1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Giới thiệu chung
Phôtpho là một nguyên tố thiết yếu trong việc sinh trưởng và phát triển của thực vật. Tuy nhiên, ở nồng độ cao vượt quá tiêu chuẩn cho phép, nguyên tố này cũng có thể trở thành một chất gây ô nhiễm nguồn nước. Trong môi trường nước ngọt, phôtpho là một nguyên tố chính gây nên hiện tượng phú dưỡng. Trong nước tựnhiên và nước thải, phôtpho tồn tại chủ yếu dưới dạng ion phôtphat. Việc xác định phôtphat đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với các nhà kỹ sư môi trường do các hợp chất của phôtpho có ảnh hưởng rất lớn tới môi trường nước. Phần lớn các hợp chất vô cơ của phôtpho tồn tại dưới dạng phôtphat hoặc ở dạng polyphôtphat hay phôtphat ngưng tụ.
Bảng 6.1 Các dạng hợp chất thường gặp của phôtpho trong môi trường
Tên gọi Công thức
Octophôtphat
Trinatriphôtphat Na3PO4
Đinatriphôtphat Na2HPO4
Điamôni phôtphat (NH4)2HPO4
Polyphôtphat
Natri hexametaphôtphat Na3 (PO4)6
Natritripolyphôtphat Na3P3O10
Tetranatri pyrophôtphat Na4P2O7
Ngoài hai dạng phôtphat chính nêu trên, trong nước cũng tồn tại dạng photpho hữu cơ. Dạng này được tạo thành chủ yếu trong quá trình sinh học. Chất thải từcơ thểđộng vật và con người cùng với thức ăn thừa chứa phôtphat hữu cơ là nguồn gốc của chất ô nhiễm dạng này. Photpho hữu cơ cũng được tạo thành trong quá trình xử lý nước thải sinh học hoặc trong tinh thểnước tự nhiên.
1.2. Phương pháp xác định
1.2.1 Phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999
Phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999 qui định phương pháp xác định florua,
dựa trên việc tách sắc kí lỏng ion bằng cột tách, dùng chất trao đổi anion dung lượng thấp làm pha tĩnh và các dung dịch nước thông thường của các muối chứa các axit yếu bậc một hoặc bậc hai làm pha động (dung dịch rửa giải). Dùng detector đo độ dẫn đểxác định hàm lượng mẫu.
1.2.2 Phương pháp số 8048 của HACH
Hàm lượng phôtphat trong nước được xác định bằng phương pháp đo quang. Trong phương
pháp này, phôtphat phản ứng với amoni môlypđat trong điều kiện axit để tạo thành phức amoni
photpho môlypđat:
PO43- + 12(NH4)2MoO4 + 24H+→ (NH4)3PO4.12MoO3 + 21NH4+ + 12H2O Môlypden trong phức amoni photpho môlypdat bị khử bởi axit ascobic để tạo thành phức chất màu xanh da trời được gọi là môlypden xanh da trời. Mật độ quang của môlypđen xanh da trời
được đo bằng máy đo quang ở 880 nm.
Octophôtphat được xác định bằng cách phân tích mẫu không bị thủy phân. Một lượng phôtphat ngưng tụ cũng được phân tích ởcùng điều kiện thí nghiệm. Do ảnh hưởng đó, khái niệm P phản ứng đôi khi được dùng để miêu tả phôtphat đã xác định trong mẫu không bị thủy phân. Phôtphat ngưng tụ được chuyển thành octophôtphat do thủy phân và tổng phôtphat vô cơ (octophôtphat + phôtphat ngưng tụ) được xác định. Một lượng phôtphat hữu cơ cũng có thể bị giải phóng trong quá trình xử lí mẫu và ảnh hưởng đến việc phân tích.
Các chất gây ảnh hưởng đến phép đo hàm lượng phôtphat được liệt kê trong Bảng 6.2.
Bảng 6.2 Các chất gây ảnh hưởng đến xác định hàm lượng phôtphat
Chất gây ảnh hưởng Hàm lượng gây ảnh hưởng
Nhôm > 10 mg/l
Asenat Gây ảnh hưởng ở mọi hàm lượng
Crôm > 100 mg/l Đồng > 10 mg/l
Hiđrosunfit Gây ảnh hưởng với mọi hàm lượng
Sắt > 100 mg/l
Niken > 300 mg/l
pH đệm Với các mẫu có pH quá cao cần xử lý trước khi phân tích. pH tối ưu của mẫu là trong khoảng 2 -10.
Silic > 50 mg/l Kẽm > 80 mg/l
Độ đục hoặc độ màu Có thể gây ảnh hưởng đến kết quả đo do hoá chất bột có thể hoà tan một lượng chất rắn và hấp thụ một lượng đáng kể
octôphôtphat. Với các mẫu có độ đục hoặc độ màu cao cần sử dụng gói bột xử lý mẫu phôtphat trước khi phân tích cho vào 25 ml lắc kỹ và dùng để chuẩn zero cho máy đo quang.
Trong tài liệu này, phôtphat được xác định theo phương pháp số 8048 của công ty Hach, Mỹ. Phép đo được xác định với nồng độ octôphôtphat từ 0,02 – 2,50 mg/l.
2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ
2.1 Hóa chất và thiết bị cho phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999
Máy sắc kí lỏng ion;
Tủ sấy;
Bình hút ẩm;
Bình định mức các loại;
Thiết bị lọc hút chân không với màng lọc cỡ lỗ trung bình 0,45µm;
Natri hiđrocacbonat (NaHCO3);
Natri hiđrocacbonat (Na2CO3);
Kali hiđro phtalat (C8H5O4K);
Kali dihiđrophtalat (KH2PO4).
Hình 6.1 Sơ đồ hệ thống sắc kí lỏng ion.
Máy sắc kí lỏng trao đổi ion gồm những phần sau:
Bình chứa dung dịch rửa giải;
Bơm cao áp có hiệu suất đập rất nhỏ;
Hệ thống bơm mẫu;
Cột trước, cột tách với hiệu quả tách theo yêu cầu;
Detector độ dẫn, có hoặc không có thiết bị nén;
2.2 Hóa chất và thiết bị cho phương pháp số 8048
Gói thuốc thử PhosVer 3 phosphate Powder Pillow
Máy đo quang DR 2700;
Bình dung tích 50 ml: 1 chiếc;
Cuvet đo mẫu có nút đậy, 10 ml : 1 chiếc.
3. CÁCH TIẾN HÀNH
3.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Lấy mẫu bằng chai nhựa hoặc chai thủy tinh được làm sạch bằng dung dịch axit HCl 1:1 và tráng bằng nước cất.
Không nên dùng các loại xà phòng có chứa phôtphat để rửa dụng cụ thủy tinh dùng trong
phân tích hàm lượng phôtphat.
Để có kết quả chính xác cần thực hiện phân tích càng sớm càng tốt.
Nếu không phân tích ngay được thì có thể bảo quản mẫu ở nhiệt độ 4oC trong vòng 48 giờ sau khi lấy mẫu. Đưa mẫu trở lại nhiệt độ phòng trước khi phân tích.
3.2 Qui trình phân tích
3.2.1 Qui trình theo phương pháp sắc kí lỏng ion theo TCVN 6494 – 1999
Pha các dung dịch rửa giải phù hợp với cột tách sắc kí lỏng và detector. Qui trình sau đây trình bày cách pha dung dịch rửa giải có thểdùng để phân tích riêng biệt các ion F-, Cl-, NO2-, PO43- NO3- và SO42-.
Cách pha dung dịch rửa giải
Lấy 25,4 gam natri cacbonat và 25,2 gam natri hiđrocacbonat cho vào bình định mức 1000 ml rồi thêm nước cất đến vạch mức. Dung dịch này chứa 0,24 mol/l natri cacbonat và 0,3 mol/l natri hiđro cacbonat, dung dịch bền được vài tháng nếu bảo quản ở 4oC đến 6oC (dung dịch A).
Lấy 10 ml dung dịch A pha loãng bằng nước cất khửion đến thểtích 1000 ml được dung dịch có chứa 0,0024 mol/l natri cacbonat và 0,003 mol/l natri hiđro cacbonat (dung dịch B).
Lấy 20,5 g kali hiđrophtalat vào bình định mức 1000 ml và thêm nước đến vạch. Hút 10 ml dung dịch vừa pha được pha loãng tiếp bằng nước cất tới thể tích 1000 ml. Dung dịch thu được chứa 0,001 mol/l kali hiđrophtalat. (dung dịch C)
Dung dịch gốc
Chuẩn bị dung dịch gốc chứa 1000 mg/l PO43-: cân 1,433 g octophôtphat – KH2PO4 đã sấy khô ở 105oC trong 1 giờ pha bằng nước cất trong bình định mức tới thể tích 1000 ml. Dung dịch này bền được vài tháng nếu bảo quản lạnh.
Từ dung dịch gốc, pha loãng ra thành 5 đến 10 dung dịch chuẩn khác nhau có nồng độ cần xác định từ 0,1 mg/l tới 1 mg/l . Các dung dịch này chỉ bền trong khoảng từ 1- 2 ngày.
Lắp cột sắc kí lỏng ion vào máy. Điều chỉnh máy sắc kí theo hướng dẫn của nhà sản xuất, máy bắt đầu sử dụng được đểbơm mẫu khi đường nền ổn định.
Tiến hành bơm các dung dịch chuẩn có nồng độkhác nhau để tiến hành lập đường chuẩn cho
máy. Thiết lập hàm chuẩn cho cho việc xác định ion cần phân tích theo phương trình sau:
y = ax + b Trong đó:
y là giá trịđo được (độ lớn của tín hiệu) tính theo chiều cao pic, mm; hoặc diện tích pic mm2;
a là độ dốc của đường chuẩn, ví dụ mml/mg hoặc mm2l/mg;
b là điểm cắt của đường chuẩn với trục hoành (dung dịch trắng) theo đơn vị mm hoặc mm2.
x là nồng độ khối lượng của ion cần phân tích, mg/l.
Định tính hàm lượng ion cần phân tích bằng cách so sánh với thời gian lưu, chiều cao pic của dung dịch tiêu chuẩn. Nếu mẫu có hàm lượng cao vượt quá khoảng phân tích, cần tiến hành pha loãng mẫu. Sau khoảng 10 – 20 lần đo, cần đo lại nồng độ của 1 -2 dung dịch chuẩn. Tính toán lại nồng độ dung dịch chuẩn, nếu có sự sai lệch cần tiến hành lập lại đường chuẩn mới.
Tính toán kết quả
Xác định hàm lượng anion (x) trong dung dịch mẫu dựa trên diện tích hoặc chiều cao pic và đường chuẩn như sau:
x = yb/a Trong đó:
y là giá trị đo được (tín hiệu) tính theo chiều cao pic, mm hoặc diện tích pic mm2;
a là độ dốc của đường chuẩn, ví dụ mml/mg hoặc mm2l/mg;
b là điểm cắt của đường chuẩn với trục hoành (dung dịch trắng) theo đơn vị mm hoặc mm2.
3.2. Qui trình theo phương pháp 8048 của HACH
1. Chọn chương trình đo 490 trên máy đo quang.
2. Chuyển 10 ml nước mẫu vào cuvet đo.
3.Cho 1 gói bột thuốc thử PhosVer 3 vào mẫu nước, đậy nắp cuvet và lắc nhanh trong 30 giây cho bột tan hoàn toàn.
4. Đặt thời gian phản ứng là 2 phút. Nếu phân huỷ mẫu bằng axit pesunfuric thì cần thời gian là 10 phút.
5. Chuẩn bị mẫu trắng: hút 10 ml nước mẫu cho vào cuvet thứ hai.
6. Khi máy báo thời gian phản ứng đã hết, lau sạch cuvet chứa mẫu trắng và chuyển vào máy đo.
7. Chỉnh về giá trị zero cho mẫu trắng.
8. Lau cuvet chứa mẫu và chuyển mẫu vào máy đo. Kết quả đo tính theo hàm lượng mg/l PO4
3-
.
Chú ý:
- Asenat có thểảnh hưởng đến kết quảđo nếu có trong mẫu ở nồng độ lớn hơn 0,1 mg l-1 bằng cách tạo phức màu xanh da trời với môlypdat. Điều này có thể loại bỏ bằng cách khử asenat về asenit bằng cách thêm vài giọt dung dịch KI 5% vào mẫu. Silicat có thểảnh hưởng ở nồng độ lớn hơn 10 mg l-1. Sunfit có thểảnh hưởng ở nồng độ lớn hơn 1 mg l-1. Crômat và nitrat cũng có thể gây ảnh hưởng âm ở nồng độ lớn hơn 1 mg l-1.
- Nếu mẫu bịđục hoặc có độ màu cao, chuẩn bị mẫu trắng như sau. Trộn 100 ml dung dịch axit sunfuric với 30 ml dung dịch amôni môlypđat. Không cho kali antimon tartarat hoặc axit ascobic. Hút 8 ml hỗn hợp này vào bình 50 ml và cho nước đến vạch. Xác định mật độquang như miêu tảở trên và trừđi trong giá trịtương ứng của mỗi mẫu nhưng không trừđối với mẫu chuẩn.
4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
- So sánh kết quả phân tích mẫu của nhóm với giá trị giới hạn Qui chuẩn Việt Nam; đánh giá chất lượng nước nơi lấy mẫu về chỉ tiêu phôtphat.
Bài 7