1.4.1. Các chỉ tiêu lí học 1.4.1.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình hóa học và sinh hóa xảy ra trong nước.
Nhiệt độ phụ thuộc rất nhiều vào môi trường xung quanh, vào thời gian trong ngày, vào mùa trong năm…; nước sông có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trường.
Nhiệt độ cần được xác định tại nơi lấy mẫu.
1.4.1.2. Mùi vị
Các chất khí và một số chất hòa tan làm cho nước có mùi. Nước sông có thể có mùi đất, mùi tanh, mùi thối, các mùi hóa học đặc trưng như mùi clo, mùi ammoniac,…
Nước cũng có thể có vị mặn, ngọt, chua, chát,… tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan.
1.4.1.3. Độ màu
Độ màu của nước là do: các chất mùn (có màu nâu nhạt), các mẫu vụn hữu cơ (do phân hủy thực vật), các tamin, axit humic, các chất bị phân hủy từ ligin là những nguyên nhân chính làm cho nước có màu.
Cách xác định:
Độ màu được xác định bằng phương pháp so màu.
Thường được so sánh với dung dịch chuẩn trong ống Nessler, thường dùng là dung dịch K2PtCl6 + CaCl2 (1 mg K2PtCl6 tương đương với 1 đơn vị chuẩn màu).
Đơn vị đo độ màu là Pt-Co.
1.4.1.4. Độ đục
Độ đục là một đại lượng dùng để đánh giá sự có mặt của các hạt rắn lơ lửng trong nước ảnh hưởng đến sự truyền suốt của ánh sáng. Đối với nước sông, nhất là vào mùa lũ, độ đục gây ra bởi các chất phân tán thô, đất cát bị rửa trôi, thường là chất vô cơ nhưng vẫn có chất hữu cơ.
Cách xác định:
Độ đục được đo bằng Đục kế – Turbidimeter.
Đơn vị đo độ đục là NTU (Nephelometric Turbidity Unit). Một NTU là sự cản quang gây ra bởi 1 mg SiO2 hòa trong 1 lít nước cất.
1.4.2. Các chỉ tiêu hóa học 1.4.2.1. Chỉ tiêu pH
pH là đại lượng biểu thị nồng độ của ion H+ trong nước và trong các dung dịch pH = -log[H+].
Cách xác định:
Giá trị pH được xác định bằng pH.met.
1.4.2.2. Chỉ tiêu độ cứng
Độ cứng là một đại lượng biểu thị hàm lượng các cation mà chủ yếu là Ca2+ và Mg2+.
Cách xác định:
Độ cứng được xác định bằng phương pháp chuẩn độ complexon với dung dịch chuẩn Trilon B và chỉ thị ETOO.
Phương pháp Complexon là phương pháp tạo phức, chất tạo phức là chất hữu cơ (như EDTA, complexon III…) tạo được với hầu hết các kim loại thành phức tan bền. Thông dụng nhất là complexon III (hay còn gọi là Trilon B).
Trilon B là muối dinatri của axit etylendiamin tetraaxetic, thường được kí hiệu là Na2H2Y. Trong nước muối Na2H2Y phân li hoàn toàn. Trong phòng thí nghiệm dung dịch complexon III thường được gọi là dung dịch EDTA.
Khi tác dụng với các cation kim loại ở điều kiện thích hợp, trilon B tạo thành những phức chất vòng rất bền chặt:
Men+ + H2Y2- MeYn-4 + 2H+
Phản ứng của trilon B với mọi kim loại đều giải phóng ra 2H+ nên trị số pH của dung dịch có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo phức và đương lượng gam của mọi kim loại đều bằng M/2. Độ bền của các muối complexonat kim loại phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Tỉ lệ thuận với điện tích ion kim loại và khối lượng nguyên tử
+ Tỉ lệ nghịch với nồng độ ion H+. Tuy nhiên nếu pH quá cao làm cho độ bền cua phức cũng giảm, cho nên nói chung với mỗi nhóm ion kim loại, phức bền trong một vùng pH nhất định. Để thực hiện điều này, đối với mỗi nhóm ion kim loại, người ta điều chỉnh pH của môi trường bằng các dung dịch đệm để thực hiện phản ứng tạo phức.
Để xác định điểm tương đương người ta thường dùng các chỉ thị kim loại. Ví dụ: Eriocrom đen T, murexit. Các dung dịch chỉ thị chóng hỏng nên người ta thường pha ở dạng rắn bằng cách trộn với NaCl hay đường.
Đơn vị tính là mgCaCO3/l.
1.4.2.3. Chỉ tiêu chất rắn
1.4.2.3.1. Chỉ tiêu tổng chất rắn (TS: Total Solids)
Tổng chất rắn là lượng chất rắn trog nước bao gồm : phần chất rắn hòa tan (phần chất rắn còn lại trong mẫu nước sau khi qua giấy lọc); và phần chất rắn lơ lửng (phần chất rắn bị giữ lại bởi giấy lọc).
Cách xác định:
Tổng chất rắn là lượng khô tính bằng mg của phần còn lại sau khi làm bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi.
Đơn vị tính là mg/l.
1.4.2.3.2. Chỉ tiêu chất rắn lơ lửng (SS: Suspended Solids) Chất rắn lơ lửng là những chất rắn không tan trong nước.
Cách xác định:
Chất lơ lửng là lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi.
Đơn vị tính là mg/l.
1.4.2.3.3. Chỉ tiêu chất rắn hòa tan (DS: Dissolved Solids)
Các chất rắn hòa tan là những chất tan được trong nước, bao gồm cả chất vô cơ lẫn chất hữu cơ.
Cách xác định:
Chất rắn hòa tan DS là lượng khô của phần dung dịch qua lọc khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi. Chất rắn hòa tan được tính theo công thức:
DS = TS – SS
Đơn vị tính là mg/l.
1.4.2.4. Chỉ tiêu Clorua (Cl-)
Clorua là ion chính trong nước thiên nhiên, biểu thị độ mặn. Clorua cao không gây độc hại cho sức khỏe nhưng độ mặn sẽ làm cho nước uống khó sử dụng.
Cách xác định:
Trong đề tài này tôi sử dụng phương pháp chuẩn độ bạc nitrat với chỉ thị K2CrO4 hay còn gọi là phương pháp Mohr để xác định chỉ tiêu Cl- trong nước.
Dung dịch chuẩn trong phương pháp này là dung dịch AgNO3 0,1N.
Dung dịch này có thể chuẩn bị từ lượng cân chính xác AgNO3 đã được tinh chế lại. Tuy nhiên nồng độ của dung dịch AgNO3 thay đổi theo thời gian nên cần phải chuẩn hóa lại nồng độ của nó bằng dung dịch tiêu chuẩn NaCl.
Chỉ thị trong phương pháp Mohr là K2CrO4. Khi phản ứng kết thúc, một giọt thừa AgNO3 tác dụng với K2CrO4 tạo thành kết tủa Ag2CrO4 màu đỏ gạch.
Lúc đó kết thúc định phân.
Tuy nhiên cần chú ý rằng, kết tủa màu đỏ gạch Ag2CrO4 có thể xuất hiện trước hoặc sau điểm tương đương tùy theo nông độ CrO42- đưa vào dung dịch. Do đó, để xác định chính xác điểm tương đương, nồng độ K2CrO4 phải được chọn nhất định không tùy tiện.
Đơn vị tính là mg/l.
1.4.2.5. Chỉ tiêu DO - Độ oxi hòa tan
Độ oxi hòa tan (DO: Dissolved Oxygen) trong nước là lượng oxi từ không khí hòa tan vào nước trong điều kiện nhiệt độ áp suất nhất định, hoặc do quá trình quang hợp của thực vật trong nước .
Cách xác định:
Để xác định chỉ tiêu DO người ta dùng phương pháp chuẩn độ iot với chỉ thị hồ tinh bột hay còn gọi là phương pháp Winkler.
Phương pháp Winkler : Thế oxi hóa – khử của cặp I2/2I- không lớn lắm, vào loại trung bình E0I2/2I- = 0,54V. Do đó I2 là chất oxi hóa yếu đối với nhiều chất khử trung bình như H2S, Sn2+, H2SO3… và I- cũng thể hiện tính khử đối với các chất oxi hóa trung bình trở lên: Fe3+, Cr2O72-, MnO4-…
Phương pháp iot dựa vào tính oxi hóa – khử của iot trong dung dịch:
I2 + 2e 2I-
Có thể dùng phương pháp iot để xác định các chất khử và các chất oxi hóa. Chỉ thị trong phương pháp này là hồ tinh bột tạo với iot một hợp chất phụ màu xanh.
Phương pháp iot tiến hành trong môi trường axit yếu, trung tính hoặc kiềm yếu. Chỉ thị hồ tinh bột trong trường hợp này cho vào dung dịch chỉ khi phản ứng đã gần đến điểm tương đương (dung dịch màu vàng rơm) để xác định được chính xác điểm tương đương, vì thêm hồ tinh bột ngay từ đầu thì sự đổi màu không nhạy.
E0I2/2I- không lớn lắm nên chiều phản ứng không xảy ra đến cùng, vì vậy phải đặc biệt chú ý các điều kiện sao cho phản ứng xảy ra hoàn toàn. Ví dụ: tăng nồng độ I- làm độ tan I2 trong nước tăng bằng cách cho dư I-:
I- + I2 I3-
Đơn vị tính là mg/l.
1.4.2.6. Chỉ tiêu BOD – Nhu cầu oxi sinh học
Nhu cầu oxi sinh học (BOD: Biochemical Oxygen Demand) là lượng oxi cần thiết để vi khuẩn sử dụng trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ có khả năng oxi hóa sinh hóa dưới điều kiện hiếu khí.
Cách xác định:
Thông thường để xác định chỉ tiêu BOD người ta xác định lượng oxi cần thiết để phân hủy các chất hữu cơ trong nước trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 20oC trong bóng tối – BOD5.
BOD5 được tính là hiệu số giữa lượng oxi hòa tan ban đầu và lượng oxi hòa tan sau 5 ngày ủ ở 20oC.
BOD5 = DO1 – DO5
Đơn vị tính là mg/l.
1.4.2.7. Chỉ tiêu COD – Nhu cầu oxi hóa học
Nhu cầu oxi hóa học (COD: Chemical Oxygen Demand) là lượng oxi cần thiết để oxi hóa hết tất cả các chất hữu cơ trong nước bằng các tác nhân oxi hóa mạnh.
Chất oxi hóa thường dùng là KMnO4 hoặc K2Cr2O7.
Cách xác định:
Trong đề tài này tôi sử dụng phương pháp chuẩn độ Kali permanganate để xác định chỉ tiêu COD trong nước.
Phản ứng oxi hóa – khử dùng KMnO4 làm dung dịch chuẩn có thể tiến hành trong môi trường axit, kiềm, trung tính.
+ Trong môi trường axit:
MnO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O Do đó đương lượng khối của KMnO4 là
Đg = 158,03/5 = 31,61 gam
+ Trong môi trường kiềm hay trung tính:
MnO4- + 3H2O + 3e MnO(OH)2 + 4OH- Đg = 158,03/3 = 52,68
EoMnO4-/Mn2+ = 1,51V EoMnO4-/MnO2 = 0,59V
So sánh hai giá trị Eo ta thấy khả năng oxi hóa của MnO4- trong môi trường axit cao hơn trong môi trường kiềm. Mặt khác trong môi trường axit tạo thành Mn2+ không màu còn trong môi trường kiềm hay trung tính tạo thành MnO2 kết tủa có màu nâu đậm làm cho ta khó xác định điểm tương đương.
Vì vậy, ở đây chỉ trình bày phản ứng oxi hóa – khử KMnO4 trong môi trường axit.
Nếu lượng axit không đủ thì phản ứng chỉ xảy ra theo phương trình:
MnO4- + 4H+ + 3e = MnO2 + 2H2O Khi tăng nồng độ axit MnO2 bị khử tiếp thành Mn2+
MnO2+ 4H+ + 2e = Mn2+ + 2H2O
Trong phương pháp này, việc xác định điểm tương đương không cần chỉ thị. Khi chuẩn độ các dung dịch bằng KMnO4, điểm tương đương được xác định bằng sự xuất hiện màu hồng nhạt của dung dịch khi thừa một giọt KMnO4 (hoặc thứ tự định phân ngược lại thì màu hồng nhạt sẽ mất tại điểm tương đương).
Ngoài ra còn có phương pháp chuẩn độ Bicromat với chỉ thị Điphenylamin (hoặc chỉ thị axit Phenylantranilic) để xác định chỉ tiêu COD trong nước.
Đơn vị tính là mg/l.
1.4.2.8. Chỉ tiêu Nitơ
Trong nước nitơ có thể tồn tại ở các dạng chính sau:
+ Các chất nitơ hữu cơ;
+ Ammoniac (NH3);
+ Các muối amoni (NH4+) như: NH4OH, NH4NO3, (NH4)2SO4; + Các hợp chất dạng nitrit (NO2-), nitrat (NO3-);
+ Nitơ tự do (N2).
1.4.2.8.1. Chỉ tiêu NO3-
Cách xác định:
Trong đề tài này tôi sử dụng phương pháp đo quang với thuốc thử natrixalixilat để xác định hàm lượng NO3- trong nước.
Nguyên tắc: 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.
Đơn vị tính là mg/l.
1.4.2.8.2. Chỉ tiêu NH4+
Cách xác định:
Trong đề tài này tôi sử dụng phương pháp đo quang với thuốc thử Nessler để xác định hàm lượng NH4+ trong nước.
Nguyên tắc: Trong môi trường bazơ mạnh NH4+ chuyển thành NH3.
NH3 hình thành là NH3 sẵn có mẫu nước tác dụng với thuốc thử Nessler hình thành phức chất có màu vàng hay nâu tùy thuộc vào hàm lượng NH3 có trong mẫu nước.
2 K2HgI4 + NH3 + 3KOH Hg(HgIONH2) + 7KI + H2O + K2HgI4 + NH3
Hg(HgI3NH2) + 5KI + H2O (màu vàng)
Các yếu tố gây nhiễu trong quá trình đo quang: trong nước thiên nhiên thường chứa ion Ca2+ , Mg2+, môi trường bazơ mạnh ion tạo thành hydroxide dạng keo, làm cho dung dịch bị đục. Các ion Fe2+, Fe3+, Mn2+…trong nước tạo phức màu với thuốc thử Nessler gây cản trở trình đo quang. Do đó, chúng ta dùng muối Natri Kali tactrat (KNaC4H4O6) cho vào mẫu nước phân tích, để muối kết hợp với ion gây nhiễu hình thành hợp chất hòa tan, dung dịch không màu.
Đơn vị tính là mg/l.
1.4.2.9. Chỉ tiêu PO43-
Cách xác định:
Trong đề tài này tôi sử dụng phương pháp đo quang với thuốc thử sunfo molypdic để xác định hàm lượng PO43- trong nước.
Nguyên tắc: Phản ứng giữa ion octophosphat và một dung dịch axit chứa molipdat và ion antimon tạo ra phức chất antimon phosphomolipdat.
Khử phức chất bằng axit ascorbic tạo thành phức chất molipden màu xanh đậm. Đo độ hấp thụ của phức chất để xác định nồng độ octophosphat.
Xác định polyphosphat và một số hợp chất phospho hữu cơ bằng cách thủy phân chúng với axit sulfuric để chuyển sang dạng octophosphat phản ứng với moliopdat.
Một số hợp chất phospho hữu cơ được chuyển thành octophosphat bằng vô cơ hóa với pesulfat. Nếu cần xử lý cẩn thận thì vô cơ hóa với axit nitric – axit sulfuric.
Đơn vị tính là mg/l.
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU