- Tủ hút.
2.2.6. Dụng cụ
- Cốc thuỷ tinh loại: 20; 50, 100, 200 ml - Bình định mức: 20, 25, 50, 100, 250, 200 ml - Pipet: 0,5; 1; 2 ; 5; 10 ml
- Ống đong: 25, 50, 100 ml - Chai nhựa.
- Bình tia, chổi rửa, giấy thấm, giấy lọc. - Đũa thuỷ tinh, quả bóp, công tơ hút.
2.2.7. Hóa chất
2.2.7.1. Các hóa chất dùng cho phân tích octophotphat
- Dung dịch chuẩn gốc PO43- 1000 ppm (mg/l). - Dung dịch pha loãng 10 ppm (mg/l).
hai lần. Đợi một lúc dung dịch không sủi bọt (vẫn còn nóng), thêm 10,5g amonimolipđat ((NH4)6Mo7O24.4H2O) và 0,3 g antimony kali tartrat (K(SbO)C4H4O6.1/2H2O), để nguội định mức lên 1l dung dịch axit acobic: C6H8O6. Bảo quản dung dịch trong chai sẫm màu có nút để trong tủ lạnh.
- Axit ascobic: Hòa tan 3g axit acobic (C6H8O6) trong 100 ml nước cất. Dung dịch có thể ổn định trong khoản 1 tuần nếu bảo quản ở 40C. Để chính xác nên chuẩn bị trong ngày.
2.2.7.2. Các hóa chất dùng cho phân tích amoni bằng thuốc thử phenat
* Thuốc thử 1: Thuốc thử phenat
Lấy bình định mức 250ml. Hòa tan 8,75 g phenol (C6H5OH) cộng với 100g đinatri nitropsusside (Na2[NO.Fe(CN)5].2H2O) sau đó cho thêm 150 ml nước cất lắc đều cho hỗn hợp tan hết. Định mức 250ml, đựng dung dịch trong chai thủy tinh màu nâu bảo quản lạnh.
* Thuốc thử 2: Dung dịch Citrat (C6H5O7Na3.2H2O)
Lấy bình định mức 100 ml. Hòa tan 1,40 g natri citrat cùng với 1,0 g NaOH cho 20ml nước cất hai lần cho đến khi hòa tan hết. Sau đó định mức 100ml bằng nước cất 2 lần.
* Thuốc thử 3: Dung dịch đichloroiso cyanuric(C2N3O3NaCl2Na.2H2O)
Cứ 0,066g muối đichloroiso cyanuric (C2N3O3NaCl2Na.2H2O) được hòa tan bằng 1ml nước cất 2 lần.
* Thuốc thử hỗn hợp: Thuốc thử oxy hóa
- Trộn thuốc thử 2 và thuốc thử 3 theo tỉ lệ thể tích 4: 1 ta được thuốc thử oxy hóa.
- Dung dịch amoni gốc (1g NH4+-N/l): Hoà tan 3,8190g NH
4Cl (đã được sấy khô ở 1000C) vào nước cất, định mức tới 1 lít, (1ml dung dịch này có chứa 1,0mg N hay 1,22mg NH3).
- Dung dịch amoni làm việc (10mg NH4+-N/l): Pha loãng 10 ml dung dịch amoni gốc tới 1 lít bằng nước cất trong bình định mức.
Một số hoá chất khác
- MgCl2, dd NaOH, dd HCl 12N.
Mẫu nước tiểu sau khi đưa về phòng thí nghiệm được bảo quản ở nhiệt độ phòng, trong chai nhựa có nắp xoáy. Trong thời gian bảo quản, trong mẫu sẽ xuất hiện kết tủa lắng ở đáy. Do đó, cần phải lọc qua giấy lọc Whatman GF/F hoặc li tâm trước khi phân tích thành phần hóa học của mẫu.
pH, hàm lượng amoni (NH4+), photphat (PO43-), magie (Mg), canxi (Ca) trong mẫu được phân tích hàng ngày. pH được xác định bằng máy đo pH Meter. Amoni và photphat được xác định bằng phương pháp trắc quang theo phương pháp SMEWW-4500-NH3.F và SMEWW-4500-P.E. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử trên hệ thiết bị Perkin Elmer được sử dụng để phân tích hàm lượng các kim loại Ca, Mg.
2.3.1. Theo dõi pH của các mẫu nước tiểu bò và nước tiểu người theo ngày
pH của các mẫu nước tiểu bò và nước tiểu người được theo dõi hàng ngày, sử dụng máy đo pH MP220 của hãng Mettler Toledo.
2.3.2. Nghiên cứu phương pháp xác định hàm lượng amoni
2.3.2.1. Nguyên tắc
Trong môi trường kiềm (pH = 10,5 -11,5) ion NH4+ phản ứng với hipoclorit (ClO-) tạo thành monocloamin (NH2Cl).
NH3 + ClO- ↔ NH2Cl + OH- (2.1)
Và khi có mặt phenol với chất xúc tác là natrinitroprusside (Na2[Fe(CN)5NO]) sẽ sinh ra một phức màu xanh: Indo-phenol.
Sau đó xây dựng đường chuẩn với λ = 640 nm. Cường độ màu tỷ lệ với hàm lượng NH4+ trong dung dịch.
2.3.2.2. Khảo sát điều kiện tối ưu
a, Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ thuốc thử hỗn hợp và thuốc thử phenat
- Chuẩn bị một dung dịch làm việc. Hút 1ml dung dịch NH4Cl làm việc (10mg NH4- N/ l) cho vào bình định mức 20ml. Định mức dung dịch bằng nước cất 2 lần. Lấy thể tích thuốc thử hỗn hợp trong khoảng từ 0,5 ÷ 3 ml và cố định lượng thuốc thử phenat theo thực nghiệm là 1ml sau đó lắc đều. Chờ lên màu rồi đo bằng máy UV - VIS CinTra tại bước sóng λ =640 nm từ đó ta tìm được
lượng thuốc thử tối ưu ứng với giá trị Amax
- Tương tự như trên, lấy thể tích thuốc thử hỗn hợp cố định là 1,5ml và lượng thuốc thử phenat thay đổi từ 0,5 ÷ 3 ml lắc đều. Chờ cho dung dịch lên màu rồi đo bằng máy UV - VIS CinTra tại bước sóng λ =640 nm từ đó ta tìm được lượng thuốc thử tối ưu ứng với giá trị Amax.
Từ giá trị Amax ta nhận thấy tỉ lệ thuốc thử hỗn hợp và thuốc thử phenat là 1÷1,5.
b, Nghiên cứu độ bền của phức màu NH4+ bằng thuốc phenat theo
thời gian
Chuẩn bị một dung dịch màu bằng cách: Hút 1 ml dung dịch NH4Cl làm việc (10 mg NH4+-N/l) cho vào bình định mức 20 ml, định mức đến vạch bằng nước cất, cộng thêm 1,5 ml thuốc thử hỗn hợp và 1ml thuốc thử phenat rồi lắc đều cho hỗn hợp hòa lẫn với nhau. Đo mật độ quang trên máy UV- VIS CinTra 40 tại bước sóng lý thuyết 640 nm trong khoảng thời gian từ 5 ÷ 120 phút. Từ đó tìm được khoảng thời gian tối ưu ứng với giá trị mật độ quang ổn định và lớn nhất.
c, Đo phổ hấp thụ electron của dung dịch màu
- Chuẩn bị một dung dịch màu (có nồng độ 0,5 mg NH4+-N/l) ở các điều kiện tối ưu đã chọn, quét phổ của dung dịch màu trong dải bước sóng từ 400 ÷ 800 nm, từ đó ta chọn được giá trị λmax ứng với trị số Amax.
- Tương tự như trên, ta chuẩn bị một loạt dung dịch màu ở các nồng độ từ 0,5÷ 1,0 mg NH4+-N/l, quét phổ của loại dung dịch màu trên máy trong khoảng bước sóng từ 400÷ 800 nm, so sánh các giá trị λmax của các phổ ở các nồng độ khác nhau. Nếu chúng có cực đại hấp thụ ở cùng một bước sóng, chứng tỏ hợp chất màu bền, ổn định và có thành phần các cấu tử trong phản ứng đúng bằng quan hệ tỉ lượng. Đó là bước sóng thực nghiệm tối ưu, được sử dụng cho các phép đo.
2.3.2.3. Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng amoni
NH4Cl trong nước cất và định mức đến 100 ml.
- Dung dịch chuẩn NH4-N 10 mg/l (dung dịch chuẩn làm việc- dung dịch B): Lấy 1ml dung dịch A định mức vào bình 100 ml bằng nước cất 2 lần.
* Dựng đường chuẩn:
Bảng 2.1. Dãy dung dịch chuẩn để xây dựng đường chuẩn xác định NH4+ bằng hỗn hợp thuốc thuốc thử oxi hóa và phenat
STT Nồng độ NH4+ (mg/l) trong các dung dịch chuẩn V dd chuẩn 10 mg/l (ml) Định mức V dung dịch (ml) - Lấy 20 ml dung dịch mẫu cho vào cốc thủy tinh 50 ml, thêm vào đó: + 1,5 ml dung dịch thuốc thử hỗn hợp. + 1 ml thuốc thử phenat, lắc đều, để 90 phút. + Đo mật độ quang ở bước sóng 640 nm. Blank 0 0 20 1 0,1 0,2 20 2 0,2 0,4 20 3 0,4 0,8 20 4 0,8 1,6 20 5 1,0 2,0 20
2.3.2.4. Đánh giá độ tin cậy của đường chuẩn xác định hàm lượng amoni
Chuẩn bị một số dung dịch amoni đã biết chính xác nồng độ (nằm trong khoảng tuyến tính của đường chuẩn). Tiến hành tạo phản ứng màu như khi xây dựng đường chuẩn và xác định lại nồng độ theo đường chuẩn. Lặp lại phép đo nhiều lần và xử lý kết quả đo bằng thống kê toán học
2.3.3. Nghiên cứu phương pháp xác định hàm lượng photphat
2.3.3.1. Nguyên tắc
Amonimolipđat và antimony kali tartrat trong môi trường axit sẽ phản ứng với ion PO43- tạo thành phức antimony-photphat-molipđap. Phức này được khử bằng axit ascorbic tạo thành phức có màu xanh đậm. Độ đậm của màu tỉ lệ với nồng độ photphat.
và hóa trị (VI) với axit photphoric ( (MoO2.MoO3.4MoO3)2. H3PO4.4H2O). Đo cường độ hấp thụ của màu xanh ở bước sóng λ = 880 nm. Xây dựng đường chuẩn của PO43-. Xác định hàm lượng photphat dựa vào đường chuẩn.
Các yếu tố cản trở: Các ion AsO43-, SiO32- cũng có phản ứng tương tự tạo các kết tủa (NH4)3H4[As(Mo2O7)6]... ở nồng độ thấp khoảng 0,1 mg As/l đã gây nhiễu cho việc xác định photphat. Cr(VI) và NO2- cũng gây ảnh hưởng cản trở, làm giảm kết quả phân tích ~ 3% ở nồng độ 1 mg/l, giảm ~ 10 ÷ 15% ở nồng độ 10 mg/l
2.3.3.2. Khảo sát điều kiện tối ưu
a, Ảnh hưởng của pH đến sự hình thành hợp chất màu xanh molipden
Chuẩn bị 15 bình định mức 100 ml, lấy vào mỗi bình 2 ml dung dịch photphat chuẩn KH2PO4 (10 mg P/l). Định mức bằng nước cất 1 lần đến vạch. Sau đó thêm 1 giọt chỉ thị phenolphtalein, nếu xuất hiện màu hồng, thêm từ từ từng giọt dung dịch H2SO4 5N đến khi vừa mất màu. Điều chỉnh pH của các dung dịch trong bình thay đổi trong khoảng 0,00÷1,80 bằng dung dịch H2SO4. Thêm lần lượt vào mỗi bình 5 ml thuốc thử amstrong và 1ml axit ascobic lắc kỹ. Đợi màu phát triển ổn định, đo mật độ quang của loạt dung dịch màu trên máy UV - VIS CinTra 40 ở bước sóng lý thuyết 880 nm. Từ kết quả thu được, tìm được giá trị mật độ quang A ổn định ứng với khoảng pH tối ưu.
b, Ảnh hưởng của các yếu tố cản trở và vai trò của kaliantimony tactrat
Phản ứng tạo màu xanh molipden thường bị ảnh hưởng bởi nhiều chất cản trở như: SiO32-, AsO43-, NO2-, F-, Cl-, S2-... Trong thực tế, nồng độ của các ion AsO43-, NO2-, F-, Cl-, S2-... trong nước mặt thường nhỏ, chưa đủ lớn để gây ảnh hưởng đến kết quả phân tích (giới hạn gây ảnh hưởng khi hàm lượng F-, Cl- ≥ 70 mg/l; NO22- ≥ 1 mg/l). Nhưng hàm lượng ion SiO32- trong nước mặt thường tương đối cao, sẽ gây ảnh hưởng cản trở đáng kể đến phản ứng tạo màu, do đó cần được khảo sát kỹ. Ta khảo sát hai trường hợp:
- Trường hợp 1: Mẫu phân tích có chất cản trở silicat, và sử dụng thuốc thử amstrong không có kaliantimonyl tactrat K(SbO)C4H4O6.1/2H2O:
Thuốc thử amstrong gồm: 122 ml H2SO45N + 800ml nước cất, sau đó thêm10,5 amoni Molipdat.
Axit ascobic: Hòa tan 3g axit ascobic trong 100m nước cất.
Chuẩn bị 7 bình định mức 100 ml, hút vào mỗi bình 2 ml dung dịch photphat chuẩn KH2PO4 (10 mg P/l). Thêm vào mỗi bình các thể tích dung dịch Na2SiO3 khác nhau, sao cho nồng độ của Si trong các dung dịch đó là: 0; 2; 5; 10; 20; 40; 60 mg Si/l. Thêm 1 giọt chỉ thị phenolphtalein, nếu xuất hiện màu hồng, ta thêm dần từng giọt dung dịch H2SO4 5N đến khi vừa mất màu, định mức đến vạch bằng nước cất 1 lần. Đổ ra cốc 100ml, sau đó thêm lần lượt vào mỗi bình 5ml thuốc thử amstrong và 1ml axit ascobic, lắc kỹ, đo quang dung dịch màu trên máy UV-VIS CinTra 40 ở bước sóng lí thuyết 880 nm trong khoảng thời gian từ 0 ÷ 40 phút sau khi tạo phản ứng màu.
- Trường hợp 2: Mẫu phân tích có chất cản trở Si, sử dụng thuốc thử amstrong có chứa kaliantimonyl tactrat K(SbO)C4H4O6.1/2H2O.
c, Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích thuốc thử amstrong/ nồng độ octophotphat
Chuẩn bị 8 bình định mức 100 ml, hút vào mỗi bình 2ml dung dịch photphat chuẩn KH2PO4 (10mg P/l). Thêm 1 giọt chỉ thị phenolphtalein, nếu xuất hiện màu hồng, thêm dần từng giọt dung dịch H2SO4 5N đến khi vừa mất màu. Định mức bằng nước cất 1 lần đến vạch, Sau đó thêm lần lượt vào mỗi bình các thể tích thuốc thử amstrong lần lượt là 0; 1; 3; 5; 7; 8; 9; 10 ml và 1 ml axit ascobic lắc kỹ. Đo quang dung dịch màu trên máy UV-VIS CinTra 40 ở bước sóng lý thuyết 880 nm trong khoảng thời gian từ 0÷40 phút kể từ khi tạo màu. Từ kết quả thu được, ta tìm được tỉ lệ thể tích amstrong tối ưu, ứng với dung dịch có cường độ màu lớn và ổn định nhất.
Chuẩn bị một dung dịch màu: hút 2 ml dung dịch photphat chuẩn KH2PO4 (10 mg P/l), cho vào bình định mức dung tích 100 ml. Thêm 1 giọt chỉ thị phenolphtalein, nếu xuất hiện màu hồng, ta thêm dần từng giọt dung dịch H2SO4 5N đến khi vừa mất màu, định mức đến vạch bằng nước cất 1 lần. Sau đó thêm tiếp 5 ml dung dịch thuốc thử amstrong và 1ml axit ascobic, lắc kỹ. Đo quang dung dịch màu trên máy UV-VIS CinTra 40 ở bước sóng lý thuyết 880nm trong khoảng thời gian từ 0÷40 phút kể từ khi tạo màu. Từ kết quả thu được, ta tìm được khoảng thời gian tối ưu ứng với dung dịch có cường độ màu lớn và ổn định nhất.
2.3.3.3. Xây dựng đường chuẩn xác định photphat
- Dung dịch gốc PO43- 1g/l.
- Pha dung dịch làm việc PO43- 10mg/l: Lấy 1 ml PO43- 1g/l định mức vào bình 100 ml.
- Tiếp theo chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn bằng cách dùng pipet lấy các thể tích xác định dung dịch chuẩn với nồng độ PO43- 10mg/l vào bình định mức 25 ml, thêm nước cất đến vạch.
Bảng 2.2. Dãy dung dịch chuẩn để xây dựng đường chuẩn xác định photphat
Bình Lượng dung dịch chuẩn CPO43- =10 mg/l CPO43- (mg/l)
Blank 0 0 1 0,5 ml 0,2 2 1,5 ml 0,6 3 2,5 ml 1,0 4 5,0 ml 2,0 5 7,5 ml 3,0 * Quy trình
- Đổ các dung dịch chuẩn vào các cốc 100ml có đánh số thứ tự tương ứng, đồng thời lấy 25 ml nước cất siêu sạch (làm mẫu trắng) cho vào cốc thủy tinh.
- Sau đó thêm 2,5 ml thuốc thử Amstrong và 0,5 ml dung dịch axit ascorbic vào mỗi cốc chứa dung dịch chuẩn và mẫu trắng, lắc đều.
- Sau 20 phút (để ổn định màu) thì tiến hành đo mật độ quang ở bước sóng 880 nm trên máy quang phổ UV- VIS.
2.3.3.4. Đánh giá độ tin cậy của đường chuẩn xác định photphat
Chuẩn bị một số dung dịch photphat đã biết chính xác nồng độ (nằm trong khoảng tuyến tính của đường chuẩn), tiến hành tạo phản ứng màu như khi xây dựng đường chuẩn và xác định lại nồng độ theo đường chuẩn. Lặp lại nhiều lần và xử lý các kết quả đo bằng thống kê toán học. Kết quả thu được nếu nằm trong phạm vi sai số cho phép thì đường chuẩn có độ tin cậy và được sử dụng cho các mẫu phân tích tiếp theo.
2.3.4. Xác định hàm lượng amoni và photphat ban đầu của nước tiểu
Sau khi các mẫu nước tiểu đạt pH ~ 9 được đem li tâm 30 phút, 3600 vòng/ phút để lắng kết tủa.
2.3.4.1. Xác định hàm lượng amoni bằng thuốc thử Indol phenol
Sau khi li tâm, nước tiểu được pha loãng theo các tỉ lệ khảo sát xác định, cho vào bình định mức 20 ml, đồng thời lấy 20 ml nước cất siêu sạch (Nước cất 2 lần làm Blank); đổ mẫu Blank và các mẫu đã pha loãng vào cốc thủy tinh 50ml có đánh số thứ tự tương ứng. Sau đó thêm:
+ 1,5 ml dung dịch thuốc thử hỗn hợp.
+ 1 ml thuốc thử phenat, lắc đều, để 90 phút.
→ Đo mật độ quang ở bước sóng 640 nm (màu của dung dịch bền trong vòng 24h)
2.3.4.2. Xác định hàm lượng photphat
Lấy từng mẫu nước tiểu và tiến hành pha loãng theo các tỉ lệ xác định, cho vào bình định mức 25 ml, đồng thời lấy 25 ml nước cất siêu sạch (làm mẫu trắng); đổ mẫu Blank và các mẫu đã pha loãng vào cốc thủy tinh 100ml có đánh số thứ tự tương ứng. Sau đó thêm:
+ 2,5 ml thuốc thử Amstrong và 0,5 ml dung dịch axit ascorbic vào mỗi cốc chứa dung dịch chuẩn và mẫu trắng, lắc đều.
2.3.5. Xác định các điều kiện tối ưu để tạo kết tủa Struvite - MAP
Mẫu nước tiểu người và nước tiểu bò Ba Vì sau thời gian 7 ngày bảo quản ở nhiệt độ phòng, quá trình thủy phân ure đã xảy ra hoàn toàn, mẫu đạt pH 9. Hàm lượng amoni và photphat trong mẫu có giá trị lớn... Đây là điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo kết tủa struvite từ mẫu nước thải này. Thêm