3.3.3.1 pH
Để đo pH dùng máy đo pH 526 – GLP.
Hóa chất chuẩn:hai dung dịch chuẩn thƣờng sử dụng là dung dịch pH 4.01 ± 0.01 và pH 7,01 ± 0.01.
Tiến hành đo mẫu: nhúng điện cực thủy tinh vào dung dịch mẫu, kết quả đo pH đƣợc hiển thị trực tiếp trên màn hình của máy đo. Sau khi đo mỗi mẫu, rửa điện cực 3 lần. Để đảm bảo độ chính xác cần tiến hành hiệu chỉnh pH theo các giá trị dung dịch đệm đi kèm.
Luôn chú ý giữ đầu điện cực nhúng chìm trong dung dịch bảo quản (KCl 3N). Tính kết quả: khi chỉ số hiển thị trên màn hình ổn định, tiến hành ghi nhận kết quả.
3.3.3.2 Hàm lượng Oxy hoà tan trong nước (DO)
Dùng máy đo hàm lƣợng oxy hoà tan trong nƣớc DO YSI 5000, xác định hàm lƣợng oxy hòa tan trong mẫu nƣớc (mg/l). Cấu tạo máy gồm:
Đầu dò oxy bao gồm 1 điện cực dƣơng (anode) đƣợc làm từ Ag/AgCl, 1 điện cực âm (cathode) đƣợc làm từ kim loại quý nhƣ platinum, vàng, tungsten hoặc rhodium và dung dịch điện cực KCl bão hòa ngăn cách với môi trƣờng ngoài bởi màng cảm ứng polyethylene, teflon, polypropylene hoặc vật liệu tƣơng tự có độ dày thƣờng 25μm hoặc mỏng hơn (có khả năng thấm oxy). Các điện cực trong hệ thống này có 1 hiệu điện thế giữa chúng thƣờng khoảng 0.7 volts.
Lê Thị Ngọc Dung 28
Khi oxy trong mẫu nƣớc tiếp xúc với màn cảm ứng, màn có khả năng thấm oxy và tỷ lệ mà oxy đi qua màng cảm ứng có liên quan đến áp lực của oxy trong mẫu nƣớc. Khi cung cấp mật hiệu điện thế cho đầu dò thì oxy phân tử thấm thẩu qua màng, phản ứng với cực cathode và bị khử thành hydroxide với tỷ lệ 4 moles OH-/mole oxy theo phƣơng trình sau:
O2 +2H2O + 4e- → 4OH-
Sau đó 1 dòng điện chạy qua cực anode (điện cực bằng bạc) và OH-
phản ứng với bạc tạo thành dạng oxit bạc theo phƣơng trình sau:
2AgO + 2OH- = Ag2O + H2O + 2e-
Do đó, sự chính sự khác biệt về áp lực oxy giữa trong và ngoài màng cảm ứng làm cho oxy thẩm thấu qua màng. Vì vậy, nếu áp lực oxy bên ngoài màng cảm ứng thấp thì dòng điện giữa 2 điện cực sẽ ít hơn so với khi áp lực oxy bên ngoài cao.
Ngoài ra, tính thấm của màn cảm ứng bị ảnh hƣởng rất lớn bởi nhiệt độ (Mancy và Jaffe, 1966) (Trích dẫn bởi Boyd & Tucker, 1992). Bên cạnh đó nhiệt độ còn ảnh hƣởng đối với dòng điện giữa 2 điện cực thông qua mối quan hệ về nhiệt độ và áp lực oxy. Do đó, hầu hết các máy đo oxy hòa tan trong nƣớc thƣờng đƣợc thiết kế có bộ phận hiệu chỉnh nhiệt độ tự động để tránh sai số do ảnh hƣởng của nhiệt độ lên số liệu đo đạc.
Hàm lƣợng oxy hòa tan trong nƣớc cũng bị ảnh hƣởng bởi nồng độ muối. Hàm lƣợng oxy hòa tan trong nƣớc ở mức bão hòa giảm khi áp suất không khí và tăng nồng độ muối. Vì vậy, hầu hết các máy đo oxy thƣờng đƣợc thiết kế có sự hiệu chỉnh áp suất và nồng độ muối để tăng độ chính xác trong đo đạc.
Nguyên tắc
Theo phƣơng pháp này thì áp suất riêng phần của oxy hòa tan đƣợc đo trực tiếp. Sau đó áp suất riêng phần đƣợc chuyển đổi thành nồng độ (mg/l). Máy đo oxy tính toán các giá trị này dựa trên mối quan hệ giữa nhiệt độ, độ hòa tan của oxy và áp suất không khí.
Cách tiến hành
Nhúng điện cực vào trong mẫu, kết quả đo DO đƣợc hiển thị trực tiếp trên màn hình của máy đo. Sau mỗi lần đo, cần rửa điện cực 3 lần.
Lê Thị Ngọc Dung 29
a. Nguyên tắc
Thông thƣờng chất rắn lơ lửng đƣợc xác định bằng cách lọc mẫu nƣớc qua giấy lọc sợi thủy tinh có cỡ lỗ xốp khoảng 1.2µm, sau đó sấy khô phần không qua giấy lọc ở 103oC đến 105o
C đến khối lƣợng không đổi và cân để xác định chất rắn lơ lửng. Đơn vị biểu diển: mg/l
V W W = l) TSS(mg/ 1 0 (3.1) Trong đó: V: thể tích mẫu nƣớc đã lọc (ml). TSS: tổng chất rắn lơ lửng (mg/l). W0: khối lƣợng giấy lọc (mg).
W1: khối lƣợng của giấy lọc và chất rắn lơ lửng sau khi sấy (mg). b. Cách tiến hành
Giấy dùng để lọc đƣợc sấy ở 1050C và trong 2-3 giờ. Sau đó cân giấy lọc để xác định khối lƣợng giấy lọc (W0, (mg)).
Lấy chính xác V (ml) mẫu lắc đều và tiến hành lọc mẫu. Sau đó giấy lọc đƣợc sấy ở 1050C trong 2-3 giờ, hút ẩm trong 30 phút trong bình hút ẩm, cân khối lƣợng (W1, (mg)).
Tính toán kết quả theo công thức 3.1.
3.3.3.4 Phân tích COD
a. Nguyên tắc
Trong phƣơng pháp đicromate các hợp chất hữu cơ trong nƣớc bị oxy hóa thành CO2 và H2O bởi chất oxy hóa mạnh (K2Cr2O7) trong môi trƣờng acid. Một lƣợng biết trƣớc K2Cr2O7 đƣợc thêm vào mẫu nƣớc sẽ bị acid hóa với H2SO4. Mẫu nƣớc này sau đó đƣợc đun nóng và các chất hữu cơ bị oxy hóa thành CO2 và H2O, trong khi đó dichromate bị khử theo phƣơng trình sau:
Chất hữu cơ + Cr2O72- + H+ → 2Cr3+ + CO2 + H2O
Lƣợng thừa dichromate có thể xác định đƣợc bằng cách chuẩn độ với ferrous ammonium sulfate - Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O:
Lê Thị Ngọc Dung 30
6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ → 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O
Lƣợng dichromate tiêu thụ cho việc oxy hóa các chất hữu cơ có thể đƣợc tính toán từ mN (mili đƣơng lƣợng) của K2Cr2O7 đã thêm vào mẫu trừ mN của Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O đã sử dụng trong việc chuẩn độ để khử lƣợng K2Cr2O7 dƣ.
b. Cách pha dung dịch
Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 (0.0167mol/l): hòa tan 33.3g HgSO4 vào 167ml H2SO4 (đậm đặc). Để nguội và hòa tan 4,913g K2Cr2O7 đã sấy khô ở 1050C trong 2h vào dung dịch, chuyển toàn bộ dung dịch vào bình định mức và định mức đến 1.000ml.
Dung dịch FAS 0,1M: hòa tan 39.2g (NH4)2Fe(SO4).6H2O trong một ít nƣớc cất, thêm 20ml H2SO4 đậm đặc, làm lạnh và định mức đến 1000ml.
Thuốc thử H2SO4: cho 10.12g Ag2SO4 trong 1.000ml H2SO4 đậm đặc (5.5g Ag2SO4 trong 1000g H2SO4, 1000ml H2SO4 bằng với 184g H2SO4).
Chỉ thị Ferroin: hòa tan hoàn toàn 1.485g 1,10-phenanthroline monohydrate và thêm 0.695g FeSO4.7H2O trong nƣớc cất và định mức thành 100ml (khi 2 chất trộn lẫn với nhau thì dung dịch chỉ thị sẽ tan hoàn toàn và có màu đỏ).
c. Cách tiến hành Chuẩn độ lại FAS:
Pha loãng 10ml 0.0167M K2Cr2O7 với 90ml nƣớc cất erlen 250ml
Nhẹ nhàng trộn đều, làm nguội Chuẩn độ với FAS 0.1M, sử dụng 2 – 3 giọt chỉ thị ferroin
Màu chuyển từ xanh đỏ nâu Thêm 30ml acid H2SO4 đđ
Lê Thị Ngọc Dung 31
Giai đoạn phá mẫu:
Tiến hành khảo sát COD.
Đối với mẫu trắng: tiến hành mẫu trắng giống nhƣ quy trình đối với mẫu nƣớc phân tích: 25ml nƣớc cất + 2.5ml dd (K2Cr2O7 + HgSO4) + 3.5ml dd (Ag2SO4 + H2SO4) cho trực tiếp vào ống nghiệm.
Tính toán :
Trong đó:
Vo: Thể tích dung dịch FAS dùng để chuẩn độ mẫu trắng (ml) V1: Thể tích dung dịch FAS dùng để chuẩn độ mẫu nƣớc thải (ml) [FAS]: Nồng độ mol/l của dung dịch FAS (M)
(Vo – V1) x [FAS] x 8000 Vmẫu
COD (mg/l) =
Cho 10ml mẫu nƣớc thải (20ml nƣớc sông) vào becher 50ml thêm chính xác 1.5ml dd (K2Cr2O7 + HgSO4)
Cẩn thận cho tiếp 3.5ml dd (Ag2SO4 + H2SO4)
Đặt ống nghiệm vào tủ sấy, ổn định nhiệt độ 150oC trong 1 giờ 30 phút
Làm lạnh nhiệt độ phòng
Cô trên bếp điện trong tủ hút < 10ml, cho vào ống nghiệm (tráng becher với một ít nƣớc cất), vặn chặt nút ống nghiệm
Mở nắp ống nghiệm, chuyển vào erlen 50ml, thêm 1 – 2 giọt chỉ thị ferroin, lắc đều
Lê Thị Ngọc Dung 32
3.3.3.5 Phân tích BOD5 20oC
a. Nguyên tắc
Trung hòa mẫu nƣớc cần phân tích và pha loãng bằng những lƣợng khác nhau của một loại nƣớc pha loãng giàu oxy hòa tan và chứa các vi sinh vật hiếu khí, có hoặc không chứa chất ức chế sự nitrat hóa.
Ủ ở nhiệt độ xác định trong một thời gian xác định, 5 ngày, ở chỗ tối, trong bình đầy và đậy nút kín. Xác định nồng độ oxy hòa tan trƣớc và sau khi ủ. Tính khối lƣợng oxy tiêu tốn trong 1 lít nƣớc.
b. Cách tiến hành
Lấy 432ml mẫu cho vào bình ủ, sau đó lấy NaOH cho vào nút nhựa, đậy bình lại rồi để vào tủ ủ ở nhiệt độ 20oC, sau 5 ngày thu đƣợc kết quả.
3.3.3.6 Phân tích P-PO4 3-
a. Nguyên tắc
Sử dụng phƣơng pháp xanh molibdat so màu quang phổ ở bƣớc sóng 690nm: các mẫu chứa phospho dƣới dạng phospho hữu cơ và polyphosphat sẽ đƣợc phá mẫu để chuyển về dạng orthophosphate.
Khi mẫu có orthophosphate, trong môi trƣờng acid trung bình sẽ phản ứng với amonium molybdate để phóng thích acid molybdophosphoric, sau đó acid sẽ bị khử bởi SnCl2 cho molybenum màu xanh dƣơng.
NH MoO H NH PO MoO + NH + H O + PO3 4 4 4 3 4 12 2 424 3 .12 21 4 12 2 3 .12 2+ Molybdenum 3 4 4 PO MoO +Sn NH (xanh dƣơng)
Sắc đồ màu khi so sánh với các dung dịch màu tham chiếu cho phép xác định đƣợc hàm lƣợng phosphate trong mẫu.
b. Cách pha dung dịch
Chỉ thị phenolphthalein: lấy 1g phenolphthalein pha trong 100ml C2H5OH 96o. Dung dịch P-PO43- chuẩn: dung dịch P-PO43- chuẩn (1ml = 10g P-PO43-):
Dung dịch lƣu trữ (1ml = 100g P-PO43-): hòa tan 439.3mg KH2PO4 khan (đã sấy khô ở 105o
Lê Thị Ngọc Dung 33
Dung dịch chuẩn (1ml = 10g P-PO43-): định phân 10 ml dung dịch lƣu trữ với nƣớc cất đến 1 lít (1ml = 0.010mg P).
Hỗn hợp acid mạnh (H2SO4 + HNO3): lấy 600ml nƣớc cất + 300ml H2SO4đđ, để nguội + 4ml HNO3đđ + nƣớc cất = 1000ml.
Dung dịch SnCl2: cân 2.5g SnCl2.2H2O + 100ml glycerol, đun cách thủy, quấy đến khi tan hoàn toàn.
Dung dịch molybdat: cân 25g (NH4)6Mo7O24.4H2O hòa tan trong 175ml nƣớc cất. Pha 280ml H2SO4 đđ vào 400ml nƣớc cất, để nguội. Trộn hai dung dịch trên lại và định mức đến 1000ml với nƣớc cất.
Dung dịch NaOH 1N: cân 4g NaOH hòa tan trong 100ml nƣớc cất. c. Cách tiến hành
Giai đoạn phá mẫu:
Cho 25ml mẫu nƣớc thải vào erlen 250ml
Làm lạnh và pha loãng đến 30ml bằng nƣớc cất
Trung hòa đến màu hồng nhạt với dd NaOH 1N 1 giọt chỉ thị phenoltalein
Đun sôi nhẹ trên bếp điện cho đến khi thể tích dƣới 10ml Thêm 1ml acid mạnh (phá mẫu P) + 0.5g K2S2O8
Nếu xuất hiện màu đỏ, thêm 1 vài giọt acid mạnh vừa đủ làm mất màu 1 giọt chỉ thị phenoltalein
Lê Thị Ngọc Dung 34
Chuẩn bị dung dịch chuẩn và mẫu phân tích:
STT 0 1 2 3 4 5 Mẫu phân tích 1 2 3 ml dd mẫu xử lý 0 0 0 0 0 0 15 15 15 ml dd PO43- chuẩn 0 2 4 6 8 10 0 0 0 ml nƣớc cất 49 47 45 43 41 39 34 34 34 ml dd Molybdat 2ml dd SnCl2 5 giọt C (mg/l) 0 0.4 0.8 1.2 2.0
Sau 10 phút đo mật độ quang của các dung dịch màu ở bƣớc sóng 690nm. Sau khi đo đƣợc độ hấp thụ quang ta tiến hành lập đƣờng chuẩn để xác định nồng độ của phosphate khi biết nồng độ quang của mẫu:
Lê Thị Ngọc Dung 35
Ta có phƣơng trình đƣờng chuẩn là y = 0.7279x + 0.0081 và hệ số tƣơng quan R2=0.9995.
3.3.3.7 Phân tích N-NH4 +
a. Nguyên tắc
Sử dụng phƣơng pháp Nessler so màu. Trong môi trƣờng bazo mạnh, NH4+ sẽ biến thành NH3. NH3 mới hình thành và NH3 sẵn có trong nƣớc sẽ tác dụng với phức indo mercurate kalium (2KI.HgI2) hình thành phức chất có màu vàng nâu, cƣờng độ màu đậm hay nhạt tùy thuộc vào hàm lƣợng NH3 có trong mẫu nƣớc.
2(2KI.HgI2) + NH3 + 3KOH → (NH2)Hg-O-HgI + 7KI + 2H2O
Nhƣng trong nƣớc thiên nhiên chứa các ion Ca2+, Mg2+ (nƣớc cứng), trong môi trƣờng bazo mạnh các ion này sẽ tạo thành các hydroxide ở dạng keo, làm cho dung dịch bị đục cản trở quá trình so màu. Để khắc phục hiện tƣợng trên, phải dùng muối Seignett (KNaC4H4O6), hay EDTA cho vào mẫu nƣớc phân tích, để các muối này kết hợp với các ion Ca2+, Mg2+ hình thành các hợp chất hòa tan, không màu trong dung dịch.
M2+ + KNaC4H4O6 → K+ + Na+ + MC4H4O6 M2+ + Na2H2I → Na2MI + 2H+
b. Cách pha dung dịch
Dung dịch chuẩn N-NH3 (1ml = 10 g N-NH3) :
Dung dịch lƣu trữ N-NH3 (1ml = 1mg = 1000g N-NH3). Hòa tan 3.819g NH4Cl + nƣớc cất cho đủ 1 lít, 1ml = 1mg N = 1.22mg NH3.
Dung dịch chuẩn N-NH3 (1ml = 10g N-NH3): Pha loãng 10ml dung dịch lƣu trữ với nƣớc cất cho đủ 1 lít (1ml = 0,010mg N = 0.0122mg NH3).
Thuốc thử Nessler:
Dung dịch A: hòa tan 100g HgI2 + 70g KI + một ít nƣớc cất cho đủ 500ml. Dung dịch B: 160g NaOH + 500ml nƣớc cất.
Lê Thị Ngọc Dung 36
c. Cách tiến hành
Chuẩn bị dung dịch chuẩn và mẫu phân tích:
STT 0 1 2 3 4 5 Mẫu phân tích 1 2 3 ml dd N-NH3 chuẩn 0 1 2 3 4 5 0 0 0 ml nƣớc cất 25 24 23 22 21 20 15 15 15 ml mẫu nƣớc 0 0 0 0 0 0 10 10 10 Thuốc thử Nessler 4 giọt/ống C (mg/l) 0
So mẫu các dung dịch ở bƣớc sóng 430nm sau khi thêm Nessler đƣợc 10 phút. Sau khi đo đƣợc độ hấp thụ quang ta tiến hành lập đƣờng chuẩn để xác định nồng độ của amoni khi biết nồng độ quang của mẫu:
Hình 3.13 Đồ thị độ hấp thụ của N-NH4+
Ta có phƣơng trình đƣờng chuẩn là y = 0.1289x-0.0008 và hệ số tƣơng quan R2=0.9994. y = 0.1289x - 0.0008 R² = 0.9994 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Đ ộ hấ p th ụ A Nồng độ C (mg/l) Đường chuẩn N-NH4+
Lê Thị Ngọc Dung 37
Tính toán kết quả: tính nồng độ N-NH4+ hiện diện trong mẫu dựa trên việc phƣơng trình hồi qui tƣơng quan giữa độ hấp thụ quang và nồng độ chất tan cần phân tích.
3.3.3.8 Phân tích sắt tổng[15]
a. Nguyên tắc
Sắt bị khử thành dạng Fe2+ bằng cách đun sôi với acid và hydroxylamine và đƣợc xử lý với 1,10-phenanthroline ở pH=3,2-3,3. Khi đó 3 phân tử phenanthroline tạo thành hợp chất càng cua với một nguyên tử Fe2+ thành dạng phức chất có màu đỏ-cam. Sau đó đƣợc xác định bằng máy so màu quang phổ ở bƣớc sóng 510nm
Sắt ở dạng ferric hydrat không tan sẽ đƣợc hòa tan bằng HCl đậm đặc. Fe(OH)3 + 3H+ Fe3+ + 3H2O
Nếu sắt nằm dƣới dạng Fe3+ hoặc trong dung dịch có chứa Fe3+ và Fe2+ thì trƣớc tiên ta phải dùng hydroxylamine khử Fe3+
thành Fe2+.
4 Fe3+ + 2NH2OH 4Fe2+ + N2O + H2O + 4H+ Ở pH từ 3 đến 9, Fe2+
sẽ tạo đƣợc phức màu đỏ-cam với 1,10-phenanthroline và đƣợc xác định bằng cách đo độ hấp thụ A ở bƣớc sóng = 510nm trên máy quang phổ UV-VIS. N N + Fe2+ Fe N N N N N N Bis{1,10-phenanthroline}ferrate(III) 1,10-phenanthroline 2+ 3
Màu sắc tỷ lệ với hàm lƣợng Fe2+. Quan hệ giữa nồng độ sắt và mật độ quang là tuyến tính với nồng độ sắt nhỏ hơn 0.5 (mg/l).
b. Cách pha dung dịch
Dung dịch 1,10-phenanthroline: hòa tan 0.1g 1,10-phenanthroline monohydrate (C12H8N2.H2O) trong 100ml nƣớc cất. Nếu không tan hoàn toàn có thể
Lê Thị Ngọc Dung 38
đun ở 800C (không đƣợc đun sôi) hoặc thêm vào 2 giọt HCl đậm đặc vào nƣớc trƣớc khi cho 1,10-phenanthroline vào.
Dung dịch Fe chuẩn 10mg/l: cân 1.404g FAS hòa tan trong nƣớc cất + 20ml H2SO4đđ, định mức thành 1 lít với nƣớc cất. Lấy 5ml dung dịch trên thêm nƣớc cất, định mức thành 100ml. Dung dịch sau khi pha lấy dùng trong ngày.
Dung dịch đệm ammonium acetate: hòa tan 250g CH3COONH4 trong 50ml nƣớc, khuấy đều cho tan sau đó thêm vào 700ml acid acetic đậm đặc, pha loãng với nƣớc cất thành 1000ml.
Dung dịch hydroxylamine 10%: hòa tan 10g hydroxylamine hydroclorua (NH2OH.HCl) với nƣớc cất thành 100 ml.
c. Cách tiến hành Thiết lập đƣờng chuẩn: Chuẩn bị dung dịch nhƣ sau:
STT 0 1 2 3 4 5 Thể tích sắt chuẩn (ml) 0 5 10 15 20 25 Dung dịch đệm (ml) 10 Dung dịch 1,10-phenanthroline 5 Thể tích nƣớc cất (ml) Định mức đến 50 ml Nồng độ Fe2+ (mg/l) 0 1 2 3 4 5
Để yên 5 đến 10 phút để sự tạo phức tối ƣu. Sau đó đo mật độ quang ở bƣớc sóng 510nm để lập đƣờng chuẩn dùng phần mềm Excel dựng đồ thị phụ thuộc nồng