Bài 13. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG KẼM TRONG MẪU NƯỚC MẶT

1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1. Giới thiệu chung

Kẽm trong nước thiên nhiên có nguồn gốc thường là từ nước thải, đặc biệt là nước thải của các nhà máy luyện kim, công nghiệp hóa chất, các nhà máy sợi tổng hợp. Các dạng tồn tại của

kẽm trong nước là các ion đơn, ion phức với xianua, cacbonat, sulfua, …

Theo Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam về chất lượng nước mặt (QCVN 08:

2008/BTNMT). Hàm lượng kẽm nhỏhơn 0,5 mg/l đối với mục đích cấp nước sinh hoạt, nhỏhơn

1,0 mg/l có thể dùng cấp nước cho sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp. Với mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích khác hàm lượng kẽm nằm trong giới hạn 1,5 mg/l.

1.2. Phương phápxác định

1.2.1 Phương pháp trắc phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa

Hàm lượng kẽm trong mẫu nước được xác định theo phương pháp trắc phổ hấp thụ nguyên tử

ngọn lửa theo TCVN 6193 – 1996 (ISO 8288 – 1986). Phương pháp cho phép xác định nồng độ Zn trong khoảng từ 0,05 – 2 mg/l. Nếu mẫu thử có hàm lượng Zn cao hơn giới hạn trên, có thể pha loãng mẫu bằng nước cất đến giới hạn đo được.

Nguyên tắc

Mẫu nước đã lọc và axit hóa được hút vào ngọn lửa của phổ kế hấp thụ nguyên tử. Xác định trực tiếp nồng độ của Zn hoặc là từđộ hấp thụđặc trưng của nguyên tố dùng phổ kếđược gắn với hệ thống điều chỉnh nền liên tục, hoặc nếu không có hệ thống như vậy, tiến hành xác định sau khi đã điều chỉnh độ hấp thụkhông đặc trưng.

1.2.2 Phương pháp số 8009 của HACH

Đểxác định hàm lượng kẽm trong nước uống và nước bề mặt, người ta thường dùng phương

pháp đo quang. Phương pháp này có độ nhạy khá lớn và cho phép xác định được ở nồng độ thấp. Trong phép đo xác định hàm lượng kẽm của thí nghiệm này, kẽm sẽ phản ứng với chỉ thị tạo màu sắc. Bằng việc đo cường độ màu tạo thành sẽxác định được nồng độ kẽm có trong mẫu.

Kẽm và một số kim loại khác có khả năng tạo phức với ion xianua. Việc thêm xyclohexan vào dung dịch sẽ tách Zn ra khỏi phức. Kẽm sẽ phản ứng với chỉ thị 2 – cacboxy – 2’ – hiđroxy –

5’ sulfoformazyl benzen (zincon) để hình thành màu xanh đặc trưng. Màu xanh được che bởi màu

nâu từlượng chỉ thịdư.Cường độ của màu xanh tỷ lệ với hàm lượng kẽm có mặt trong mẫu. Mẫu

Phạm vi áp dụng

Phương pháp đo nhanh số8009 cho phép xác định hàm lượng kẽm trong nước mặt và nước

thải với giới hạn từ 0,01 – 3,0 mg/l. Nếu mẫu chứa hàm lượng cao hơn giới hạn trên, cần tiến hành pha loãng mẫu tới nồng độ thích hợp.

2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ

2.1 Phương pháp trắc phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa

 Axit nitric nồng độ khoảng 1,5 M: thêm 100 ml axit nitric đặc vào 600 ml nước và pha loãng bằng nước tới thể tích 1000 ml.

 Axit nitric nồng độ 0,03 M: thêm 1 ml axit đặc vào 400 ml nước và pha loãng với nước tới thể tích 500 ml.

 Dung dịch chuẩn gốc chứa 1 gam kim loại trên một lít: cân 1 gam kim loại tinh khiết và hòa tan trong axit nitric đặc, đun nóng đến khi tan hoàn toàn. Để nguội và chuyển sang bình định mức 1000 ml, pha loãng tới vạch và lắc đều. Ngoài phương pháp trên có thể pha dung dịch chuẩn từ các muối chứa kim loại với thành phần chính xác biết trước. Bảo quản dung dịch chuẩn trong chai polyetylen hoặc bằng thủy tinh bo silicat. 1ml dung dịch chuẩn chứa 1 mg kim loại tương ứng.

 Các thiết bị của phòng thí nghiệm thông thường.

 Phổ kế hấp thụ nguyên tửđược gắn với các đèn catot rỗng kim loại thích hợp hoặc là đèn nạp không điện cực và có các bộ phận phù hợp đểcho phép điều chỉnh độ hấp thụ không đặc trưng và có đèn phun khí với ngọn lửa axetylen – không khí. Điều chỉnh tất cả các thông số của thiết bịtheo hướng dẫn của nhà sản xuất.

2.2 Phương pháp số 8009 của HACH

 Xyclohexan;

 Cloroform;

 Gói bột chứa đệm citrat;

 Tinh thể KCN;

 Dung dịch chuẩn NaOH 5N;

 Bông thủy tinh;

 Gói bột thử phân tích kẽm;

 Ống đong dùng để trộn, dung tích 25 ml, 50 ml;

 Ống đong 5 ml,50 ml, 250 ml;

 Phễu chiết 250 ml;

 Khóa và chốt;

 Máy đo quang DR2700.

3. CÁCH TIẾN HÀNH

3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu

 Lấy mẫu vào chai thủy tinh được tráng bằng axit hoặc chai nhựa;

 Điều chỉnh tới pH bằng 2 hoặc thấp hơn bằng axit nitric đặc (khoảng 2 ml axit/1 lít nước mẫu);

 Mẫu có thể bảo quản được tới 6 tháng ở nhiệt độ phòng;

 Trước khi phân tích hàm lượng Zn theo phương pháp đo nhanh, điều chỉnh pH tới giá trị 4

- 5 bằng dung dịch NaOH 5N. Không điều chỉnh tới pH lớn hơn 5 vì kẽm có thể bị kết tủa;

 Tính toán thể tích mẫu chính xác trừlượng thể tích axit hoặc bazơ thêm vào;

 Chỉ dùng ống đong trộn bằng thủy tinh trong qui trình này;

 Nếu đo mẫu theo phương pháp trắc phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa, cần lọc mẫu qua màng lọc kích thước lỗ 0,45µm và axit hóa mẫu tới pH từ 1 – 2;

 Rửa tất cả dụng cụ thủy tinh bằng dung dịch HNO3 1,5M và tráng bằng nước cất khử ion trước khi dùng;

 Hóa chất ZincoVer 5 chứa KCN. Dung dịch chứa muối xianat là chất thải độc hại nên phải thu lại dung dịch sau khi phân tích. Dung dịch xianat phải được bảo quản cẩn thận trong dung dịch có pH > 11 đểngăn cản hiện tượng giải phóng khí HCN độc hại.

3.2 Qui trình phân tích

3.2.1 Qui trình theo phương pháp trắc phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa

 Mẫu thử: lấy một thể tích mẫu đã lọc và axit hóa vào bình định mức dung tích 100 ml sao cho mẫu thử chứa từ0,2 mg đến 1 mg kim loại, thêm nước cất cho tới vạch.

 Mẫu trắng: tiến hành thử mẫu trắng song song với việc xác định mẫu thử theo cùng một trình tự. Sử dụng cùng một lượng tất cả các thuốc thửnhư trong khi lấy mẫu và xác định, nhưng thay phần mẫu thử bằng nước cất.

 Chuẩn bị dãy dung dịch hiệu chuẩn: trước mỗi đợt đo mẫu, chuẩn bị từ dung dịch chuẩn gốc bốn dung dịch hiệu chuẩn có các nồng độ khác nhau trong khoảng cần xác định. Pha loãng dung dịch chuẩn gốc bằng dung dịch HNO3 0,03M.

 Trước khi thực hiện phép đo, bật phổ kế theo hướng dẫn của nhà sản xuất bằng việc hút dung dịch hiệu chuẩn. Tối ưu hóa việc hút và điều kiện ngọn lửa (tốc độ hút, bản chất ngọn lửa, vị trí của thấu kính quang học trong ngọn lửa). Điều chỉnh độ nhạy của thiết bị với độ hấp thụ zero bằng nước cất. Đối với kim loại Zn, đo ởbước sóng 213,8 nm và sử dụng ngọn lửa axetilen – không khí.

 Hút dãy dung dịch hiệu chuẩn và dung dịch thử trắng làm thành phần zero. Vẽđồ thị có hàm lượng kim loại của dung dịch hiệu chuẩn theo đơn vị mg/l trên trục hoành và các giá trịđộ hấp thụ trên trục tung. Sau đó hút mẫu thửđã chuẩn bị vào ngọn lửa của dầu đốt. Sau mỗi lần đo, tráng hệ thống ống dẫn bằng dung dung dịch HNO3 0,03M.

 Chú ý: Nếu phổ kếđược sử dụng không phù hợp với hệ thống điều chỉnh nền cung cấp tự động tín hiệu tương ứng với độ hấp thụđặc trưng A của kim loại kẽm, cần phải đo độ hấp thụ không đặc trưng Ao. Tiến hành đo như sau: chọn vạch phổ trong trạng thái gần của phổ kim loại cần xác định để khẳng định rằng sự khác nhau giữa các bước sóng của 2 vạch phổ không vượt quá 1 nm. Sử dụng vạch phổ của khí chứa trong đèn catot rỗng (argon hoặc neon), hoặc vạch phổđược phát ra từđèn catot rỗng zirconi hoặc deuteri. Đo độ hấp thụ Ao tương ứng với vạch phổ này bằng cách hút lại phần mẫu thử. Tính toán độ hấp thụ đặc trưng như sau:

A = A1 – Ao

Trong đó:

A1 là độ hấp thụ tổng ởbước sóng phân tích. Điều kiện ngọn lửa và năng lượng qui định trên đèn phải giữ nguyên trong suốt quá trình đo độ hấp thụ A1 và Ao.

Bảng 13.1 Bước sóng đo A1 và Ao

Nguyên tố Bước sóng đo A1, nm Bước sóng đo Ao, nm

Zn 213,86 214 (Deuteri)

Tra đồ thị hiệu chuẩn đối với mỗi kim loại, xác định nồng độtương ứng với độ hấp thụ của phần mẫu thử và của mẫu trắng theo đơn vị mg/l theo công thức sau:

100 (pt pb)

V

 

Trong đó:

pt là nồng độ kim loại tương ứng với độ hấp thụ của phần mẫu thử, tính bằng mg/l;

pb là nồng độ kim loại tương ứng với độ hấp thụ của mẫu thử trằng, tính bằng mg/l;

V là thể tích của mẫu thửđã axit hóa được lấy để phân tích, tính bằng ml.

3.2.1 Qui trình theo phương pháp số 8009 của HACH

1. Chọn chỉ tiêu phân tích số 780.

2. Đổ 20 ml nước mẫu vào ống đong dung tích 25 ml.

3. Đổ một gói hóa chất ZincoVer 5 vào ống đong chứa mẫu, đậy nắp chặt lại. 4. Lắc đều ống đong nhiều lần để bột tan hoàn toàn. Chú ý lắc cho tan hết vì phần không tan có thể ảnh hưởng tới kết quả đo. Dung dịch mẫu sẽ chuyển sang màu da cam. Nếu mẫu có màu nâu hoặc xanh dương, cho biết nồng độ của Zn quá cao hoặc bị ảnh hưởng bởi kim loại khác. Cần pha loãng mẫu và lặp lại các bước 2 và 3.

5. Chuẩn bị mẫu trắng: rót 10 ml mẫu từ ống đong vào cuvet.

6. Chuẩn bị mẫu: Dùng ống nhỏ giọt làm bằng plastic lấy 0,5 ml cyclohexan và nhỏ vào phần dung dịch còn lại trong ống đong. 7. Đặt thời gian phản ứng là 30 giây. Trong thời gian này, nắp ống đong lại và lắc thật mạnh dung dịch mẫu. Dung dịch trong ống đong sẽ chuyển sang màu đỏ - da cam, nâu hoặc xanh phụ thuộc vào nồng độ Zn.

8. Đặt thời gian phản ứng là 3 phút, trong thời gian này chuẩn bị hoàn thành bước 9.

9. Rót dung dịch mẫu đã trộn từ ống đong vào cuvet thứ 2.

10. Khi máy báo hết thời gian phản ứng, đặt cuvet chứa mẫu trắng vào máy và đo.

11. Chỉnh nồng độ Zn trong mẫu trắng về giá trị 0,00 mg/l Zn.

12. Đặt cuvet chứa mẫu vào máy và tiến hành đo. Đọc kết quả hiển thị trên màn hình theo nồng độ mg/l Zn.

4. NHẬN XÉT KẾT QUẢ

- So sánh kết quả phân tích mẫu của nhóm với các tiêu chuẩn ngành và qui chuẩn quốc gia của Việt Nam vềhàm lượng kẽm thu được.

- Nhận xét về kết quảphân tích được của nhóm với đánh giá tổng quan chung vềnước tại khu vực lấy mẫu.

- Thu thập các kết quả phân tích chì và kẽm tại cùng điểm lấy mẫu của các nhóm khác trong lớp. Tính toán độ lệch chuẩn của bộ số liệu thu thập và thảo luận kết quảthu được dựa vào các kiến thức vềhóa nước.

Bài 14