2.3.3.1. Giới hạn phát hiện, Giới hạn định lượng
Theo lý thuyết thống kê:
Giới hạn phát hiện (Limit of detection – LOD): đƣợc xem là nồng độ thấp nhất
(xi) của chất phân tích mà hệ thống phân tích còn cho tín hiệu phân tích (yi) khác có nghĩa với tín hiệu mẫu trắng hay tín hiệu nền.[15]
28
Giới hạn định lƣợng (Limit of quantitaty – LOQ): đƣợc xem là nồng độ thấp nhất (xQ) của chất phân tích mà hệ thống phân tích định lƣợng đƣợc tín hiệu phân tích (yQ) khác có nghĩa định lƣợng với tín hiệu mẫu trắng hay tín hiệu nền.[15]
Công thức tính LOD và LOQ nhƣ sau:
YL= + k * Sb (2.1) Với yb: là tín hiệu mẫu trắng sau nb thí nghiệm.
Sb: Độ lệch chuẩn khi đo lặp lại tín hiệu của mẫu trắng. k: Đại lƣợng số học đƣợc chọn theo độ tin cậy mong muốn.
XL = b + (2.2) Vì mẫu trắng có xb = 0 và k = 3 nên LOD = b Sb 3 (2.3) LOQ = b Sb 10 (2.4) Trong đó: : Sai số của giá trị y trong phƣơng trình hồi quy.
b: Hệ số hồi quy tuyến tính.
2.3.3.2. Sai số của phép đo
Theo ISO, một phƣơng pháp đo đƣợc đánh giá thông qua độ chính xác và độ chụm. Độ chụm là độ tái lặp của nhiều phép đo và thƣờng đƣợc mô tả bởi độ lệch chuẩn, sai số chuẩn, hoặc khoảng tin cậy. Độ chính xác của một phép đo là mức độ gần nhau của kết quả thực nghiệm với giá trị thực hay giá trị đã đƣợc chấp nhận. Độ chính xác thƣờng đƣợc biểu diễn dƣới dạng sai số tuyệt đối.[17]
E X (2.5) Hoặc sai số tƣơng đối Er.
100 x X Er (2.6) Trong đó: µ: giá trị quy chiếu đƣợc chấp nhận
X : giá trị trung bình
Độ chụm thƣờng đƣợc đánh giá dựa trên giá trị độ lệch chuẩn (S) và độ lệch chuẩn tƣơng đối (%-RSD) (hoặc hệ số biến thiên - CV%)
29
S2 = (2.7) CV% = (2.8) Trong đó:
Ai : Nồng độ đo đƣợc của chất phân tích.
Atb: Nồng độ trung bình của chất phân tích trong n lần đo. n : Số lần đo lặp lại.
S : Độ lệch chuẩn của mẫu S =
Theo phƣơng trình Horwitz tại ISO/ CEI 17025, với các mẫu có nền phức tạp, mối quan hệ giữa giá trị CV(%) cho phép đo và nồng độ chất phân tích đƣợc cho ở Bảng 2.2:
Bảng 2.2: Mối quan hệ giữa nồng độ chất phân tích và giá trị CV(%) chấp nhận được theo phương trình Horwitz tại ISO/ CEI 17025
Hàm lƣợng 100 g/kg 10 g/kg 1 g/kg 100 mg/kg 10 mg/kg 1 mg/kg 100 µg/kg 10 µg/kg 1 µg/kg 0.1 µg/kg CV % 2 3 4 5 7 11 15 21 30 43
Cũng theo ISO, sai số tƣơng đối đƣợc đánh giá qua độ chính xác của phƣơng pháp là:
- Nếu hàm lƣợng chất phân tích ≤ 1ppb sai số tƣơng đối cho phép từ - 50% đến +30%
- Nếu hàm lƣợng chất phân tích từ 1 ppb đến 10 ppb, sai số tƣơng đối cho phép từ – 30 % đến +10 %
- Nếu hàm lƣợng chất phân tích < 1 ppm, sai số tƣơng đối cho phép từ -20% đến +10%
2.4. Hóa chất và thiết bị 2.4.1. Thiết bị 2.4.1. Thiết bị
Máy đo UV-VIS quang phổ (UV-1601) của SHIMADZU-Nhật Bản với khoảng bƣớc sóng từ 400nm đến 900nm. chiều dài đƣờng quang học: b = 1cm.
30
Cân phân tích Scientech SA 210 có độ chính xác đến 0.0001 g – USA.
Máy khuấy từ, máy li tâm, bếp điện.
Máy lắc: Orbital shaker Stuart® SSL1, Bibby Scientific, UK, tốc độ lắc 1 – 300 vòng/phút, thời gian cài đặt 1 – 90 phút.
Dữ liệu thực nghiệm và đồ thị đƣợc phân tích thông qua Microsoft Excel, Minitab 14. 2.4.2. Dụng cụ Bình định mức 10, 25, 50, 100, 250, 500 và 1000 mL Bình tam giác 250 mL Buret 25 mL. Cốc 50, 100 và 250mL Pipet: 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 5.0, 10.0 và 25.0 ml Quả bóp cao su Cột chiết pha rắn có đƣờng kính 1.3cm.
2.4.3. Các hóa chất tiêu chuẩn
2.4.3.1. Độ muối
AgNO3 0,1 M: Hòa tan 1,7 g AgNO3 trong 100 mL nƣớc cất 2 lần. Lƣu trữ trong một chai thủy tinh màu nâu.
Chỉ thị K2CrO4 5%
2.4.3.2. Photpho
Dung dịch chuẩn gốc KH2PO4 50 mg/L P (50 ppm): Hòa tan hoàn toàn 0,2197 g KH2PO4 khan đã sấy khô ở 105oC trong 800 mL nƣớc cất, sau đó định mức đến 1000 mL với nƣớc cất 2 lần. Bảo quản trong chai tối màu, nút nhám, trong tủ lạnh. Để về nhiệt độ phòng trƣớc khi sử dụng.
Dung dịch chuẩn làm việc KH2PO4 2 mg/L P (2 ppm): Chuyển 4,00 mL dung dịch chuẩn gốc KH2PO4 vào bình định mức 100 mL rồi định mức đến vạch bằng nƣớc cất 2 lần (dung dịch pha đƣợc dùng trong ngày).
Dung dịch H2SO4 2,5M : Thêm 140 mL dung dịch H2SO4 đậm đặc 98% (d = 1,84 g / mL) vào 700 mL nƣớc cất 2 lần. Để nguội dung dịch đến nhiệt độ phòng và định mức đến 1000 mL bằng nƣớc cất 2 lần. Axit sunfuric đƣợc chuẩn lại bằng NaOH
31
sử dụng chỉ thị phenolphtalein. Dung dịch NaOH đƣợc chuẩn lại bằng H2C2O4.2H2O sử dụng chỉ thị phenolphtalein.
Dung dịch Kali antimon tartrate 4.10-3M: Hòa tan 1,3715 g K(SbO)C4H4O6.1/2H2O trong 400 mL nƣớc cất 2 lần trong bình 500 mL, sau đó định mức tới vạch bằng nƣớc cất 2 lần, dung dịch đƣợc đựng trong bình thủy tinh kín. Bảo quản ở nhiệt độ phòng.
Dung dịch Amoni molybdat 4% (chuẩn bị hàng ngày): Hòa tan 20 g (NH4)6Mo7O24.4H2O trong 500 mL nƣớc cất. Bảo quản trong bình thủy tinh kín.
Axit ascorbic 0,2M (chuẩn bị hàng ngày): Hòa tan 1,76g Axit ascobic trong 50 mL nƣớc cất, dung dịch bền trong 1 tuần khi giữ ở 4o
C.
Hỗn hợp thuốc thử: Trộn các chất trên theo tỉ lệ nhƣ sau ứng với 100 mL hỗn hợp thuốc thử gồm: 50 mL H2SO4 2,5 M, 5 mL dung dịch kali antimon tartrat, 15 mL dung dịch amoni molybdat 4%, và 30 mL dung dịch axit ascobic 0,2 M. Lắc đều dung dịch mỗi khi thêm 1 chất mới vào bình. Các thuốc thử đƣợc đƣa về đến nhiệt độ phòng trƣớc khi trộn chúng theo công thức trên. Thuốc thử chỉ bền trong 4h.
Nƣớc biển không Photphat:
Lấy 0,3 ml dung dịch sắt (III) nitrat (Fe(NO3)3) 1,0 M (hoặc một muối sắt khác) hòa với 0,3 ml dung dịch kiềm (KOH hoặc NaOH) 1,0 M thu đƣợc dung dịch sắt (III) hidroxit - Fe(OH)3, sau đó định mức đến 100 ml bằng nƣớc cất 2 lần. Khi thêm dung dịch này vào nƣớc biển sẽ kết tủa đƣợc photphat của nƣớc biển dƣới dạng photphat sắt. Khi kết tủa lắng xuống, gạn, lọc lấy phần trong suốt bên trên sẽ thu đƣợc nƣớc biển không photphat
2.4.3.3. Nitơ
Nitrat và nitrit
Dung dịch chuẩn gốc NaNO2. 1000 mg/L NO2-. (1000 ppm): Hoà tan 0,1479 g NaNO2 tinh khiết hoá học đã sấy khô ở 1050C bằng nƣớc cất 2 lần, pha loãng đến vạch 100 mL đƣợc dung dịch gốc NO2-
1000 ppm.
Dung dịch làm việc có hàm lƣợng NO2- 20 ppm. Dung dịch pha dùng trong ngày.
32
Dung dịch chuẩn gốc KNO3. 1000 mg/L NO3- (1000 ppm): Hoà tan 0,1631 g KNO3 tinh khiết phân tích đã sấy khô ở 1050C bằng nƣớc cất 2 lần, thêm vào đó 1mL clorofoc, lắc kỹ rồi định mức thành 100 mL ta đƣợc dung dịch có hàm lƣợng NO3- 1000 ppm.
Thuốc thử A, dung dịch α- naphtylamin (A):: Hoà tan 0,1 g α- naphtyl amin trong vài giọt axit acetic đặc 99,5%, rồi trộn đều với 75 mL CH3COOH 12%.
Thuốc thử B, dung dịch axit sulfanilic (B):: Hoà tan 0,25 g axit sulfanilic trong 75 mL CH3COOH 12%. Dung dịch đƣợc giữ trong lọ tối.
Axit axetic 12%: Hòa tan 25 mL axit axetic đặc đến 200 mL bằng nƣớc cất 2 lần.
Dung dịch NaOH 0,05 M: Hoà tan 0,1 g NaOH tinh khiết phân tích bằng 50 mL nƣớc cất 2 lần.
Dung dịch HCl 0,16 M: Pha loãng 3,3 mL HCl đặc thành 250 mL bằng nƣớc cất 2 lần
Kẽm dạng dung dịch huyền phù (chuẩn bị ngay trƣớc khi dùng): Thêm 2g kẽm trong 10 mL nƣớc cất 2 lần đặt trên máy khuấy từ khuấy liên tục để kẽm ở trạng thái huyền phù.
Dung dịch CdSO4 0,114M: Hòa tan 4g CdSO4.8H2O trong 100 mL nƣớc cất 2 lần.
Amoni
Dung dịch NH4Cl tiêu chuẩn NH4+
100 ppm: Hòa tan 0,02965g NH4Cl đã đƣợc sấy khô ở 1050C, sau đó pha loãng thành 100 mL bằng nƣớc cất hai lần.
Dung dịch N-NH4+ tiêu chuẩn 10 ppm: Chuyển 5 mL dung dịch NH4+
100 ppm vào bình định mức dung tích 50 mL sau đó định mức đến vạch bằng nƣớc cất 2 lần.
Dung dịch Seignett: Hòa tan 50 g KNaC4H4O6.4H2O trong 100 mL nƣớc cất 2 lần. Dung dịch đƣợc lọc để loại bỏ cặn, thêm vào 5 mL NaOH 10% đun nóng một lúc để đuổi NH3, đến thể tích dung dịch đạt 100 mL ngừng đun, dung dịch đƣợc đƣa về nhiệt độ phòng trƣớc khi sử dụng.
Dung dịch Nessler:
33
Dung dịch B: Hòa tan 50 g NaOH trong 100 mL nƣớc cất hai lần.
Thuốc thử: Trộn dung dịch A và dung dịch B theo tỉ lệ là A : B = 250 : 75, dung dịch đƣợc lƣu giữ trong bình màu nâu.
2.4.3.4. Kim loại nặng
Dung dịch Cu2+, Pb2+, Zn2+; Cd2+, Co2+, Fe3+, Cr6+…1000 ppm gốc chuẩn của Merck. Các dung dịch có nồng độ nhỏ dùng trong quá trình nghiên cứu đƣợc pha loãng từ dung dịch chuẩn gốc 1000 ppm.
Dung dịch chuẩn làm việc hỗn hợp các ion kim loại Fe, Cu, Zn 200 ppb và Co, Cr, Cd, Pb 10 ppb đƣợc pha từ các dung dịch chuẩn gốc đơn nguyên tố trên.
1-( 2Pyridylazo) -2-naphthol (PAN), sodium dodecyl sulfate (SDS), ethanol, aceton, axit clohidric, axit sunfuric, axit nitric, natri hidroxit, NaCl … đều của Merck.
Vật liệu vỏ trấu biến tính đã đƣợc gắn thuốc thử PAN
2.5. Quy trình phân tích
2.5.1. Quy trình phân tích nƣớc dằn tàu
2.5.1.1. Xác định độ muối trong nước dằn tàu
Chuyển 10 mL mẫu vào ba bình nón, thêm khoảng 10 giọt chỉ thị K2CrO4 5% vào mỗi bình. Trộn đều hỗn hợp, sau đó chuẩn độ với AgNO3 0,01 M cho đến khi dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu nâu đỏ, xác định chính xác thể tích AgNO3 đã dùng.
Độ muối S đƣợc xác định theo độ Cl.
S (% o) = 1,80655 C1 (% o) (2.9)
Cl (% o) = = (2.10)
2.5.1.2. Xác định photpho trong nước dằn tàu
Chuyển 1 mL H2SO4 2,5 M, 250 mg K2S2O8 vào 3 bình nón có chứa 25 mL nƣớc dằn, đặt 3 phễu lên trên 3 bình nón để ngăn mẫu khỏi bị khô. Đun nóng mẫu trên bếp điện ở nhiệt độ 1200C trong vòng 45 phút, sau đó lọc mẫu bằng giấy lọc và chuyển các dung dịch lọc vào bình định mức 25 mL. Trung hòa axit dƣ đƣợc bằng NaOH với chỉ thị phenolphtalein sau đó pha loãng đến vạch bằng nƣớc cất hai lần. Chuyển 6,0 mL dung dịch thu đƣợc vào bình định mức 10 mL. Thêm 1,6 mL hỗn hợp
34
thuốc thử vào tất cả các bình và để yên trong 10 phút sau đó tiến hành đo quang tại bƣớc sóng 880 nm. Xác định nồng độ photpho thông qua đƣờng chuẩn.
2.5.1.3. Xác định nitơ trong nước dằn tàu
Xác định nitrit
Chuyển 5 mL mẫu vào bình định mức 10 mL, thêm 0,5 mL dung dịch axit sufanilic và 0,5 mL dung α- naphtylamin. Sau 10 phút màu ổn định thì tiến hành đo quang ở λ = 520 nm. Pha loãng mẫu nếu cần thiết.
Xác định nitrat và nitrit:
Chuyển 10 mL mẫu đã đƣợc điều chỉnh pH trong khoảng từ 8,5 ÷ 10 bằng NaOH 0,05 M. Thêm vào mỗi ống 1 mL dung dịch CdSO4 0,114 M và 1 mL dung dịch huyền phù kẽm rồi ly tâm 10 phút để khử NO3- thành NO2-. Sau đó lấy 5 mL NO2- vào bình định mức 10 mL định mức đến vạch rồi thêm vào mỗi bình 0,04 mL dung dịch HCl 0,16 M; 0,5 mL dung dịch axit sufanilic và 0,5 mL dung dịch α- naphtylamin. Sau 10 phút tiến hành đo quang ở λ = 520 nm.[9]
Amoni
Chuyển 5 mL mẫu vào bình định mức 10 mL, thêm 0,2 mL dung dịch Seignett và 0,3 mL thuốc thử Nessler (pha loãng mẫu nếu cần). Lắc đều rồi để yên sau 10 phút màu ổn định tiến hành đo độ hấp thụ quang ở λ = 420 nm.
2.5.1.4. Xác định kim loại nặng trong mẫu nước dằn tàu
Kết quả phân tích ICP-MS có thể ảnh hƣởng bởi nền mẫu nếu trong mẫu nƣớc có nền muối ( > 1 g/L). Để loại bỏ ảnh hƣởng của nền muối ta sử dụng cột SPE đã đƣơc nhồi sẵn 0,5 g vật liệu hấp phụ (vỏ trấu biến tính có gắn thuốc thử PAN) nhằm mục đích để loại ion Cl-
và giữ lại các kim loại nặng .
Quy trình chuẩn bị vật liệu hấp phụ
Vỏ trấu sau khi rửa sạch bằng nƣớc cất, đem sấy khô ở 100oC trong 24 giờ, nghiền nhỏ, đem khuấy đảo trong nƣớc cất nóng (650C), thời gian 1 giờ, lọc khô, tiếp tục rửa bằng hỗn hợp n-hexan/etanol (1:1) trong hệ chiết soxhlet 5 giờ, sau đó phơi khô và đƣợc bảo quản trong bình hút ẩm (VL0).
Cân 10 gam trấu khô đã đƣợc làm sạch (VL0) cho vào cốc thủy tinh có dung lƣợng 500 mL, thêm vào đó 100 mL dung dịch acid sulfuric 13 M, hỗn hợp đƣợc đun nóng ở nhiệt độ 175-1800C trong 20 phút (có khuấy), để nguội, lọc bằng máy hút
35
chân không, chất rắn thu đƣợc là than cacbon đƣợc rửa nhiều lần bằng nƣớc cất cho đến khi nƣớc rửa không thay đổi màu thuốc thử da cam methyl và không có kết tủa với dung dịch BaCl2, dùng nƣớc cất rửa lại kết hợp với dùng sàng (kích cỡ lỗ lớn từ 16 đền 60 mesh), vật liệu đƣợc sấy khô ở 120oC đến khối lƣợng không đổi, để nguội trong bình hút ẩm, lƣu giữ trong bình sạch, kín thu đƣợc vật liệu hấp phụ (VL1).
Cân 10 g vật liệu (VL1) cho vào bình tam giác 500 mL thêm 250 dung dịch PAN có nồng độ 5,6.10-5 M pha trong aceton – nƣớc (1:1) có mặt SDS 3.10-6 M, điều chỉnh pH =1, lắc với tốc độ 250 vòng/phút trong 2 giờ, lọc chất rắn đem sấy khô ở 650C thu đƣợc vật liệu đã biến tính.
Cân 0,5 gam vật liệu nhồi vào cột có đƣờng kính 1,3 cm, chiều dài cột 10 cm (lƣợng chất hấp phụ trong cột chiếm chiều cao từ 1 đến 2 cm).[9]
Quy trình chiết pha rắn (SPE) để loại bỏ ảnh hƣởng của nền muối.
Cột SPE đƣợc hoạt hóa bằng nƣớc DI trƣớc khi sử dụng. Sau đó tiến hành chạy 50mL mẫu đƣợc điều chỉnh pH phù hợp trong khoảng từ 3 đến 8, qua cột với tốc độ dòng chảy thay đổi từ 0,5 mL/phút đến 2 mL/phút. Tiếp đó rửa cột 2-3 lần bằng nƣớc DI trƣớc khi rửa giải với các dung môi rửa giải nhƣ HCl, HNO3, HNO3: axeton (1:1; v/v), HNO3: etanol (1:1; v/v), và thay đổi nồng độ, thể tích HNO3 tƣơng ứng là: 0,5 M đến 2,0 M, từ 5 mL đến 20 mL với tốc độ rửa giải 0,5 mL/phút, đinh mức đến 50 mL với nƣớc DI. Sau đó tiến hành đo ICP – MS để xác định nồng độ của kim loại nặng có trong mẫu nƣớc dằn tàu. [8, 36]
Quy trình phân tích ICP – MS
Máy đo ICP – MS đã có những thông số thích hợp để xác định các kim loại. Do đó chúng tôi chọn các điều kiện và thông số máy này để xác định các kim loại (Fe, Cu, Zn, Pb, Co, Cd, Cr) đƣợc trình bày nhƣ trong Bảng 2.3. và Bảng 2.4 Các thông số nhƣ độ sâu plasma, thế quét phổ trƣờng tứ cực ...đƣợc đặt ở chế độ tự động.
36
Bảng 2.3: Các điều kiện và thông số tối ưu xác định kim loại bằng máy ICP – MS
Thông số máy Giá trị
Tốc độ Nebulizer 0,85 L/phút
Tốc độ khí phụ trợ 2,0 L/phút
Lƣu lƣợng Ar tạo Plasma 15,0 L/phút
Áp suất chân không (khi đo mẫu) 1,2 – 1,3.10-5 Torr Áp suất chân không (khi đo máy standby) 2,0 – 3,0.10-5 Torr
Tốc độ bơm rửa 48 vòng/phút
Tốc độ bơm mẫu 26 vòng/phút
Nhiệt độ nƣớc làm mát 200C
Nhiệt độ Plasma Torch Box 33 - 340C
Công suất nƣớc làm mát 4,5 – 5,5 mL/phút
Công suất máy pháp cao tần 1100 W
Thế của các thấu kính 5,75 V
Thế xung cấp 1000 W
Số lần quét khối 10 lần
Thời gian đo cho 1 lần 5,8 giây
Số lần đo lặp 3 lần
Các thông số khác đặt ở chế độ Auto
Bảng 2.4: Các đồng vị kim loại nặng đo trong phép đo ICP – MS
Kim loại Fe Cu Zn Pb Cd Cr Co
Đồng vị 57 63 66 208 111 52 59
2.5.2. Phân tích bùn dằn tàu
2.5.2.1. Xác định photpho trong bùn dằn tàu