Trước khi tiến hành tối ưu hóa các yếu tố thực nghiệm cần phải xác định loại mô hình hoạch định thực nghiệm. Có các loại mô hình thực nghiệm: bậc 1, bậc 2, đa mức…. Trong bài nghiên cứu này, vừa để đảm bảo độ phù hợp vừa để giảm bớt số thực nghiệm nên chúng tôi chin mô hình thực nghiệm bậc 2 (Response Surface). Mô hình này được tiến hành với 24 thực nghiệm cho 5 yếu tố khảo sát như sau:
Bảng 4.1: Giá trị quy hoạch thực nghiệm 5 yếu tố
Yếu tố Mức thấp Mức
cao Thể tích HCl ml (x1) 0,2 1 , 8 Thể tích DAP ml (x2) 0,2 1 , 8 Thể tích α-naphthol ml (x3) 1,0 5 , 0 Thời gian diazo phút (x4) 0,0 10 , 0 Thời gian ghép cặp phút (x5) 5,0 25 , 0
Sau đó tiến hành tối ưu hóa kết quả thực nghiệm thu được. Sử dụng phần mềm này, chúng ta có thể xác định được giá trị tối ưu của các yếu tố ứng với mật độ quang tương ứng (tương ứng với nồng độ của nitrite).
Kết quả của quá trình tối ưu như sau:
Mối tương quan về sự phụ thuộc của mật độ quang A vào 5 yếu tố được thể hiện ở phương trình:
A = - 0,932552 – 0,408709*x1 + 1,14054*x2 + 0,817347*x3 + 0,112909*x4
0,0159548*x5 – 1,20439*x12 + 0,226695*x1*x2 + 0,324342*x1*x3
+0,148385*x1*x4+ 0,0391844*x1*x5 – 0,380707*x22 + 0,0764081*x2*x3–
0,0363815*x2*x4 – 0,0440976*x2*x5 – 0,0992634*x32 – 0,0213311*x3*x4– 0,0380101*x3*x5 – 0,00726541*x42 – 0,00719125*x4*x5 + 0,00617745*x52.
Sự phụ thuộc của mật độ quang vào 5 yếu tố được thể hiện ở biểu đồ 3 D (hình 4.1).
Hình 4.1: Đồ thị tối ưu các yếu tố thực nghiệm
Với: Trục x: thể tích HCl. Trục y: thể tích DAP. Trục z: mật độ quang A
Điều kiện tối ưu ứng với từng mật độ quang như sau:
Mật độ quang tối đa khi mô hình hóa 24 thí nghiệm này là Amax= 2,337.
Tuy nhiên ứng với mật độ quang tối đa này, nồng độ của nitrite không thuộc khoảng tuyến tính theo sự khảo sát của quy trình trên.
* Ứng với nồng độ nitrite là 0,8 μg/ml: điều kiện tối ưu của 5 yếu tố được
trình bày ở bảng 4.2.
Bảng 4.2: Giá trị tối ưu các yếu tố khi A = 0,660
Yếu tố Mức thấp Mức cao Tối ưu T ối ưu bằng PPHH(*)
Thể tích HCl ml 0,2 1,8 1,0 1 , 0
Thể tích DAP ml 0,2 1,8 1,0 1 , 0
Thể tích α-naphthol ml 1,0 5,0 2,5 2 , 5
Thời gian diazo phút 0,0 10,0 5,0 5 , 0
Thời gian ghép cặp phút 5,0 25,0 15,1 15,0
(*): phương pháp hóa học
* Ứng với nồng độ nitrite là 0,4 μg/ml: điều kiện tối ưu của 5 yếu tố được
trình bày ở bảng 4.3.
Bảng 4.3: Giá trị tối ưu các yếu tố khi A = 0,330
Yếu tố Mức thấp Mức cao Tối ưu
Thể tích HCl ml 0,2 1,8 1 , 3
Thể tích DAP ml 0,2 1,8 1 , 0
Thể tích α-naphthol ml 1,0 5,0 2 , 4
Thời gian diazo phút 0,0 10,0 5 , 5
Thời gian ghép cặp phút 5,0 25,0 10 , 1
* Ứng với nồng độ nitrite là 0,08 μg/ml: điều kiện tối ưu của 5 yếu tố được
trình bày ở bảng 4.4.
Bảng 4.4: Giá trị tối ưu các yếu tố khi A = 0,083
Yếu tố Mức thấp Mức cao Tối ưu
Thể tích HCl ml 0,2 1,8 1 , 5
Thể tích DAP ml 0,2 1,8 1 , 0
Thể tích α- naphthol ml 1,0 5,0 2 , 3
Thời gian ghép cặp phút 5,0 25,0 6 , 8
Từ các bảng phân tích điều kiện tối ưu trên, chúng tôi nhận thấy: khi sử dụng phần mềm Statgraphics Centurion để quy hoạch và tối ưu hóa thực nghiệm thì điều kiện tối ưu về thể tích HCl, DAP, α- naphthol, thời gian điazo gần giống với khi ta khảo sát điều kiện tối ưu bằng cách cố định các thông số khác và thay đổi 1 yếu tố.
Chỉ riêng khoảng thể tích HCl mở rộng thêm và thời gian ghép cặp ít hơn, từ 6 , 8 phút trở đi.
Trong quá trình làm thực nghiệm, khi cần điều kiện tối ưu ứng với một nồng độ nitrite nào đó, chúng ta chỉ cần tính mật độ quang A (dựa vào phương trình đường chuẩn) của nồng độ nitrite đó, rồi nhập A vào chương trình sẽ thu được bảng giá trị tối ưu các yếu tố ứng với nồng độ đó.
Như vậy, việc sử dụng phần mềm Statgraphics Centurion có ưu điểm lớn là có thể giảm bớt số lượng thực nghiệm khi muốn tiến hành tối ưu hóa điều kiện thực nghiệm, cũng như có thể dự đoán được điều kiện tối ưu ứng với từng nồng độ chất phân tích.
Chương 5
XÁC ĐỊNH NITRITE TRONG MẪU NƯỚC
Nitrite là một thành phần có độc tính cao đối với thủy sản. Hàm lượng nitrite trong nước nuôi trồng thủy sản ảnh hưởng đến đời sống của tôm, cá. Khi hàm lượng nitrite cao vượt ngưỡng cho phép thì có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của tôm, cá. Việc xác định hàm lượng nitrite trong nước nuôi trồng thủy sản là một việc làm rất cần thiết để bảo vệ đời sống thủy sinh. Hơn nữa, cá lăng và tôm là 2 đối tượng mang lại hiệu quả kinh tế cao và được xuất khẩu nhiều nhất. Vì lí do đó mà trong đề tài này chúng tôi chọn mẫu nước nuôi thủy sản (cá lăng và tôm) để khảo sát.
Bảng 5.1: Khoảng hàm lượng thích hợp của các chất vô cơ hòa tan trong nước nuôi thủy sản [17]
Oxi hòa tan DO (mg/L) 5-15 pH 7-9 N- NH4+ 0,2-2 mg/L N- NH3 < 0,1 mg/L N- NO3- 0,1-10 mg/L N- NO2- < 0,3 mg/L SO42- 5-100 mg/L CO2 1-10 mg/L HCO3 -
20300 mg/L (ao có cho ăn ) 50-300 mg/L (ao cá rô phi và giáp xác ) CO32- 0-20 mg/L Cl - 1100 mg/L (nước ngọt) < 20.000 mg/L (nước lợ) HPO42-, H2PO4… 0,005-0 ,2 mg/L H2SiO3, HsiO3… 2-20 mg/L Ca 2+ 5-100 mg/L (nước ngọt) < 500 mg/L (nước lợ) Mg 2+ 5100 mg/L (nước ngọt) < 1.500 mg/L (nước lợ) Na+ 0100 mg/L (nước ngọt) <11.000 mg/L (nước lợ) K+ 110 mg/L (nước ngọt) < 400 mg/L (nước lợ) Tổng Zn 0,01-0,05 mg/L Cu2+ 0 ,005 ng/L H3BO3, H2BO3… 0,05-1 mg/L MoO3 vết Tổng tất cả các ion 50-2.000 mg/L (nước ngọt) 2.000-35.000 mg/L (nước lợ) Nguồn: Water quality for pond aquaculture
Mẫu Thời gian nuôi (ngày)
Số lượng
(con/m2) Cách nuôi Ghi chú
Nước nuôi cá (a) 30 10 Cho th ức ăn Nuôi giống
Mẫu 1(b)
30 50
Nuôi tự nhiên Có bổ sung thực phẩm công nghiệp Mẫu 2(b)
60 50
Nuôi tự nhiên Không bổ sung thực phẩm công nghiệp
Mẫu 3(b) 30 100 Nuôi công
nghiệp
Mẫu 4(b) 50 100 Nuôi công
nghiệp
Mẫu 5(b) 50 150 Nuôi công
nghiệp
Mẫu 6(b) 80 100 Nuôi công
nghiệp
(a): nước nuôi cá lăng ở trại thủy sản trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh.
(b): nước nuôi tôm ở xã Lí Nhơn – huyện Cần Giờ – TP Hồ Chí Minh.