2.2.1. Phương pháp trắc quang
2.2.1.1. Nguyên tắc
Để xác định hàm lƣợng nitrit trong mẫu nƣớc chúng tôi sử dụng phƣơng pháp trắc quang kết hợp với cột khử Cd - Cu để xác định tổng nitrat và nitrit.
Bản chất của phƣơng pháp là sử dụng thuốc thử Griss gồm axit sunfanilic và
- naphtylamin để tạo sản phẩm màu azo với ion nitrit.
Đầu tiên nitrit phản ứng với axit sunfanilic tạo thành muối điazo:
NO2- + + 2H+ 2H2O NH2 N N SO3H + SO3H +
Sau đó muối này phản ứng với - naphtylamin tạo hợp chất azo màu hồng.
2H+ NH2 N N+ HO3S + + NH2 N N HO3S
Cực đại hấp thụ màu ở = 522 nm. Hệ số hấp thụ phân tử bằng 4,0.104 ở pH = 2,0 – 3,0.
Phƣơng pháp này có độ chọn lọc cao.
* Để xác định tổng nitrat và nitrit, từ đó xác định nitrat, chúng tôi sử dụng cột khử Cd - Cu.
Ion NO3- bị khử thành ion NO2- với sự có mặt của Cd. Các hạt Cd đƣợc xử lí với dung dịch CuSO4 2%, sau đó đƣợc nạp vào cột thuỷ tinh. Phản ứng khử tiến hành tốt nhất ở pH = 6 - 8. Hiệu suất khử đạt 88-90%.
Ion NO2- tạo ra đƣợc xác định nhờ phản ứng tạo màu azô hoá bằng axit sunfanilic và - naphtylamin.
2.2.1.2. Hệ thống máy đo UV – VIS
Hình 2: Máy trắc quang UV - 1650PC của hãng Shimazu (Nhật Bản) 2.2.1.3. Ưu điểm của phương pháp
Phƣơng pháp này đƣợc dùng để phân tích NO2- với nồng độ nhở hơn 1ppm mà các phƣơng pháp khác không đủ nhạy để phát hiện.
2.2.2. Phương pháp bơm mẫu vào dòng chảy (FIA)
2.2.2.1. Nguyên tắc
FIA là một kĩ thuật phân tích động, trong đó mẫu phân tích ở dạng lỏng đƣợc bơm trực tiếp vào dòng chất mang chuyển động liên tục. Sau đó mẫu đi đến vòng phản ứng, rồi trong vòng phản ứng chất phân tích sẽ phản ứng với thuốc thử có trong chất mang để tạo ra sản phẩm có thể phát hiện đƣợc theo một tính chất hoá lí nào đó của nó nhê một detector thích hợp. Các tính chất hóa lí có thể phát hiện nhƣ:
+ Sự hấp thụ quang phân tử UV - VIS. + Sự hấp thụ quang nguyên tử.
+ Tính chất huỳnh quang.
+ Sự thay đổi chiết suất trong pha động. + Sự thay đổi điện thế.
Nghĩa là tƣơng ứng với mỗi một tính chất đó ngƣời ta có một loại detector. Trong bản luận văn này chúng tôi tiến hành xác định nitrat và nitrit nên sử dụng tính chất hấp thụ quang phân tử UV - VIS. Bản chất của phƣơng pháp vẫn là sử dụng thuốc thử Griss gồm axit sunfanilic và - naphtylamin để tạo sản phẩm màu azo với ion nitrit. Tín hiệu từ detector đƣợc ghi lại dƣới dạng pic nhờ máy ghi tự động, chiều cao pic tỉ lệ với nồng độ chất phân tích. Do vậy FIA không phải là phép phân tích đơn thuần mà là một kĩ thuật tổng hợp đa năng.
Một cách tổng quát, chúng ta có thể minh hoạ tóm tắt sơ đồ nguyên tắc của một hệ thống FIA dùng để xác định nitrit nhƣ trong hình 3.
Hình 3: Sơ đồ hệ FIA xác định nitrit
Trong đó: Kênh 1: bơm dung dịch đệm
Kênh 2: bơm thuốc thử axit sunfanilic Kênh 3: bơm thuốc thử - naphtylamin
Hình 4: Hệ thống máy đo FIA 2.2.2.3. Ưu điểm của phương pháp
FIA là một kĩ thuật phân tích động. Quá trình phát hiện và đo nồng độ chất phân tích xảy ra nhanh và ở trong một dòng chảy liên tục. Vì thế kĩ thuật FIA có những ƣu điểm sau:
+ Là một quá trình phân tích đo đạc nhanh nên thích hợp để xác định những chất không bền, dễ phân huỷ, các phản ứng xảy ra trong thời gian ngắn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Có độ nhạy tƣơng đối cao, thích hợp cho việc xác định lƣợng vết các chất. + Lƣợng mẫu tiêu hao ít. Thông thƣờng khi phân tích mỗi mẫu cần bơm ba lần. + Tốc độ phân tích nhanh, có thể phân tích từ 30 đến 120 mẫu trong một giờ theo một quy trình nhất định. Vì vậy phép đo này đó đƣợc sử dụng ngay trong dây truyền kiểm tra sản xuất.
Ngày nay FIA đang đƣợc phát triển và sử dụng rộng rãi để phân tích lƣợng vết các chất.
2.2.3. Nội dung nghiên cứu
Trong bản luận văn này chúng tôi tiến hành nghiên cứu các nội dung sau: Khảo sát các điều kiện đo: xác định nitrit bằng phƣơng pháp trắc quang và phƣơng pháp FIA.
Đánh giá hai phƣơng pháp phân tích. Khảo sát cột khử Cd - Cu.
Xác định nitrat, nitrit trong mẫu thực tế bằng hai phƣơng pháp.
2.3. Hoá chất và dụng cụ, thiết bị
2.3.1. Hoá chất
Tất cả các loại hoá chất sử dụng đều thuộc loại tinh khiết phân tích (PA). Các dung dịch đều đƣợc pha chế bằng nƣớc cất hai lần. Các loại hoá chất chính đƣợc sử dụng trong quá trình nghiên cứu bao gồm:
Dung dịch nitrat tiêu chuẩn 50 ppm (tính theo nitriat).
Dung dịch nitrit 1000 ppm (0,75 gam NaNO2 cho vào bình định mức 500 ml hoà tan và định mức bằng nƣớc cất).
Dung dịch axit Sunfanilic 1% (2,5 gam axit sunfanilic tinh thể cho vào bình định mức 250 ml cùng với 50ml cồn 960, 75 ml nƣớc nóng rồi để nguội thêm 2 ml HCl đặc, khuấy đều và định mức đến vạch mức). Bảo quản trong lọ thủy tinh sẫm màu.
Dung dịch - naphtylamin 1% (2,5 gam - naphtylamin tinh thể trộn với 50 ml cồn 960, sau đó thêm 1 ml HCl đặc trong bình định mức 250 ml rồi hoà tan và định mức bằng nƣớc cất). Bảo quản trong lọ thủy tinh sẫm màu.
Dung dịch đệm: sử dụng dung dịch axit monocloaxetic.
Dung dịch EDTA 0,02M: Hòa tan 1,8612g EDTA trong nƣớc cất, cho vào bình định mức 250ml, thêm nƣớc cất đến vạch. Bảo quản trong bình thủy tinh màu nâu.
Dung dịch HCl 6M: Đong 51,55 ml HCl 36% vào bình định mức 100ml, thêm nƣớc cất tới vạch.
Dung dịch CuSO4 2%: Hoà tan 7,8125g CuSO4.5H2O trong nƣớc cất, cho vào bình định mức 250 ml, thêm nƣớc cất tới vạch.
Các dung dịch Cl-, SO42-, Zn2+, Cu2+, Fe3+... pha từ các muối tinh thể tƣơng ứng. Các dung dịch có nồng độ thấp hơn đƣợc pha chế từ các dung dịch ban đầu.
2.3.2. Dụng cụ, thiết bị
Các dụng cụ phòng thí nghiệm thông thƣờng (bình định mức, cốc, pipét, ống đong...)
Máy đo pH 211 (microprocessor pH meter). Cân phân tích scientech SA 210 có độ nhạy 10-4g.
Máy trắc quang UV – 1650 PC của hãng Shimazu (Nhật Bản). Cuvet thuỷ tinh có bề dày l = 1 cm.
Hệ thống máy FIA gồm:
+ Máy ghi chiều cao pic: type BD 40. 04/06. + Máy trắc quang: UVIS 200.
+ Máy: Master flex 751965 console drive.
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát các điều kiện tối ƣu của phƣơng pháp phân tích
3.1.1. Phương pháp trắc quang xác định nitrit
3.1.1.1. Khảo sát cực đại hấp thụ quang
Trong phƣơng 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 bƣớc sóng từ 400 - 650 nm.
Cho vào bình định mức 25 ml các dung dịch: 0,5 ml dung dịch NO2 - (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
25ppm, thêm vào đó 1ml dung dịch axit sunfanilic 0,6% và 1ml dung dịch - naphtylamin 0,6%. Thêm tiếp vào đó 1 ml dung dịch đệm có pH = 2,5. Thêm nƣớc cất, lắc đều và định mức tới vạch. Để yên trong chậu nƣớc đá khoảng 10 – 15 phút rồi tiến hành ghi phổ của hợp chất màu. Kết quả thu đƣợc nhƣ hình 5.
Hình 5: Phổ cực đại hấp thụ quang của hợp chất màu
Dmax = 0,443 tại bƣớc sóng = 522 nm. Do vậy, chúng tôi tiến hành các khảo sát tiếp theo ở bƣớc sóng = 522 nm.
3.1.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu
Đầu tiên nitrit phản ứng với axit sunfanilic tạo thành muối điazo:
D
NO2- + + 2H+ 2H2O NH2 N N SO3H + SO3H +
Sau đó muối này phản ứng với - naphtylamin tạo thành hợp chất azo có màu hồng.
2H+ NH2 N N + HO3S + + NH2 N N HO3S
Phản ứng tạo thành muối điazo đƣợc tiến hành trong môi trƣờng axit. Khi [H+] càng nhỏ (pH càng lớn) thì càng thuận lợi cho quá trình tạo thành muối điazo nhƣng lại ảnh hƣởng đến phản ứng tạo thành hợp chất màu azo. Do vậy pH có ảnh hƣởng đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu nên cần phải khảo sát để chọn giá trị pH tối ƣu.
Để khảo sát ảnh hƣởng của pH đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu, chúng tôi sử dụng dung dịch NO2
-
0,5 ppm với các tiến hành đo độ hấp thụ quang của hợp chất màu ở các giá trị pH khác nhau.
Kết quả thu đƣợc nhƣ bảng 3.1 và hình 6.
Bảng 3.1: Kết quả ảnh hưởng của pH tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu
pH 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
D 0,335 0,421 0,440 0,413 0,374 0,301 0,212 0,145
Hình 6: Đồ thị ảnh hưởng của pH tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0 1 2 3 4 5 6 pH D
Từ kết quả trên cho thấy độ hấp thụ quang đạt giá trị cao trong khoảng pH = 2,0 – 3,0. Trong đó, tại pH = 2,5 độ hấp thụ quang là lớn nhất. Do đó, trong các thí nghiệm tiếp theo chúng tôi chọn giá trị pH = 2,5 để tiến hành đo.
3.1.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng
Mỗi phản ứng hoá học muốn xảy ra cần phải có thời gian. Hơn nữa phản ứng xác định nitrit trải qua hai giai đoạn vì vậy cần phải có thời gian để các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Tuy nhiên giai đoạn tạo thành hợp chất màu azo là một hợp chất kém bền ở nhiệt độ thƣờng nên nếu để phản ứng trong thời gian dài thì phức màu sẽ bị phân huỷ, ảnh hƣởng đến độ hấp thụ quang. Do vậy chúng tôi tiến hành khảo sát sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào thời gian. Sử dụng dung dịch NO2
-
0,5 ppm. Kết quả thu đƣợc nhƣ bảng 3.2 và hình 7.
Bảng 3.2: Kết quả ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu
T(phút) 5 10 15 20 25 30
D 0,312 0,440 0,441 0,442 0,429 0,408
T(phút) 35 40 45 50 55 60
D 0,372 0,351 0,338 0,332 0,306 0,303 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 7: Đồ thị ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0 10 20 30 40 50 60 70 T(phut) D
Từ kết quả trên cho thấy độ hấp thụ quang thay đổi ít trong khoảng thời gian từ 10 - 25 phút. Do đó, khi khảo sát chúng tôi chọn thời điểm này để đo.
3.1.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử
Axit sunfanilic và - naphtylamin là hai thuốc thử đƣợc dùng để xác định NO2-. Thông thƣờng nồng độ thuốc thử càng dƣ thì phản ứng càng xảy ra hoàn toàn. Tuy nhiên nếu dùng dƣ nhiều thuốc thử thì có thể sẽ ảnh hƣởng đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu. Vì vậy chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ thuốc thử axit sunfanilic và - naphtylamin đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu. Sử dụng dung dịch NO2- 0,5 ppm.
Kết quả thu đƣợc nhƣ bảng 3.3, bảng 3.4 và hình 8, hình 9: a) Ảnh hƣởng của nồng độ thuốc thử axit sunfanilic
Bảng 3.3: Kết quả ảnh hưởng của nồng độ axit sunfanilic đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu C Axit sunfanilic (%) 0,002 0,01 0,016 0,02 0,024 0,03 0,04 D 0,143 0,274 0,396 0,421 0,441 0,412 0,332 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 C axit sunfanilic (%) D
Hình 8: Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ axit sufanilic đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu
Từ kết quả trên ta thấy khi nồng độ axit sunfanilic bằng 0,024% tƣơng ứng thì độ hấp thụ quang đạt giá trị lớn nhất. Do đó, trong các thí nghiệm tiếp theo chúng tôi chọn giá trị này để khảo sát.
b) Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ thuốc thử - naphtylamin
Bảng 3.4: Kết quả ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử - naphtylamin đến độ
hấp thụ quang của hợp chất màu
C - naphtylamin (%) 0,002 0,01 0,016 0,02 0,024 0,03 0,04
D 0,194 0,301 0,396 0,421 0,442 0,302 0,276
Hình 9: Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử - naphtylamin đến độ
hấp thụ quang của hợp chất màu
Từ kết quả trên ta thấy khi nồng độ - naphtylamin bằng 0,024% thì độ hấp thụ quang đạt giá trị lớn nhất. Do đó, trong các thí nghiệm tiếp theo chúng tôi chọn giá trị này để khảo sát.
3.1.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của các ion cản trở đến độ hấp thụ quang
Trong phép đo xác định NO2-, các ion: Sb3+, Au3+, Hg2+, Ag+...sẽ bị kết tủa trong điều kiện phản ứng. Ion Cu2+ có thể làm giảm độ hấp thụ quang do tác dụng xúc tác phân huỷ muối điazo. Ion Fe3+ có thể làm tăng độ hấp thụ quang do có khả năng tạo phức màu với thuốc thử trong điều kiện đo. Các ion có màu khác cũng có khả năng gây ảnh hƣởng đến phép phân tích. Tuy nhiên, với mục đích xác định hàm lƣợng NO3-, NO2- trong nƣớc mặt và nƣớc ngầm xung quanh khu vực nhà máy phân đạm Bắc Giang, chúng tôi chỉ khảo sát giới hạn ảnh hƣởng của những ion sau: NO3
- C - naphtylamin (%) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 D
, Cl-, SO42-, PO43-, Cu2+, Fe3+. Các ion này đƣợc tiến hành khảo sát trên nền dãy mẫu NO2- 0,5 ppm.
Kết quả thu đƣợc nhƣ bảng 3.5 và hình 10.
Bảng 3.5: Kết quả ảnh hưởng của các ion đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu
NO3- [NO3-] (ppm) 0 5 10 50 100 200 500 D 0,442 0,443 0,443 0,448 0,452 0,467 0,488 Sai số (%) - +0,23 +0,23 +1,36 +2,26 +5,66 +10,41 Cl- [Cl-] (ppm) 0 5 10 50 100 200 500 D 0,443 0,442 0,439 0,438 0,433 0,418 0,391 Sai số (%) - -0,23 -0,90 -1,13 -2,26 -5,64 -11,74 SO4 2- [SO42-] (ppm) 0 5 10 50 100 200 500 D 0,443 0,443 0,445 0,444 0,447 0,447 0,452 Sai số (%) - 0,00 +0,45 +0,23 +0,90 +0,90 +2,03 PO43- [PO43-] (ppm) 0 5 10 50 100 200 500 D 0,441 0,441 0,445 0,443 0,446 0,451 0,450 Sai số (%) - 0,00 +0,91 +0,45 +1,13 +2,27 +2,04 Cu2+ [Cu2+] (ppm) 0 5 10 50 100 200 500 D 0,443 0,441 0,436 0,421 0,395 0,387 0,350 Sai số (%) - -0,45 -1,58 -4,97 -10,84 -12,64 -20,99 Fe3+ [Fe3+] (ppm) 0 5 10 50 100 200 500 D 0,441 0,447 0,458 0,486 0,537 0,601 0,768 Sai số (%) - +1,36 +3,85 +10,20 +21,77 +36,28 +74,15
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 100 200 300 400 500 600 C ion (ppm) D NO3- Cl- SO4 2- PO4 3- Cu2+ Fe3+
Hình 10: Đồ thị ảnh hưởng của các ion tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu
Kết quả thu đƣợc cho thấy: Khi hàm lƣợng các ion gấp NO2 -
: 1000 lần với NO3-, Cl-; 200 lần với Cu2+, 100 lần đối với Fe3+ thì gây ảnh hƣởng đến kết quả phân tích (sai số tƣơng đối cho phép ~10%). Vì vậy khi tiến hành xác định NO2- cần phải dùng chất che để loại trừ ảnh hƣởng của Fe3+.
3.1.1.6. Khảo sát ảnh hưởng của EDTA đến độ hấp thụ quang của phức màu
Trong môi trƣờng pH = 2,5, EDTA là chất tạo phức tƣơng đối tốt đối với Fe3+. Tuy nhiên cần khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng EDTA đối với phức màu.
Kết quả thu đƣợc nhƣ bảng 3.6 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.6: Kết quả ảnh hưởng của EDTA đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu
CEDTA(.10-4M) 0 2 4 8 12 14 20
D 0,441 0,440 0,445 0,445 0,450 0,448 0,453 Sai số (%) - -0,23 +0,91 +0,91 +2,04 +1,59 +2,72