CHƢƠNG 2 THỰC NGHIỆM
2.7. Đánh giá hiệu suất thu hồi
Để xác định hiệu suất thu hồi của phương pháp, ta tiến hành phân tích trên 5 mẫu giả với nồng độ photpho ban đầu đã biết chính xác 0,002 mgP2O5/ml. Các điều kiện phân tích đã khảo sát ở mục 2.4. Đo mật độ quang tại bước sóng max, sau đó
dựa vào phương trình đường chuẩn xác định nồng độ của dung dịch, từ nồng độ ban đầu cho vào với nồng độ đo được ta đánh giá hiệu suất thu hồi của phương pháp.
2.8. Đánh giá sai số thống kê của phƣơng pháp [7] Giá trị trung bình cộng
Giả sử ta tiến hành n phép đo độc lập X với các kết quả X1, X2, X3, ..., Xn. Giá trị trung bình cộng: n X X X X X 1 2 3 ... 4
Là giá trị gần với giá trị thực của đại lượng cần đo với xác suất cao nhất trong số các giá trị đo được.
Phƣơng sai
Phương sai của phép đo phản ánh độ lặp lại của kết quả đo được đánh giá bằng công thức: S2 = 1 ) ( 2 n X Xi
Với: k là số bậc tự do. Nếu chỉ có một đại lượng cần đo X thì k = n - 1. Giá trị s = 2
S thường được gọi là độ lệch chuẩn của phép đo.
Độ lệch tiêu chuẩn tƣơng đối (% RSD) tức là hệ số biến động Cv: đặc
trưng cho độ lặp lại của các kết quả thí nghiệm và được xác định bằng công thức: Cv = 100%
X S
RSD hay Cv càng nhỏ độ lặp lại càng tốt.
Ta có thể dựa vào chuẩn student để tìm biên giới tin cậy: μ = x ± n S t. hoặc μ = x ± trong đó = ± n S t.
là biên giới tin cậy.
Giá trị thực μ nằm trong khoảng x - < μ <x + với xác suất tin cậy nào đó.
Sai số tƣơng đối Δ%: Δ% = 100
X
%
Để đánh giá sai số thống kê, ta tiến hành quy trình phân tích trên 2 mẫu giả với nồng độ photpho đã biết chính xác là 0,002 mgP2O5/ml và 0,004 mgP2O5/ml với các điều kiện tối ưu đã xác định. Mỗi mẫu làm 5 lần. Từ đó tính sai số thống kê của phương pháp.
2.9. Qui trình phân tích
Trên cơ sở khảo sát các điều kiện tối ưu xác định photpho bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS sử dụng amonimolipdat làm thuốc thử như ở mục 2.4, đồng thời qua tham khảo tài liệu [8, 10], chúng tơi tiến hành xây dựng quy trình phân tích photpho trong đất bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS. Sự có mặt của muối Silic trong đất làm đục dung dịch nên chúng tôi loại trừ bằng dung dịch gelatin 1%. Ảnh hưởng của Fe3+
được loại trừ bằng dung dịch NaF 0,5M. Áp dụng quy trình này chúng tôi tiến hành phân tích tổng hàm lượng photpho trong một số mẫu đất tại một số diện tích đất trồng rau và trồng cây ăn quả trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.
2.10. Phân tích mẫu thực tế
2.10.1. Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu đất
Lấy mẫu theo phương pháp lấy mẫu riêng biệt. Áp dụng lấy mẫu theo đường chéo hoặc đường thẳng góc với địa hình vng gọn, lấy mẫu theo đường gấp khúc hoặc nhiều đường chéo với địa hình dài. Mỗi điểm lấy khoảng 200g đất bỏ dồn vào một túi lớn.
Các mẫu riêng biệt được giã nhỏ và trộn đều trên giấy hoặc nilon. Sau đó dàn mỏng rồi chia làm 4 phần theo đường chéo, lấy hai phần đối điện trộn lại được mẫu hỗn hợp.
Phơi mẫu: mẫu lấy từ ruộng về phải được hong khô kịp thời, giã nhỏ (cỡ 1- 1.5cm), nhặt sạch các xác thực vật, sỏi đá,…
Nghiền và rây mẫu: đất sau khi đã hong khô, giã nhỏ và nhặt hết xác thực vật và các chất lẫn khác. Dùng phương pháp ô chéo lấy 500g đem nghiền nhỏ, phần còn lại cho vào túi vải củ giữ đến khi phân tích xong. Giã phần đất đem nghiền trong cối sứ rồi rây qua rây 1mm, đựng trong lọ thủy tinh có nút nhám rộng miệng, hộp nhựa hoặc túi nilon.
2.10.2. Địa điểm lấy mẫu
Mẫu được lấy tập trung chủ yếu ở các quận huyện có diện tích đất nơng nghiệp trồng các loại rau và cây ăn quả lớn: quận Liên Chiểu, huyện Hòa Vang, quận Sơn Trà, quận Ngũ Hành Sơn.
- Quận Liên Chiểu: Lấy mẫu tại đường Nguyễn Khuyến, tổ 22, kiệt 4 đường Phạm Như Xương.
- Huyện Hòa Vang: Lấy mẫu tại tổ 1 và 2 thơn Phước Hưng xã Hịa Nhơn. - Quận Ngũ Hành Sơn: Lấy mẫu tại phường Khuê Mỹ và phường Hòa Hải. - Quận Sơn Trà: Lấy mẫu tại Đường Trần Nhân Tông, phường Mân Thái và tổ 8M phường Nại Hiên Đơng.
2.10.3. Phân tích mẫu đất
Dựa vào điều kiện tối ưu đã khảo sát và vào quy trình đề xuất, chúng tơi tiến hành phân tích tổng hàm lượng photpho của một số diện tích đất trồng rau và trồng cây ăn quả trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Kết quả khảo sát các điều kiện tối ƣu phƣơng pháp phân tích hàm lƣợng photpho tổng trong đất
3.1.1. Kết quả khảo sát dung mơi vơ cơ hóa mẫu
Qua tham khảo tài liệu [6, 8], chúng tôi sử dụng hỗn hợp dung môi để vô cơ mẫu bao gồm : H2SO4đ, HNO3đ, HClO4đ, H2O2 30%, KNO3 10%. Trong đó axit H2SO4 có vai trị đặc biệt quan trọng, do đó chúng tơi khảo sát thể tích H2SO4 có vai trị đặc biệt quan trọng, nó vừa là chất oxy hóa mạnh, vừa có khả năng bẽ gãy các liên kết phức tạp trong đất. Vì thế, chúng tơi khảo sát thể tích H2SO4đ để tìm lượng dung mơi tối ưu. Thể tích các chất cịn lại được trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Thể tích dung mơi vơ cơ hóa mẫu
HClO4 HNO3 H2O2 KNO3
0,5ml 2ml 1ml 2ml
Kết quả khảo sát được thể hiện ở bảng 3.2 và hình 3.1.
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát thể tích dung mơi vơ cơ hóa mẫu
Thể tích
H2SO4 (ml) 0,5 1 1,5 2 2,5
Mật độ
kết quả khảo sát thể tích H2SO4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 ml D D
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang D vào thể tích H2SO4
Kết quả của bảng 3.2 và hình 3.1 cho thấy với thể tích dung mơi H2SO4 là 1ml thì cho mật độ quang cao nhất. Do đó, chúng tơi chọn thể tích dung mơi H2SO4 đặc là 1ml. Vậy, hỗn hợp dung môi dùng để vơ cơ hóa mẫu bao gồm 1ml H2SO4đ, 2ml HNO3đ, 0,5ml HClO4đ, 2ml H2O2 30%, 2ml KNO3 10%.
3.1.2. Kết quả khảo sát chất khử
Dung dịch khảo sát như mục 2.4.3, đo mật độ quang của dung dịch phức màu với 2 chất khử khác nhau ở bước sóng max = 715nm. Kết quả phân tích được thể hiện trong bảng 3.3 và hình 3.2.
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát chất khử
Chất khử Axit ascobic SnCl2 bão hòa
Khảo sát chất khử 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1 2 D D Chú thích: 1- Chất khử là axit ascorbic 2- Chất khử là SnCl2 Hình 3.2. Đồ thị khảo sát chất khử
Từ bảng 3.3 và hình 3.2, chúng tơi thấy chất khử SnCl2 cho mật độ quang cao hơn, do đó chúng tơi dùng SnCl2 làm chất khử.
3.1.3. Kết quả khảo sát thể tích thuốc thử Amonimolipdat
Dung dịch khảo sát như mục 2.4.4. Đo mật độ quang ở bức sóng max = 715nm. Kết quả khảo sát được thể hiện trong bảng 3.4 và hình 3.3.
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát thể tích thuốc thử amonimolipdat
Thể tích amonimolipdat
(ml)
0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Khảo sát thể tích Amoni molipdat 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 V (ml) D D Hình 3.3. Đồ thị khảo sát thể tích thuốc thử
Từ kết quả trên, thể tích thuốc thử amonimolipdat tối ưu là 0,8ml.
3.1.4. Kết quả khảo sát khoảng thời gian bền màu của phức
Dung dịch khảo sát như trong mục 2.4.5, đo mật độ quang ở bước sóng
max = 715nm. Kết quả phân tích được thể hiện trong bảng 3.5 và hình 3.4.
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát khoảng thời gian bền màu của phức
Thời gian
đo Đo ngay Sau 5 phút Sau 10 phút
Sau 15 phút Sau 20 phút Mật độ quang D 0,4832 0,5571 0,6033 0,6538 0,6543 Thời gian đo Sau 25 phút Sau 30 phút Sau 35 phút Sau 40 phút Sau 45 phút Mật độ quang D 0,6593 0,6603 0,6289 0,5637 0,4963
Khoảng thời gian bền màu của phức 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 10 20 30 40 50 phút D D
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn kết quả khảo sát thời gian bền màu của phức
Từ kết quả khảo sát ở bảng 3.5 và hình 3.4 cho thấy phức photphomolipdat có màu bền trong khoảng thời gian từ 15 đến 30 phút sau khi chuẩn bị dung dịch, do đó trong đề tài này, chúng tơi để dung dịch ổn định trong 20 phút sau khi chuẩn bị dung dịch rồi đem đo quang.
3.2. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn
Để xây dựng đường chuẩn, từ dung dịch chuẩn ban đầu, chúng tôi pha các dung dịch chuẩn P2O5 có nồng độ 0,000334mg/ml, 0,001mg/ml, 0,00167mg/ml, 0,00234mg/ml, 0,003mg/ml, 0,004mg/ml. Thực hiện q trình phân tích photpho với các điều kiện tối ưu đã khảo sát ở mục 3.1, đo mật độ quang của phức thu được tại bước sóng max = 715nm. Lập đồ thị xây dựng đường chuẩn.
Màu sắc của dung dịch chuẩn được thể hiện trong hình 3.5. Kết quả xây dựng đường chuẩn được thể hiện trong bảng 3.6 và hình 3.6.
Bảng 3.6. Kết quả xây dựng đường chuẩn Dung dịch P2O5 (mg/ml) 0,002 0,006 0,01 0,014 0,018 0,024 Mật độ quang D 0,0284 0,2695 0,5106 0,7517 0,9928 1,3545
Phương trình đường chuẩn y = 60.281x - 0.0922
R2 = 0.9966 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 mg P2O5/ml D D Linear (D)
Hình 3.6. Phương trình đường chuẩn của phép xác định photpho
Từ bảng 3.6 và hình 3.6 ta thấy, phương trình đường chuẩn xác định photpho có dạng D = 60,281C – 0,0922.
3.3. Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi của phƣơng pháp
Chuẩn bị 5 mẫu giả, mỗi mẫu là 50ml KH2PO4 0,002 mg P2O5/ml. Thực hiện quy trình phân hủy với hỗn hợp dung môi bao gồm: 1ml H2SO4đ, 2ml HNO3đ, 0,5ml HClO4đ, 2ml H2O2 30%, 2ml KNO3 10% và sử dụng các điều kiện tối ưu là chất khử SnCl2, thể tích thuốc thử amonimolipdat 4% là 0,8ml, thời gian để phức màu ổn định là 20 phút sau khi chuẩn bị dung dịch. Đo mật độ quang tại bước sóng max= 715nm. Kết quả được thể hiện ở bảng 3.7.
Bảng 3.7. Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi
Lần đo Nồng độ P2O5 ban đầu (mg/ml)
Nồng độ P2O5 đo được (mg/ml)
Hiệu suất thu hồi % 1 2.10-3 1,784.10-3 89,2 2 2.10-3 1,766.10-3 88,3 3 2.10-3 1,741.10-3 87,05 4 2.10-3 1,738.10-3 86,92 5 2.10-3 1,757.10-3 87,85 Htrung bình 87,86
Từ kết quả ở bảng 3.7 ta thấy, hiệu suất thu hồi của phương pháp là 87,86%, đáp ứng yêu cầu của phân tích lượng vết.
3.4. Kết quả đánh giá sai số thống kê của phƣơng pháp
Chuẩn bị 2 mẫu giả, mỗi mẫu là 50ml dung dịch KH2PO4 đã biết chính xác nồng độ là 0,002 mgP2O5/ml và 0,004 mgP2O5/ml, tiến hành quy trình phân tích trên 2 mẫu giả như khi xác định hiệu suất thu hồi ở mục 3.2. Kết quả tính một số đại lượng đặc trưng sai số thống kê của phương pháp được thể hiện ở bảng 3.8.
Bảng 3.8. Kết quả đánh giá sai số thống kê của phương pháp
Các đại lượng đặc trưng 2.10-3 mgP2O5/ml 4.10-3 mgP2O5/ml
Nồng độ trung bình X 1,7572.10-3 3,6094.10-3
Phương sai S2
3,567.10-10 1,07.10-11 Độ lệch chuẩn của phép đo S 1,88.10-5
3,271.10-6
Hệ số biến động (%RSD) 1,075 0,612
Biên giới tin cậy ±2,437.10-5
±4,06.10-6
Sai số tương đối Δ% ±12,14 ±9,76
Như vậy khi nồng độ lớn thì có hệ số biến động và sai số nhỏ hơn so với nồng độ nhỏ. Kết quả bảng 3.8 cho thấy phương pháp có độ chính xác cao, độ lặp lại tốt.
3.5. Quy trình phân tích và đánh giá tổng lƣợng photpho trong một số loại đất trồng rau và trồng cây ăn quả
Dựa vào các điều kiện tối ưu xác định tổng hàm lượng photpho trong đất bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử đã khảo sát, chúng tơi đề xuất quy trình phân tích tổng hàm lượng photpho trong đất (hình 3.7). Sự có mặt của muối Silic trong đất sẽ làm đục dung dịch nên chúng tôi loại trừ bằng dung dịch gelatin 1% [8], ảnh hưởng của Fe+3 được loại trừ bằng dung dịch NaF 0,5M [10].
Cân chính xác 1g mẫu đã nghiền mịn và rây qua rây 1mm, cho vào chén nung, thêm chính xác lần lượt 1ml H2SO4 đặc, 2ml HNO3 đặc, 0,5ml HClO4 đặc, 2ml H2O2 đặc và 2ml KNO3 10%.
Đun chén sứ trên bếp điện cho đến khô cạn thành than đen.
Cho chén sứ vào trong lò nung và nung trong vòng 2h ở 4600C đến tro trắng. Hòa tan tro trắng bằng 10ml HNO310%, đun nhẹ cho tan hết và bay hơi axit dư. Lọc và định mức lên 50ml.
Dùng pipet hút chính xác 1ml dung dịch, thêm 5ml gelatin 1%, khuấy đều và chưng cách thủy ở 700C, sau đó thêm 0,1ml SnCl2 bão hòa, 0,8ml amonimolipdat 4% và 7ml NaF 0,5M. Định mức bằng nước cất đến 50ml, lắc đều cho dung dịch có màu “xanh molipden”. Để yên 20 phút rồi đo mật độ quang, từ đó suy ra hàm lượng photpho có trong mẫu đất.
Tính kết quả:
P2O5 (mg/100g đất) = C.V1.V2.100/(V3.m)
Trong đó: C: hàm lượng Photpho tính theo phương trình đường chuẩn V1: thể tích dung dịch lọc (50ml)
V2: thể tích dung dịch hiện màu (50ml)
V3: thể tích dung dịch lấy so màu (1ml) m: khối lượng mẫu đất
Hình 3.7. Quy trình phân tích tổng lượng photpho trong đất
1g mẫu đã nghiền và rây cho vào chén sứ 1ml H2SO4 đặc 2ml HNO3 đặc 0,5ml HClO4 đặc 2ml H2O2 30% 2ml KNO3 10% Đun trên bếp điện
Than đen
Nung trên bếp điện trong vòng 2h ở 4600
C
Tro trắng
- Hòa tan bằng 10ml HNO3 10% - Lọc bỏ cặn
Dịch lọc Định mức 50ml
Dung dịch phân tích
- Hút chính xác 1ml dung dịch - Thêm 5ml gelatin 1%, chưng cách thủy ở 700C, khuấy đều - Lọc vào bình định mức 50ml - Thêm 0,1ml SnCl2 bh, 0,8ml amonimolipdat, 7ml NaF - Định mức đến 50ml Dung dịch màu Lắc đều Để yên 20 phút Đo mật độ quang ở max = 715nm
3.6. Kết quả phân tích hàm lƣợng Photpho tổng trong một số mẫu đất trên địa bàn thành phố Đà Nẵng
Từ quy trình phân tích đã đề xuất ở mục 3.4, tiến hành phân tích đánh giá hàm lượng Photpho tổng trong một số loại đất trồng rau và trồng cây ăn quả trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. Các mẫu đất được lấy vào 2 đợt tháng 2 và tháng 4 năm 2012 tại một số diện tích trồng rau và trồng cây ăn quả trên địa bàn thành phố Đà Nẵng (hình 3.12). Hình ảnh mẫu đất sau khi nghiền và sau khi nung được thể hiện trong hình 3.8, 3.9, hình ảnh phức photphomolipdat của một số mẫu đất được thể hiện trong hình 3.10. Kết quả phân tích được thể hiện trong bảng 3.9 và hình 3.11.
Bảng 3.9. Kết quả phân tích hàm lượng Photpho tổng của một số mẫu đất
Mẫu
đất Địa điểm lấy mẫu Loại đất
Trồng các loại cây/rau Hàm lượng Photpho (mgP2O5/ 100g đất)
1 Đường Trần Nhân Tông,
Sơn Trà Đất cát Rau xà lách, rau húng, rau ngò 23,96 2 Tổ 8M, phường Nại Hiên Đông, Sơn Trà
Đất cát pha thịt
Cây xoài, cây
chuối 21,3
3 Đường Nguyễn Khuyến,
Liên Chiểu Đất cát
Rau ngò, rau
cải, rau dền 24,9
4 Đường Nguyễn Khuyến,
Liên Chiểu Đất cát
Cây mít, cây
xoài, cây nhãn 21,63 5 Tổ 22, kiệt 4, Phạm Như
Xương, Liên Chiểu Đất thịt
Rau cải, rau
ngò, rau lang 39,28 6 Tổ 22, kiệt 4, Phạm Như
Xương, Liên Chiểu Đất thịt
Cây chuối, cây
xồi, cây mít 38,7
7 Tổ 2, thơn Phước Hưng,
xã Hịa Nhơn, Hòa Vang Đất thịt