BrO3- từ 6.10-4

M đến 2.10-3M thì độ hấp thụ quang giảm mạnh hơn sau đó có giảm nhưng chậm nên sự chênh lệch của độ hấp thụ quang (deltaA) giữa phản ứng nền và phản ứng xúc tác (mẫu có ảnh hưởng NO2

-

) tăng dần đến nồng độ KBrO3 2.10-3 M Khi nồng độ KBrO3 cao hơn thì hiệu số độ hấp thụ quang giảm và hầu như không thay đổi nữa Vì thế nồng độ cuối của KBrO3 2.10-3 M được chọn làm nồng độ tối ưu để tiến hành các phản ứng tiếp theo

3.1.1.4 Ảnh hưởng của axit đến phản ứng mất màu của MB

Các khảo sát sơ bộ cho thấy phản ứng động học không xảy ra trong môi trường axit yếu như axit axêtic, nhưng ngược lại phản ứng động học có thể xảy ra trong môi trường mạnh Ảnh hưởng của nồng độ cuối axit sunfuric đã được khảo sát trong khoảng nồng độ 0,04 – 0,2M

Chuẩn bị 10 bình định mức dung tích 25 ml, đánh số từ 1 đến 10: Lần lượt cho vào mỗi bình như sau:

+ Bình từ 1 – 5: 2,5ml KBrO3 2.10-2 M thêm H2SO4 có nồng độ tăng

dần từ 0,04 – 0,2M

+ Bình từ 6 – 10: 2,5ml KBrO3 2.10-2M thêm 5 ml NO2- 100 ppm và H2SO4 có nồng độ tăng dần từ 0,04 – 0,2M

Cuối cùng thêm vào tất cả các bình 2 ml MB1,5.10-4 M thêm nước cất đến vạch, lắc đều Sau 1 phút kể từ khi thêm MB đo độ hấp thụ quang của các dung dịch tại  = 664 nm với dung dịch so sánh là axit H2SO4 có nồng độ tăng dần từ 0,04 – 0,2M Kết quả được trình bày trong bảng 3 và biểu diễn trên đồ thị hình 4

Bảng 3: Kết quả ảnh hưởng của nồng độ axit đến phản ứng mất màu của MB

(Trong đó nồng độ cuối: MB 1,2 × 10-5

M, KBrO3 2.10-3 M; NO2- 30 ppm ) Nồng độ H2SO4 (M) Anền A (có NO2-) DeltaA

nong do H2SO

B C D

Hình 4: Ảnh hưởng của axit đến phản ứng mất màu của MR

Hình 4 cho thấy rằng, sự chênh lệch của độ hấp thụ quang giữa mẫu nền và mẫu có ảnh hưởng NO2- (delta A) tăng nhanh theo sự tăng của nồng độ axit sunfuric sau đó giá trị delta A gần như không đổi Vì thế, nồng độ cuối của axit được chọn để sử dụng trong phương pháp là 0,15M

3.1.1.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhạy của phương pháp

Khi nhiệt độ tăng, sự chuyển động nhiệt của các phân tử trong bình phản ứng tăng, do đó làm tăng số va chạm hiệu quả giữa các phân tử cho nên tốc độ phản ứng tăng Thông thường khi nhiệt độ tăng 100C thì tốc độ phản ứng tăng 2-3 lần Điều này gây ảnh hưởng tới độ nhạy và độ lặp lại của phương pháp phân tích động học xúc tác Vì thế cần nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới phản ứng chỉ thị Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhạy được khảo sát trong khoảng 5-400

C

Chuẩn bị 14 bình định mức dung tích 25ml, đánh số từ 1 đến 14: Lần lượt cho vào các bình 5ml H2SO4 0,75 M sau đó thêm vào các bình như sau:

+ Bình 1 – 7: 2,5ml KBrO3 2.10-2 M

+ Bình 8 – 14: 2,5ml KBrO3 2.10-2 M thêm NO2-

20 ppm

Tiếp theo, với từng cặp bình 1+8; 2+9; 3+10; 4+11; 5+12; 6+13; 7+14 lần lượt được điều nhiệt ở nhiệt độ tương ứng là 50

C, 100C,150C, 250C, 300C,