CHƢƠNG 2 THỰC NGHIỆM
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 khơ. Đun nóng mẫu trên bếp điện ở nhiệt độ 1200C trong vịng 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 lỗng 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
thuốc thử vào tất cả các bình và để n 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 khơ 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
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 khơng 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 thơng số thích hợp để xác định các kim loại. Do đó chúng tơi chọn các điều kiện và thơng 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.
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
Cân chính xác trong khoảng 0,10 g và 0,20 g bùn dằn tàu đã đƣợc nghiền min vào bình nón 50 mL khơ. Thêm 3,0 mL dung dịch NaOH - NaOBr vào đun sôi, lắc đều dung dịch, để yên trong 5 phút và sau đó lắc đều. Đặt bình thẳng đứng trong bồn cát (nhiệt độ trong khoảng 260oC và 280oC). Đun nóng bình 10 - 15 phút cho đến khi
dung dịch bốc hơi đến khô, ngừng đun để yên dung dịch thêm 30 phút. Các thí nghiệm đƣợc tiến hành trong tủ hút. Để nguội trong khoảng 5 phút, thêm 4,0 mL nƣớc cất 2 lần và 1,0 mL HCOOH 90%. Lắc đều, sau đó thêm 25 mL dung dịch H2SO4 0,5M. Đậy bình và lắc đều. Chuyển hỗn hợp trên vào ống nhựa ly tâm 50 mLvà ly tâm khoảng 10 phút.
Chuyển một lƣợng chính xác dung dịch sau khi ly tâm vào bình định mức 10 mL có chứa 1,6 mL hỗn hợp thuốc thử. Sau đó định mức đến vạch bằng nƣớc cất, rồi tiến hành đo độ hấp thụ quang tại λ = 880 nm.
2.5.2.2. Xác định nitơ trong bùn dằn tàu
Mẫu bùn đƣợc xấy khô trong tủ xấy 24 h nghiền nhỏ đến 2 mm. Cân 1g ±
0.0003 mẫu vào bình nón thêm vào đó 10 mL KCl 2M lắc trong 90 phút. Chuyển vào ống ly tâm 15 mL và ly tâm khoảng 10 phút. Sau khi ly tâm mẫu đƣợc lọc qua giấy lọc băng xanh ta thu đƣợc dung dịch lọc 1.[25]
Xác định nitrit
Chuyển 5 mL dung dịch lọc 1 vào bình định mức 10 mL (pha loãng mẫu nếu cần) thêm 0,5 mL axit sunfanilic và 0,5 mL α-naphthylamin. Sau 10 phút đo độ hấp thụ quang ở λ = 520 nm.
Xác định nitrit và nitrat
Chuyển 5 mL dung dịch lọc 1 đã đƣợc điều chỉnh pH trong khoảng từ 8,5 ÷ 10 bằng NaOH 0,05 M vào ống ly tâm 15 mL, thêm vào mỗi ống ly tâm 0,5 mL dung dịch CdSO4 0,114 M và 0,5 mL dung dịch huyền phù kẽm. Ly tâm 10 phút để khử NO3- thành NO2-. Chuyển 5 mL NO2-
vào bình định mức 10 mL, thêm vào mỗi bình 0,5 mL dung dịch axit sufanilic, 0,5 mL dung dịch α- naphtylamin. Sau 10 phút tiến hành đo quang ở λ = 520 nm.
Xác định Amoni
Chuyển 5 mL dung dịch lọc 1 vào bình định mức 10 mL. Thêm vào dung dịch mẫu 0,2 mL Seignett và 0,3 mL thuốc thử Nessler. Lắc đều, để yên, sau 10 phút màu ổn định thì tiến hành đo độ hấp thụ quang ở λ = 420 nm.
2.5.2.3. Xác định kim loại nặng trong bùn dằn tàu
Cân chính xác 0,05 g ± 0,0003 mẫu thêm 3 mL HNO3 đặc vào bình phá mẫu Teflon. Sau đó gia nhiệt ở 180oC trong 8 giờ. Đƣa về nhiệt độ phòng, mẫu đƣợc lọc
vào bình 25 mL rồi định mức đến vạch với nƣớc DI[16, 36]. Chuyển 5 mL mẫu vào bình tam giác, tiến hành xác định Cl- theo phƣơng pháp Mohr, đồng thời tiến hành kiểm tra ảnh hƣởng của nền muối (nếu có) đến q trình xác đinh hàm lƣợng kim loại nặng trong các mẫu bùn dằn tàu. Hàm lƣợng kim loại nặng trong các mẫu bùn đƣợc xác định qua phép đo ICP – MS.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đánh giá chung về quy trình phân tích 3.1. Đánh giá chung về quy trình phân tích
Trƣớc khi phân tích các mẫu dằn tàu, các quy trình phân tích đƣợc đánh giá để đảm bảo độ tin cậy của kết quả phân tích. Xây dựng đƣờng chuẩn tƣơng ứng đối với mỗi quy trình phân tích, xác định giá trị LOD và LOQ với mỗi chỉ tiêu cần xác định. Cuối cùng đánh giá độ chính xác của quy trình thơng qua tỷ lệ phần trăm sai số tƣơng đối Er và hệ số biến thiên (CV%).
3.1.1. Xác định Photpho
Xây dựng đƣờng chuẩn: Xây dựng đƣờng chuẩn để xác định photpho trong khoảng nồng độ từ 0,02 ppm đến 0,96 ppm. Để loại trừ ảnh hƣởng của nền muối trong nƣớc dằn tàu, thay vì sử dụng nƣớc cất chúng tôi đã sử dụng các dung dịch nƣớc biển khơng có photphat (xem mục 2.4.3.2). Thêm photphat vào dung dịch hỗn
hợp thuốc thử, sau 10 phút tiến hành đo độ hấp thụ quang ở λ = 880 nm. Các kết quả đƣợc tóm tắt trong Bảng 3.1 và biểu diễn trên Hình 3.1.
Bảng 3.1: Kết quả đường chuẩn photpho
Bình 1 2 3 4 5 6 7 8
Vthuốc thử, mL 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 [P] ppm 0,02 0,04 0,08 0,16 0,32 0,48 0,8 0,96
Abs 0,015 0,031 0,064 0,138 0,239 0,346 0,580 0,689
Phƣơng trình hồi quy của đƣờng chuẩn xác định Photpho là: Abs = (0,712 ± 0,020) x CP + (0,008 ± 0,001); R2 = 0,9992 Trong đó: Abs: là độ hấp thu quang A tại nồng độ Cp
Cp: là nồng độ của photpho
Giới hạn phát hiện (LOD) : LOD = 0,008 ppm Giới hạn định lƣợng (LOQ) : LOQ = 0,022 ppm Độ chính xác của quy trình phân tích.
Để đánh giá độ chính xác của quy trình phân tích chúng tơi tiến hành thực hiện phép đo lặp lại 3 lần tại ba nồng độ khác nhau của photpho là: 0,04 ppm; 0,32 ppm và 0,8ppm. Kết quả thu đƣợc nhƣ trong Bảng 3.2.
Bảng 3.2: Độ chính xác và sai số tương đối tại những nồng độ khác nhau của photpho C (ppm) Abs Ci (ppm) Ctb Er % CV% 1 2 3 1 2 3 0,04 0,037 0,035 0,034 0,041 0,037 0,036 0,038 - 5,00 6,96 0,32 0,253 0,251 0,231 0,343 0,341 0,313 0,332 3,12 5,24 0,8 0,583 0,579 0,586 0,811 0,802 0,812 0,808 1,00 1,43
Theo Bảng 3.2 các giá trị phần trăm sai số tƣơng đối Er ở cả ba nồng độ đều nằm trong khoảng giá trị chấp nhận đƣợc theo ISO là từ – 20% đến 10 % chứng tỏ phƣơng pháp phân tích là đáng tin cậy, hệ số biến thiên CV % đều nhỏ hơn 10 % chứng tỏ phép đo có độ lặp lại nằm trong khoảng chấp nhận đƣợc theo tiêu chuẩn của ISO (xem Bảng 2.2).
3.1.2. Xác định Nitrat
Xây dựng đƣờng chuẩn
Chuẩn bị một dãy 7 dung dịch chuẩn KNO3 có nồng độ 20 ppm, tiến hành khử NO3- về NO2- nhƣ quy trình mục 2.5.1.3. Sau đó chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn có nồng độ NO2- trong khoảng từ 0,5 ppm ÷ 4 ppm trong bình 10 mL. Thêm vào mỗi bình 1 ml axit sunfanilic và 1 mL α-naphtylamin, lắc đều, để yên 10 phút, đo độ hấp
thụ quang tại bƣớc sóng λ = 520 nm. Kết quả thu đƣợc theo Bảng 3.3 và đƣợc biểu diễn trên Hình 3.2.
Bảng 3.3: Kết quả đường chuẩn Nitrat
NO3- (ppm) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 Abs 0 0,147 0,343 0,498 0,648 0,808 0,918 1,199
Hình 3.2: Đường chuẩn xác định Nitrat
Phƣơng trình hồi quy của đƣờng chuẩn xác định nitrat:
Abs = (0,301 ± 0,019) x CNO3- + (0,023 ± 0,042); R2 = 0,998
Giới hạn phát hiện: LOD= 0,06 ppm Giới hạn định lƣợng : LOQ = 0,21 ppm
Độ chính xác và sai số tƣơng đối của quy trình phân tích.
Thực hiện phép đo lặp lại 3 lần tại ba nồng độ khác nhau của nitrat: 0,5 ppm, 2,0 ppm và 4,0 ppm. Kết quả thu đƣợc nhƣ trong Bảng 3.4.
Bảng 3.4: Độ chính xác và sai số tương đối tại các nồng độ khác nhau của Nitrat C (ppm) Abs Ci (ppm) Ctb Er % CV% 1 2 3 1 2 3 0,5 0,146 0,147 0,148 0,407 0,410 0,414 0,410 - 1,80 0,85 2,0 0,648 0,194 0,192 2,070 2,077 2,070 2,070 3,60 0,20 4,0 1,199 1,200 1,201 3,896 3,899 3,903 3,899 - 2,53 0,10
Theo Bảng 3.4 các giá trị phần trăm sai số tƣơng đối Er đều nằm trong khoảng giá trị chấp nhận đƣợc theo ISO là từ – 20% đến 10 % chứng tỏ phƣơng pháp phân tích là đáng tin cậy, tất cả các giá trị của hệ số biến thiên CV % đều < 1 % chứng tỏ phép đo có độ lặp lại tốt.
3.1.3. Xác đinh Nitrit
Xây dựng đƣờng chuẩn: Chuẩn bị 10 mL dung dịch NO2-
có nồng độ nằm trong khoảng từ: 0,01 ppm đến 1,0 ppm. Cho vào mỗi bình 1 mL axit sunfanilic + 1 mL α- naphtylamin. Lắc đều, để yên 10 phút, đo độ hấp thụ quang tại bƣớc sóng λ = 520 nm. Kết quả đƣợc trình bày trong Bảng 3.5 và đƣợc biểu diễn trên Hình 3.3:
Bảng 3.5: Kết quả xác định đường chuẩn Nitrit
NO2-(ppm) 0,01 0,05 0,10 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 Abs 0,010 0,035 0,072 0,145 0,258 0,397 0,516 0,619
Hình 3.3: Đường chuẩn xác định Nitrit
Phƣơng trình hồi quy của đƣờng chuẩn xác định nitrit:
Abs= ( 0,626 ± 0,023) x CNO2- + (0,008 ± 0,011); R2 = 0,999
Giới hạn phát hiện: LOD = 0,008 ppm Giới hạn định lƣợng: LOQ = 0,03 ppm
Độ chính xác và sai số tƣơng đối của phƣơng pháp đo.
Thực hiện các phép đo tại ba nồng độ khác nhau của nitrit là: 0,05 ppm; 0,2 ppm và 1,0 ppm, đo lặp lại ba lần tại mỗi nồng độ. Kết quả đƣợc đƣa ra trong Bảng 3.6:
Bảng 3.6: Độ chính xác và sai số tương đối tại các nồng độ khác nhau của Nitrit
C (ppm) Abs Ci (ppm) Ctb Er % CV%
1 2 3 1 2 3
0,05 0,035 0,036 0037 0,043 0,045 0,046 0,045 -10,0 2,87 0,2 0,145 0,143 0,145 0,219 0,215 0,219 0,217 8,5 0,92 1,0 0,619 0,627 0,620 0,976 0,988 0,977 0,981 1,9 0,60 Các giá trị phần trăm sai số tƣơng đối Er nằm trong khoảng từ - 10% đến 8,5% chứng tỏ phƣơng pháp phân tích là đáng tin cậy, hệ số biến thiên CV% đều < 5% chứng tỏ phép đo có độ lặp lại tốt.
3.1.4. Xác đinh Amoni
Xây dựng đƣờng chuẩn: Chọn 11 bình định mức có dung tích 10 mL, cùng kích
thƣớc, khơng màu lần lƣợt cho vào các hóa chất sau và tiến hành đo độ hấp thụ quang ở λ = 420 nm. Kết quả thu đƣợc nhƣ Bảng 3.7 và đƣợc biểu diễn trên Hình 3.4
Bảng 3.7: Các bước thiết lập mẫu chuẩn để phân tích NH4+ bằng phương pháp Nessler # VNH4+ 10mg/L (mL) VDI nƣớc (mL) [NH4+] (ppm) VSeignett (mL) VNessler (mL) Abs 1 0 5 0 0,2 0,3 0,022 2 0,2 4,8 0,4 0,2 0,3 0,096 3 0,4 4,6 0,8 0,2 0,3 0,148 4 0,6 4,4 1,2 0,2 0,3 0,199 5 0,8 4,2 1,6 0,2 0,3 0,265