Theo TCVN 6180: 1996 [23] nguyên tắc của phương pháp đo là:
Đo phổ của hợp chất màu vàng được hình thành bởi phản ứng của axit sunfosalixylic (được hình thành do việc thêm natri salixylat và axit sunfuric vào mẫu) với nitrat và tiếp theo xử lý với kiềm.
Dinatri dihidro etylendinitrilotetraaxetat (EDTANa) được thêm vào với kiềm để tránh kết tủa các muối canxi và magie. Natri nitrua được thêm vào để khắc phục sự nhiễu của nitrit.
Trong môi trường axit sulfuric đậm đặc, nitrat tham gia phản ứng với natri salixylat tạo thành phức màu p-nitrosalixylat natri hoặc sản phẩm có thể là o- nitrosalixylat natri. Ở môi trường bazơ mạnh phức này có màu vàng và được đo bằng máy đo quang tại bước sóng λ = 415nm.
Phương trình phản ứng: OH COONa + NO3- + H+ OH COONa NO2 + H2O OH COONa O2N 2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 2.2.1. Hóa chất
Tất cả các loại hóa chất sử dụng đều ở dạng tinh khiết phân tích (P.A). Các dung dịch chuẩn được pha bằng nước cất hai lần.
Các loại hóa chất thuốc thử chính được sử dụng trong quá trình nghiên cứu gồm: - Dung dịch chuẩn gốc NO2- 1000 ppm đã pha sẵn của Đức. Dung dịch được
- Dung dịch chuẩn gốc NO3-1000 ppm đã pha sẵn của Đức. Dung dịch được sử dụng trong vòng 1 tháng.
- Thuốc thử mầu xác định nitrit pha theo TCVN 6178: 1996 [22]
- Dung dịch axit sunfuric H2SO4 95 - 97 % = 1,84 g/ml xuất xứ của Đức. - Dung dịch axit axetic, CH3COOH 37%, = 1,05 g/ml xuất xứ của Đức. - Dung dịch kiềm, NaOH = 200 g/l, [CH2-N(CH2COOH)CH2- COONa)]2.2H2O = 50 g/l xuất xứ của Đức.
- Dung dịch natri nitrua, Na3N = 0,5 g/l xuất xứ của Đức.
- Dung dịch natri salixylat, HO.C6H4.COONa = 10 g/l xuất xứ của Đức. - Các dung dịch khác
+ Các dung dịch tạo môi trường pH từ 1 - 3 trong xác định nitrit: axit octhophosphoric ρ = 1.70 g/ml, NaOH 0,1 N.
+ Các dung dịch chuẩn pha sẵn của Đức để khảo sát ảnh hưởng ion lạ: Fe3+ 1000 ppm, Mn2+ 1000 ppm, Mg2+ 1000 ppm…
2.2.2. Dụng cụ và thiết bị
Các dụng cụ và thiết bị sử dụng trong quá trình thực nghiệm làm luận văn của khoa xét nghiệm - Trung tâm y tế dự phòng tỉnh Quảng Ninh.
Các dụng cụ thủy tinh phòng thí nghiệm thông thường
- Bình định mức các loại: 10ml, 25 ml; 50 ml; 100 ml; 250ml; 500ml - Pipet: 1 ml, 2 ml, 5 ml, 10 ml là thủy tinh loại A
- Pipete pittong cầm tay: 20 - 200L, 0,1 - 1000L
- Bát sứ đun cách thủy thể tích 50 ml
Cân phân tích Scientech SA 210 độ chính xác 0,0001g
Bếp cách thủy model WNB14 + L0 + L1 hãng sản xuất MEMMERT - Đức: thể tích 14 lit với 6 chỗ đun (gồm nhiều vòng tròn đồng tâm).
Máy trắc quang UV- VIS 1601 PC của hãng Shimazu (Nhật Bản), vùng đo 190 - 900nm, sử dụng đèn D2 trong vùng UV và đèn 50W halogen trong vùng VIS, cuvet thạch anh có chiều dày 1cm.
Máy đo pH HANNA 211.
2.3. Nội dung thực nghiệm
2.3.1. Pha chế các dung dịch làm việc
- Dung dịch chuẩn gốc NO2- 100 ppm, NO2- 10 ppm từ dung dịch chuẩn gốc NO2- 1000 ppm pha sẵn của Đức.
Lấy 1,00 ml dung dịch gốc NO2- 1000ppm pha loãng thành 10,0 ml ta được dung dịch làm việc hàng ngày 100,00 ppm.
Lấy 1,00 ml dung dịch gốc NO2- 100ppm pha loãng thành 10,0 ml ta được dung dịch làm việc hàng ngày 10,00 ppm.
- Dung dịch chuẩn gốc NO3-100 ppm, NO3-10 ppm từ dung dịch chuẩn gốc
NO3-1000 ppm đã pha sẵn của Đức.
Lấy 1,00 ml dung dịch gốc NO3- 1000ppm pha loãng thành 10,0 ml được dung dịch làm việc hàng ngày 100,00 ppm.
Lấy 1,00 ml dung dịch gốc NO3- 100ppm pha loãng thành 10,0 ml được dung dịch làm việc hàng ngày 10,00 ppm.
- Thuốc thử mầu xác định nitrit được pha theo TCVN 6178: 1996 [22]
Hoà tan 40,0 g aminobenzen sufonamid (NH2C6H4SO2NH2) trong hỗn hợp của 100 ml axit octophotphoric và 500 ml nước trong cốc thuỷ tinh có mỏ.
Hoà tan 2,00 g N (1 naphtyl) 1.2 diamonietan dihidroclorua (C10H7-NH-CH2- CH2-NH2- 2HCl) trong dung dịch tạo thành. Chuyển sang bình định mức dung dịch 1000 ml và pha loãng với nước tới vạch. Lắc đều.
Bảo quản trong lọ thuỷ tinh màu hổ phách, dung dịch bền trong vòng 1 tháng nếu giữ ở nhiệt độ từ 20C đến 50C.
Hòa tan cẩn thận 200g natri hidroxit dạng hạt trong 800 ml nước. Thêm 50 g dinatri dihidro etylendinitrilotetraaxetat ngậm 2 phân tử nước (EDTANa).{[CH2- N(CH2COOH)CH2-COONa)]2.2H2O} và hòa tan. Để nguội đến nhiệt độ phòng và thêm nước tới 1 lít trong bình đong. Bảo quản trong chai polyetylen. Thuốc thử này có thể bền trong thời gian dài.
- Dung dịch natri nitrua, Na3N = 0,5 g/l.
Hòa tan cẩn thận 0,05 g natri nitrua Na3N trong khoảng 90 ml nước và pha loãng tới 100 ml bằng nước trong bình đong. Bảo quản trong chai thủy tinh. Thuốc thử này có thể bền trong thời gian dài.
- Dung dịch natri salixylat, HO.C6H4.COONa = 10 g/l.
Hòa tan 1 g natri salixylat (HO-C6H4-COONa) trong 100 ml nước. Bảo quản dung dịch trong chai thủy tinh hoặc chai polyetylen. Chuẩn bị dung dịch mới trong ngày làm thí nghiệm.
2.3.2. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Các mẫu nước được lấy ở 12 nguồn nước cấp cho các nhà máy xử lý nước của tỉnh Quảng Ninh, thời gian lấy mẫu, kí hiệu mẫu đều được ghi lại. Mẫu lấy về phân tích càng sớm càng tốt trong vòng 24 giờ sau khi lấy mẫu.
Cách lấy và bảo quản mẫu theo TCVN 6663 [24].
Chúng tôi chuẩn bị chai nhựa polyetylen để lấy mẫu nước. Dụng cụ lấy mẫu được rửa sạch bằng xà phòng, sau đó rửa lại nhiều lần bằng nước, tráng lại bằng nước cất và tráng lại bằng mẫu nước trước khi đựng mẫu đó. Mẫu cho vào bình polietylen đã tráng rửa sạch và bảo quản theo tiêu chuẩn. Nếu mẫu có cặn, để các chất huyền phù chất cặn lắng xuống, quay li tâm hoặc lọc qua giấy lọc sợi thủy tinh sạch.
Đối với phân tích ion NO3- trung hòa mẫu có độ pH lớn hơn 8 bằng
Với các mẫu đo dưới giới hạn phát hiện chúng tôi làm giàu mẫu: lấy 500ml mẫu cho vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 1000ml. Đun trên bếp cách thủy để cô cạn. Cô cạn cho đến khi thể tích mẫu nước nhỏ hơn 25 ml rồi định mức vào bình 25 ml. Lưu ý tráng kĩ cốc bằng nước cất. Như vậy, các mẫu được làm giàu 20 lần so với ban đầu.
Bảng 2.1. Địa điểm và thời gian lấy mẫu quí 1 năm 2016
STT Địa điểm lấy mẫu Kí hiệu mẫu Ngày lấy mẫu
1 Nước đập Lán Tháp LT1 - UB 06/03/2016
2 Nước hồ Đồng Mây ĐM1 - UB 06/03/2016
3 Nước hồ Mắt Rồng MR1 - VĐ 04/03/2016
4 Nước nguồn đập Cao Vân CV1 - VĐ 04/03/2016
5 Nước nguồn Đồng Ho ĐH1 - UB 06/03/2016
6 Nước nguồn sông Trung Lương TL1 - UB 06/03/2016
7 Nước sông Ba Chẽ BC1 - ĐH 07/03/2016
8 Nước sông Tiên Yên TY1- HH 07/03/2016
9 Nước sông Bắc Luân BL1 - HH 07/03/2016
10 Nước trước xử lí nhà máy nước Hải Hà NHM1 - HH 07/03/2016 11 Nước trước xử lí nhà máy nước Hoành Bồ NMN1 - HB 06/03/2016 12 Nước trước xử lí nhà máy nước Quảng Yên NMN1 - QY 06/03/2016
Bảng 2.2. Địa điểm và thời gian lấy mẫu quí 2 năm 2016
STT Địa điểm lấy mẫu Kí hiệu mẫu Ngày lấy mẫu
1 Nước đập Lán Tháp LT2 - UB 30/06/2016
2 Nước hồ Đồng Mây ĐM2 - UB 30/06/2016
3 Nước hồ Mắt Rồng MR2- VĐ 04/07/2016
6 Nước nguồn sông Trung Lương TL2 - UB 30/06/2016
7 Nước sông Ba Chẽ BC2 - ĐH 06/07/2016
8 Nước sông Tiên Yên TY2 - HH 06/07/2016
9 Nước sông Bắc Luân BL2 - HH 06/07/2016
10 Nước trước xử lí nhà máy nước Hải Hà NHM2 - HH 06/07/2016 11 Nước trước xử lí nhà máy nước Hoành Bồ NMN2 - HB 30/06/2016 12 Nước trước xử lí nhà máy nước Quảng Yên NMN2 - QY 30/06/2016
2.3.3. Các nội dung thực nghiệm
2.3.3.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu của phương pháp phổ hấp thụ phân tử xác định nitrit
a. Khảo sát cực đại hấp thụ quang
Trong phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử, mỗi hợp chất màu có một cực đại hấp thụ quang. Do vậy chúng tôi tiến hành ghi phổ của hợp chất màu trên máy trắc quang trong khoảng bước sóng từ 400 - 700 nm.
Pha 10 ml 3 dung dịch chuẩn NO2- 0,02 ppm, 0,5 ppm và 2,0 ppm trong bình định mức 10ml. Cách pha:
Bảng 2.3. Pha dung dịch khảo sát cực đại hấp thụ quang xác định nitrit
Nồng độ NO2- 0,02 ppm 0,50 ppm 2,0 ppm Vdd chuẩn gốc NO2- 0,2 ml dd chuẩn gốc NO2- 1ppm 0,5 ml dd chuẩn gốc NO2- 10ppm 2,0 ml dd chuẩn gốc NO2- 10ppm Định mức 10 ml Thêm nước cất định mức đến 10 ml
b. Khảo sát ảnh hưởng của pH
Đầu tiên nitrit phản ứng với axit sunfanilic tạo thành muối điazo:
NH2 N
HO3S +N+ HO3S N=N
NH2
+ 2H+
Phản ứng tạo thành muối điazo được tiến hành trong môi trường axit. Khi [H+] nhỏ (pH lớn) thì càng thuận lợi cho quá trình tạo thành muối điazo nhưng lại ảnh hưởng đến phản ứng tạo thành hợp chất màu azo. Do vậy pH có ảnh hưởng đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu nên cần phải khảo sát để chọn giá trị pH tối ưu. Để khảo sát ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu, chúng tôi sử dụng dung dịch NO2- 0,1 ppm và tiến hành đo độ hấp thụ quang của hợp chất màu ở các giá trị pH khác nhau tại bước song đã lựa chọn.
Từ kết quả thu được sẽ tìm ra giá trị độ hấp thụ quang ổn định với khoảng giá trị pH thích hợp. Từ đó lựa chọn được giá trị pH tối ưu.
c. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích thuốc thử
- Chuẩn bị 5 bình định mức 10ml để pha dung dịch chuẩn NO2- 0,10 ppm - Lấy vào mỗi bình 0,1 ml dd chuẩn gốc NO2- 10,00 ppm.
- Thêm lần lượt vào các bình: 0,20ml; 0,40 ml; 0,60 ml; 0,80 ml; 1,00 ml dung dịch thuốc thử màu. Lắc đều và định mức tới vạch bằng nước cất.
- Sau 20 phút đem đo độ hấp thụ quang tại bước sóng đã lựa chọn, với mẫu trắng làm dung dịch so sánh.
Từ kết quả thu được sẽ tìm ra giá trị độ hấp thụ quang lớn ổn định với khoảng giá trị thể tích thuốc thử thích hợp. Từ đó lựa chọn được thể tích thuốc thử tối ưu.
d. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới độ ổn định màu của phức
Khảo sát ảnh hưởng thời gian tới độ ổn định màu của phức tạo thành: Pha 10 ml dung dịch NO2- 0,35 ppm:
+ Lấy 0,35 ml dung dịch chuẩn NO2- 10,0 ppm vào bình định mức 10,00 ml. + Sau đó định mức đến vạch bằng nước cất.
Từ kết quả thu được, sẽ tìm được giá trị độ hấp thụ quang lớn ổn định ứng với khoảng thời gian thích hợp. Từ đó chọn được khoảng thời gian phản ứng tối ưu.
e. Khảo sát ảnh hưởng của các ion cản trở
Theo tài liệu tham khảo thì phép xác định NO2- bị ảnh hưởng bởi các ion Mangan(II), sắt(III), đồng(II), nhôm(III), cloramin, clo, natripolyphotphat, thiosunfat… sẽ bị kết tủa trong điều kiện phản ứng, các chất có khả năng phản ứng với NO2- và các ion có màu cũng gây ảnh hưởng đến phép xác định. Tuy nhiên, với mục đích xác định hàm lượng nitrit trong nước chúng tôi chỉ khảo sát ảnh hưởng của các ion sắt(III), cloramin, clo, natripolyphotphat, thiosunfat.
Sau khi chuẩn bị các dung dịch chuẩn của các ion cản trở riêng biệt, các khảo sát về ảnh hưởng và ngưỡng ảnh hưởng được tiến hành như sau:
- Pha 100 ml dung dịch chuẩn NO2- 0,35 ppm từ 3,5 ml dung dịch chuẩn NO2- 10,00 ppm vào bình định mức 100,00 ml.
- Pha 100 ml dung dịch chuẩn NO2- 3,5 ppm từ 3,5 ml dung dịch chuẩn NO2- 100,00 ppm vào bình định mức 100,00 ml.
- Lấy 12 bình định mức 10ml
Bảng 2.4. Pha các dung dịch khảo sát ảnh hưởng của các ion cản trở xác định ion nitrit Ion khảo sát STT bình ion C khảo sát (ppm) Ion khảo sát (ml) Thêm đến vạch định mức Vdd gốc Nồng độ dung dịch gốc Mẫu trắng 1 0,0 0,0 0,0 10 ml nước cất Mẫu không ion 2 0,0 0,0 0,0 dung dịch chuẩn NO2- 0,35 ppm Fe3+ 3 1,0 0,1 ml Fe 3+ 100 ppm 4 10,0 1,0 ml Fe3+ 100 ppm S2O32- 5 10,0 0,1 ml S2O32- 1000 ppm 6 100,0 1 ml S2O32- 1000 ppm Cl- 7 0,2 0,2 ml Cl - 10 ppm 8 2,0 2,0 ml Cl- 1000 ppm Cloramin 9 0,2 0,2 ml cloramin 10 ppm 10 2,0 2,0 ml Mn2+ 10 ppm
Mẫu không ion 13 0,0 0,0 0,0 dung dịch chuẩn NO2- 3,5 ppm Fe3+ 14 1,0 0,1 ml Fe3+ 100 ppm 15 10,0 1,0 ml Fe3+ 100 ppm S2O32- 16 10,0 0,1 ml S2O32- 1000 ppm 17 100,0 1 ml S2O32- 1000 ppm Cl- 18 0,2 0,2 ml Cl- 10 ppm 19 2,0 2,0 ml Cl- 1000 ppm Cloramin 20 0,2 0,2 ml cloramin 10 ppm 21 2,0 2,0 ml Mn2+ 10 ppm PO43- 11 5,0 0,5 ml PO43- 100 ppm 12 50,0 5,0 ml PO43- 100 ppm
- Thêm 0,2 ml thuốc thử màu, lắc đều.
- Để 20 phút rồi tiến hành đo độ hấp thụ quang tại bước sóng đã chọn với mẫu trắng làm dung dịch so sánh và đánh giá ảnh hưởng so với dung dịch chỉ có NO2-.
Ngưỡng ảnh hưởng của các ion cản trở, được đánh giá qua sai số tương đối với từng loại ion. Từ kết quả thu được sẽ đánh giá được sự ảnh hưởng của các ion này đến phép xác định.
2.3.3.2. Khảo sát khoảng tuyến tính và đánh giá phương pháp xác định nitrit
a) Khảo sát khoảng tuyến tính
Để xác định khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn xác định nitrit chúng tôi thực hiện quá trình thực nghiệm:
Dung dịch chuẩn gốc 1 của NO2- là 1000ppm.
Pha 15 dung dịch chuẩn các nồng độ và 1 dung dịch mẫu trắng:
Bảng 2.5. Pha dung dịch khảo sát khoảng tuyến tính xác định nitrit
Nồng độ NO2(ppm) 0,00 0,01 0,05 0,10 0,20 0,50 1,00 2,00 V dd NO2- (ml) 0,00 0,10 0,50 1,00 0,20 0,50 1,00 2,00
dd lấy Gốc 4 Gốc 3
Định mức 10ml
Định mức 10ml
Thêm 0,2 ml dung dịch thuốc thử màu. Sau 20 phút đem đo độ hấp thụ quang tại bước sóng đã lựa chọn, với mẫu trắng làm dung dịch so sánh.
Từ kết quả đo được xác định khoảng tuyến tính của nitrit và xây dựng đường chuẩn.
b) Đánh giá phương pháp
* Tính giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ
Giới hạn phát hiện (LOD): là nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà hệ thống phân tích còn cho tín hiệu phân tích khác có nghĩa với tín hiệu mẫu trắng hay tín hiệu nền.
Giới hạn định lượng (LOQ): là nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà hệ thống phân tích định lượng được với tín hiệu phân tích khác có ý nghĩa định lượng với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu của nền.
Trong luận văn này chúng tôi tính LOD, LOQ của NO2 - trên mẫu thử.
Chọn mẫu thử có nồng độ thấp (khoảng 5 đến 7 lần LOD ước lượng). Mẫu thử có nồng độ 0,021 ppm.
Chuẩn bị 7 ống nghiệm:
+ Ống 1: lấy 10 ml nước cất vào bát (mẫu trắng)