PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG NƯỚC

Phân tích chất lượng nước

139
CHƯƠNG 7
PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG NƯỚC

1 ỨNG DỤNG THUYẾT PHÂN TỬ UV–VIS TRONG PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ
CHẤT LƯỢNG NƯỚC
1.1 Sơ lược lịch sử nghiên cứu về quang phổ
Quang phổ học là một môn học chính yếu trong thiên văn học, nó đã được ứng dụng
thành công để nghiên cứu về khí quyển trong hành tinh chúng ta.
Cách đây 200 năm, Joseph von Fraunhofer (1787-1826) lần đầu tiên sản xuất loại máy
đo quang phổ mà tính năng không có gì sánh kịp lúc bấy giờ. Ông ấy đã khám phá ra
rất nhiều các đường tối trong quang phổ của ánh sáng mặt trời.

Ông ấy có thể xác định chính xác độ dài bước sóng của nhiều “Fraunhofer lines”
(vạch) và thuật ngữ này ngày nay vẫn được dùng. Tuy nhiên, trong thời gian này ông
ấy không hiểu được những cơ sở vật lý và ý nghĩa về những vấn đề mà ông ấy khám
phá ra.

Hình 7-1. Thiết bị Spektralapparat thiết kế bởi Gustav R. Kirchhoff và Robert W.
Bunsen (1823)
Thành tựu quan trọng kế tiếp về “Fraunhofer lines” là quá trình tìm ra nguyên lý vật
lý của sự hấp thu và phát xạ vào năm 1859 với sự cộng tác của nhiều nhà vật lý nổi
tiếng như Gustav R. Kirchhoff (1824-1887), Robert W. Bunsen (1811-1899) tại
Heidelberg. Thiết bị mà họ sử dụng là ‘Spektralapparat’, họ ghi nhận được quá trình
phát xạ rất đặc biệt của nhiều nguyên tố khác nhau. Với phương pháp này họ đã tiếp
tục khám phá ra 2 nguyên tố mới là Cäsium và Rubidium, họ chiết được một lượng rất
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản

140
nhỏ (7g) từ 44.000 lít nước khoáng gần núi Bad Nauheim, Germany. Sự khám phá
này là nền tảng cho sự khám phá tiếp theo về sự hấp thu và phát xạ của hấp thu phân
tử.
Năm 1879 Marie Alfred Cornu thấy rằng, những tia có bước sóng ngắn của bức xạ
mặt trời trên bề mặt trái đất bị hấp thụ bởi khí quyển. Một năm sau đó, Walther Noel
Hartley mô tả rất tỉ mỉ về sự hấp thụ UV của O
3
với độ dài bước sóng 200 và 300 nm
và nó trở nên rõ ràng hơn khi họ phát hiện ra rằng O
3
chứa đầy trong bầu khí quyển.
In 1880, J. Chappuis khám phá ra sự hấp thu trong vùng khả kiến (400–840nm). Năm
1925 Dobson phát triển một máy quang phổ mới rất ổn định sử dụng lăng kính bằng
thạch anh.
1.2 Đại cương về quang phổ
Trong quang phổ học, ánh sáng nhìn thấy (ánh sáng khả kiến), tia hồng ngoại, tia tử
ngoại, tia Rơnghen, sóng radio đều được gọi chung một thuật ngữ là bức xạ.
Theo thuyết sóng, các dạng bức xạ này là dao động sóng của cường độ điện trường và
cường độ từ trường, nên bức xạ còn được gọi là bức xạ điện từ.
Sau thuyết sóng, thuyết hạt cho thấy bức xạ gồm các “hạt năng lượng” gọi là photon
chuyển động với tốc độ ánh sáng (c = 3.10
8
m/s). Các dạng bức xạ khác nhau thì khác
nhau về năng lượng
ν
h của các photon. Ở đây, năng lượng của bức xạ đã được lượng

tử hóa, nghĩa là năng lượng của bức xạ không phải liên tục mà các lượng tử năng
lượng tỉ lệ với tần số
ν
của dao động điện từ theo hệ thức Planck.

ν
ε
h=
h = 6,625.10
– 34
J.s : hằng số Planck.
Louis de Broglie đã đưa ra thuyết thống nhất cả khái niệm sóng và khái niệm hạt của
sóng ánh sáng. Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. Tổng quát hơn là
bức xạ có bản chất sóng hạt. Nội dung như sau:
Hạt có khối lượng m chuyển động với vận tốc v có bước sóng đi đôi với nó là
λ
cho
bởi hệ thức:
p
h
mv
h
==
λ

Trong đó : p = mv là động lượng của hạt
λ
là bước sóng (de Broglie)
h = 6,625.10 -34 J.s là hằng số Planck.
Phân tích chất lượng nước

141
1.2.1 Các đại lượng đo bức xạ điện từ
Bước sóng
λ
: Là quảng đường mà bức xạ đi được sau mỗi dao động đầy đủ.
Đơn vị: m, cm, m
µ
, nm,
o
A
. (1cm = 10
8

o
A
= 10
7
ηm =10
4
µm)

Tần số
ν
: Là số dao động trong một đơn vị thời gian (giây)
Trong 1 giây bức xạ đi được c cm và bức sóng
λ
cm, vậy:
λ
ν

c
=
Lưu ý: Bức xạ truyền trong chân không với vận tốc c = 2,9979.10
8
m/s (thường lấy
tròn 3.10
8
m/s)
Đơn vị: CPS ( VÒNG DÂY), Hz, KHz, MHz. (1CPS=1Hz; 1MHz=10
3
KHz=10
6
Hz)
Năng lượng bức xạ: Các dao động tử (phân tử chẳng hạn) chỉ có thể phát ra hoặc hấp
thụ năng lượng từng đơn vị gián đoạn, từng lượng nhỏ nguyên vẹn gọi là lượng tử
năng lượng:
ν
λ
νε
hc
hc
h ===
Đơn vị: Jun (J), Calo (Cal), electron von (eV).
1.2.2 Các dạng bức xạ
Bức xạ điện từ bao gồm 1 dãy các sóng điện từ có bước sóng biến đổi trong khoảng
rất rộng: từ cỡ mét ở sóng rađio đến cỡ
o
A
(10
–10

m) ở tia Rơnghen hoặc nhỏ hơn nữa.
Toàn bộ dãy sóng đó được chia thành các vùng phổ khác nhau.

Hình 7-2. Các phổ của sóng điện từ

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản





142
Mắt người chỉ cảm nhận được một vùng phổ điện từ rất nhỏ gọi là vùng nhìn thấy
(khả kiến) bao gồm các bức xạ có bước sóng từ 396–760 nm. Hai vùng tiếp giáp với
vùng nhìn thấy là vùng hồng ngoại và vùng tử ngoại.
1.2.3 Sự tương tác giữa vật chất và bức xạ điện từ
Ở điều kiện bình thường, điện tử của phân tử nằm ở trạng thái liên kết, nên phân tử có
mức năng lượng thấp, gọi là trạng thái cơ bản
Khi chiếu một bức xạ điện từ vào một môi trường vật chất, sẽ xảy ra hiện tượng các
phân tử vật chất hấp thụ hoặc phát xạ năng lượng, hay được gọi là trạng thái kích
thích . Năng lượng mà phân tử phát ra hay hấp thụ vào là:
∆ E = E
2
-

E
1
=
ν
h

Trong đó, E
1
và E
2
là mức năng lượng của phân tử ở trạng thái đầu và trạng thái cuối
ν
(hay còn gọi là trạng thái kích thích) là tần số của bức xạ điện từ bị hấp thụ hay
phát xạ ra.
Nếu
∆ E > 0 thì xảy ra sự hấp thụ bức xạ điện từ.
Nếu
∆ E < 0 thì xảy ra sự phát xạ năng lượng.
Theo thuyết lượng tử, các phân tử và các bức xạ điện từ trao đổi năng lượng với nhau
không phải bất kỳ và liên tục mà có tính chất gián đoạn. Phân tử chỉ hấp thụ hoặc phát
xạ 0, 1, 2, 3,…n lần lượng tử
ν
h mà thôi. Khi phân tử hấp thụ hoặc phát xạ sẽ làm
thay đổi cường độ của bức xạ nhưng không làm thay đổi năng lượng của nó, bởi vì
cường độ bức xạ điện từ xác định bằng mật độ các hạt phôton có trong chùm tia, còn
năng lượng bức xạ điện từ lại phụ thuộc tần số
ν
của bức xạ.
Vì thế khi chiếu một chùm bức xạ điện từ với một tần số duy nhất đi qua môi trường
vật chất thì sau khi đi qua năng lượng của bức xạ không hề thay đổi mà chỉ có cường
độ bức xạ thay đổi.
Các phân tử khi hấp thụ năng lượng của bức xạ sẽ dẫn đến thay đổi các quá trình
trong phân tử (quay, dao động, kích thích electron…) hoặc trong nguyên tử (cộng
hưởng spin electron, cộng hưởng từ hạt nhân)
Mỗi một quá trình như vậy đòi hỏi một năng lượng đặc trưng cho nó, nghĩa là đòi hỏi
bức xạ điện từ có tần số hay chiều dài sóng nhất định để kích thích. Do sự hấp thụ

chọn lọc này mà khi chiếu chùm bức xạ điện từ với một dãi tần số khác nhau đi qua
môi trường vật chất thì sau khi đi qua chùm bức xạ này sẽ bị mất đi một số bức xạ có
tần số xác định, nghĩa là các tia này đã bị phân tử hấp thụ.
Phân tích chất lượng nước

143
1.2.4 Sự hấp thụ bức xạ và màu sắc của các chất
Ánh sáng nhìn thấy bao gồm tất cả dải bức xạ có bước sóng từ 396-760 nm có màu
trắng (ánh sáng tổng hợp). Khi cho ánh sáng trắng (ánh sáng mặt trời) chiếu qua một
lăng kính, nó sẽ bị phân tích thành một số tia màu (đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm,
tím). Mỗi tia màu đó ứng với một khoảng bước sóng hẹp hơn (xem Bảng 7-1). Cảm
giác các màu sắc là một chuỗi các quá trình sinh lý và tâm lý phức tạp khi bức xạ
trong vùng khả kiến chiếu vào võng mạc của mắt. Một tia màu với một khoảng bước
sóng xác định. Chẳng hạn bức xạ với bước sóng 400–430 nm gây cho ta cảm giác
màu tím, tia sáng với bước sóng 560 nm cho ta cảm giác màu lục vàng.
Ánh sáng chiếu vào một chất nào đó nó đi qua hoàn toàn thì đối với mắt ta chất đó
không màu.
Thí dụ, thủy tinh thường hấp thụ các bức xạ với bước sóng nhỏ hơn 360 nm nên nó
trong suốt với các bức xạ khả kiến. Thủy tinh thạch anh hấp thụ bức xạ với bước sóng
nhỏ hơn 160 nm, nó trong suốt đối với bức xạ khả kiến và cả bức xạ tử ngoại gần.
Một chất hấp thụ hoàn toàn tất cả các tia ánh sáng thì ta thấy chất đó có màu đen. Nếu
sự hấp thụ chỉ xảy ra ở một khoảng nào đó của vùng khả kiến thì các bức xạ ở khoảng
còn lại khi đến mắt ta sẽ gây cho ta cảm giác về một màu nào đó. Chẳng hạn một chất
hấp thụ tia màu đỏ (
λ
= 610–730 ηm) thì ánh sáng còn lại gây cho ta cảm giác màu
lục (ta thấy chất đó có màu lục). Ngược lại, nếu chất đó hấp thụ tia màu lục thì đối với
mắt ta nó sẽ có màu đỏ. Người ta gọi màu đỏ và màu lục là hai màu phụ nhau. Trộn
hai màu phụ nhau lại ta sẽ có màu trắng. Nói cách khác, hai tia phụ nhau khi trộn vào
nhau sẽ tạo ra ánh sáng trắng. Quan hệ giữa màu của tia bị hấp thụ và màu của chất

hấp thụ (các màu phụ nhau) được ghi ở bảng sau:
Bảng 7-1. Quan hệ giữa màu của tia bị hấp thụ và màu chất hấp thụ
Tia bị hấp thụ
λ
(nm)
Màu
Màu của chất hấp thụ
(màu của tia còn lại)
400 – 430
430 – 490
490 – 510
510 – 530
530 – 560
560 – 590
590 – 610
610 – 750
Tím
Xanh
Lục xanh
Lục
Lục vàng
Vàng
Da cam
Đỏ
Vàng lục
Vàng da cam
Đỏ
Đỏ tía
Tím
Xanh

Xanh lục
Lục
Lưu ý: Giữa các tia màu cạnh nhau không có một ranh giới thật rõ rệt.
Việc phân chia ánh sáng trắng thành 7, 8 hay 9 tia màu… còn tùy thuộc vào lăng kính
và sự tinh tế của mắt người quan sát.
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản





144
Một chất có màu, thí dụ như màu đỏ chẳng hạn là do nó đã hấp thụ chọn lọc trong
vùng khả kiến theo một trong các kiểu sau:
- Chất đó hấp thụ tia phụ của tia đỏ (tức là hấp thụ tia màu lục)
- Chất đó hấp thụ các tia trừ tia màu đỏ.
- Chất đó hấp thụ ở hai vùng khác nhau của ánh sáng trắng sao cho các tia còn
lại cho mắt ta cảm giác màu đỏ.
Để một hợp chất có màu, không nhất thiết
max
λ
của nó phải nằm ở vùng khả kiến mà
chỉ cần cường độ hấp thụ ở vùng khả kiến đủ lớn. Nói một cách khác tuy giá trị cực
đại của vân hấp thụ nằm ngoài vùng khả kiến nhưng do vân hấp thụ trải rộng sang
vùng khả kiến nên hợp chất vẫn có màu. Tất nhiên để có được sự hấp thụ thấy được ở
vùng khả kiến thì
max
λ
của chất cũng phải gần với ranh giới của vùng khả kiến.
Tương ứng với một bước chuyển điện tử, ta thu được phổ hấp thu có dạng:

Hai đại lượng đặc trưng của phổ hấp thu là vị trí và cường độ
- Vị trí cực đại hấp thu, giá trị λ
max
tùy thuộc vào
E
∆ mà hợp chất này hấp thu ở
các vùng phổ khác nhau. Bán chiều rộng của vân phổ điện tử dao động khá
rộng khoảng 50–60ηm.
- Cường độ thể hiện qua diện tích hoặc chiều cao của đỉnh biểu đồ (peak).
Cường độ vân phổ phụ thuộc vào xác xuất chuyển mức năng lượng của điện tử.
Xác suất lớn cho cường độ vân phổ lớn.
Một hợp chất màu có phổ hấp thu tốt khi đỉnh biểu đồ (peak) cao và bán chiều rộng
vân phổ hẹp.

A
(
ε
)

Peak
λ
max

Bán chiều rộng
vân
p
h
ổ

Hình 7-3. Đỉnh và bán chiều rộng vân phổ
Khi bán chiều rộng vân phổ hẹp, thì khi λ thay đổi nhỏ thì độ hấp thu A thay đổi lớn.
Điều này rất có ý nghĩa trong phân tích định lượng. Giả sử hợp chất X có A
max
ở
500nm. Khi chúng ta đo ở bước sóng 510nm thì độ hấp thu đo được sẽ khác rất xa
đối với ở bước sóng 500nm. Từ đó ta thấy rằng ở mỗi hợp chất màu có một giá trị
max
λ
nhất định và nó phản ánh độ nhạy của phương pháp.
Phân tích chất lượng nước

145
Mặt khác, một hợp chất đòi hỏi đỉnh biểu đồ cao nghĩa là khi ta đo ở bước sóng
max
λ
thì ta được độ hấp thụ quang cực đại, khoảng làm việc rộng.
1.2.5 Định luật Lambert – Beer
Khi chiếu một chùm tia sáng đơn sắc đi qua một môi trường vật chất thì cường độ của
tia sáng ban đầu ( I
o
) sẽ bị giảm đi chỉ còn là I
Tỉ số T
I
I
=
0
0
0
100 được gọi là độ truyền qua.

Tỉ số A
I
II
=
−
0
0
0
100 được gọi là độ hấp thụ.
Nguyên tắc của phương pháp biểu diễn theo sơ đồ :

Hình 7-4. Sơ đồ mô tả sự hấp thụ ánh sáng của một dung dịch
Trong đó:
Io: Cường độ ban đầu của nguồn sáng
I
A
: Cường độ ánh sáng bị hấp thu bởi dung dịch
I: Cường độ ánh sáng sau khi qua dung dịch.
I
R
: Cường độ ánh sáng phản xạ bởi thành cuvette và dung dịch, giá trị này
được loại bỏ bằng cách lặp lại 2 lần đo.
Giữa I
A
, I, độ dày truyền ánh sáng (l) và nồng độ (C) liên hệ qua quy luật Lambert –
Beer là định luật hợp nhất của Bouguer:
Lambert (1766)
lK
I
Io

1
lg =
Beer (1852) :
CK
I
Io
1
lg =
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản





146
Độ truyền quang (T) hay độ hấp thụ (A) phụ thuộc vào bản chất của vật chất, độ dày
truyền ánh sáng l và nồng độ C của dung dịch. Có thể viết:
Định luật Lambert – Beer :
lC
I
I
A
**)lg(
0
λ
λ
ε
==
Trong đó:
ε

là hệ số hấp thu phân tử, C nồng độ dung dịch (mol/L), l độ dày truyền
ánh sáng (cm), A là độ hấp thụ quang. (Lưu ý phương trình trên chỉ đúng đối với tia
sáng đơn sắc).
Trong phân tích định lượng bằng phương pháp trắc quang người ta chọn một bước
sóng
λ
nhất định, chiều dày cuvet l nhất định và lập phương trình phụ thuộc của độ
hấp thụ quang A vào nồng độ C.
Khảo sát khoảng tuân theo định luật Lambert – Beer:
Khi biểu diễn định luật Lambert – Beer trên đồ thị tùy theo cách thực hiện phép đo, ta
thường gặp đường biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thu A vào cường độ C của dung
dịch có dạng: y = ax + b
Hệ số góc a cho biết độ nhạy của phương pháp, trong phương pháp trắc quang người
ta chỉ đo dung dịch trong khoảng tuân theo định luật Lambert – Beer tức là khoảng
nồng độ mà ở đó giá trị
ε
không thay đổi. Hệ số góc a càng lớn và khoảng tuân theo
định luật Beer càng rộng là điều kiện thuận lợi cho phép xác định.
Sự lệch khỏi định luật Beer:
Sự lệch khỏi định luật Beer được biểu diễn bằng sơ đồ sau:

Hình 7-5. Giới hạn của định luật Beer về sự hấp thụ quang
Khoảng tuyến tính LOL (Limit of Linear Response) là khoảng nồng độ tuân theo định
luật Beer
)**( ClA
ε
= nghĩa là khi nồng độ tăng thì độ hấp thụ quang A tăng. Ngoài
giới hạn LOL là sự lệch khỏi định luật Beer, nghĩa là khi nồng độ tăng thì độ hấp thụ
LOL
A

C
Phân tích chất lượng nước

147
quang A hầu như không tăng nữa. Nguyên nhân của quá trình này là do nồng độ dung
dịch quá lớn. Ngoài ra, khoảng tuyến tính LOL còn bị ảnh hưởng của mức độ đơn sắc
của ánh sáng sử dụng, pH của dung dịch, lực ion, sự pha loãng
Ý nghĩa của các đại lượng:
- Hệ số hấp thu mol ε: phụ thuộc bản chất mỗi chất, bước sóng λ, nhiệt độ, chiết
suất (theo nồng độ). Giá trị tính lý thuyết của một bước chuyển được phép cho
1 electron là ε = 10
5
mol
-1
.cm
-1
.
l
C
A
=
ε
(l.mol
-1
cm
-1
)
ε cao cho ta biết được độ nhạy của phản ứng, là thước đo độ nhạy của phương
pháp. Trong phân tích trắc quang, ε = 10
3

–10
5
mol
-1
. cm
-1
là đủ nhạy để dùng
cho phương pháp trắc quang, ε phụ thuộc vào chiết suất mà chiết suất lại phụ
thuộc vào nồng độ. Khi chiết suất tăng lên thì ε giảm và để ε không thay đổi thì
phải thực hiện C ≤ 10
-2
mol/L.
- Độ hấp thụ quang A: Là đại lượng không có đơn vị, có tính chất quan trọng là
tính cộng độ hấp thụ quang.
Giả sử 2 chất A và B có nồng độ C
A
và C
B
, độ hấp thu tại bước sóng λ là:
A = A
A
+ A
B
= l *(ε
A
C
A
+ ε
B
C

B
)
Nếu một chất tan X nào đó có độ hấp thụ quang là A
X
, dung môi có độ hấp thụ
quang là A
dm
, ta có:
A = A
x
+ A
dm
Để đo được chính xác A
x
thì A
dm
= 0, có nghĩa là phải chọn λ
max
của dung môi
khác xa với λ
max
chất tan. Những chất được chọn làm dung môi thường có λ
hấp thu ở miền ranh giới tử ngoại chân không.
Bảng7-2. Các dung môi thường sử dụng trong vùng UV–VIS
Dung môi Bước sóng giới hạn
sử dụng (nm)
Dung môi Bước sóng giới hạn
sử dụng (nm)
Nước cất 190 Benzen 280
HCl 190 Cloroform 245

Etanol, Metanol 210 Tetra Clorocarbon 265
n- Butanol 210 Dietyl Eter 218
n- Hexan 210 Aceton 330
Cyclohexan 210 1,4 Dioxan 215
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản





148
Trong hỗn hợp có nhiều cấu tử không làm thay đổi tương tác, không phản ứng
hóa học, không dịch chuyển cân bằng, thì có thể xác định hỗn hợp các cấu tử
theo hệ thức sau:
nnii
lClClClCA
λλλλ
εεεε
+++++=
2211

- Độ truyền quang T:

o
I
I
T
= mà )lg(
0
I

I
A
= do đó TA lg−=
Vì T tính theo % nên:
TA lg2 −=
Nếu T = 100% thì A = 0 (nghĩa là không hấp thụ ánh sáng (I = I
o
)
Nếu T = 1% thì A = 2
Nếu T = 0 % thì
∞=A (hấp thu hoàn toàn ánh sáng)
1.2.6 Nguyên lý cấu tạo của máy quang phổ
Nguồn sáng
Nguồn sáng cho máy quang phổ là chùm bức xạ phát ra rừ đèn. Máy quang phổ dùng
đèn hydro hay đèn Deuterium cho phổ phát xạ liên tục trong vùng UV tử 200–380ηm
(nhưng thường sử dụng 200-340 ηm) và đèn tungsten halogen đo vùng 380-1000 ηm.
Để làm việc cho cả hai vùng thì phải có đủ 2 loại đèn trên. Một yêu cầu đối với nguồn
sáng là phải ổn định, tuổi thọ cao và phát bức xạ liên tục trong vùng phổ cần đo.
Đèn Deuterium: cấu tạo sồm một sợi đốt phủ ôxit và một cực kim loại đặt trong một
bóng thuỷ tinh chứa khí Deuteri hoặc hydro có cửa sổ bằng thạch anh để bức xạ tử
ngoại đi ra vì nó không truyền qua được thủy tinh. Khi sợi đốt được đốt nóng,
electron sinh ra kích thích các phân tử khí Deuteri (hoặc hidro) biến thành nguyên tử
và phát ra phôton theo phản ứng:
D
2
+ E
e
⇒
*
2

D → D’ + D
′′
+
ν
h
E
e
=
*
2
D
E = E
D’
+

E
D’’
+
ν
h
Ở đây là năng lượng electron kích thích, bức xạ phát ra là một phổ có bước sóng từ
160 nm đến vùng khả kiến.
Bộ đơn sắc
Bộ đơn sức có chức năng tách bức xạ đa sắc thành bức xạ đơn sắc, bao gồm kính lọc,
lăng kính hay cách tử.
Cách tử là một bảng nhôm hay các kim loại Cu, Ag. Au được vạch thành những
rãnh hình tam giác song song. Khi chiếu ánh sáng qua cách tử, phần còn lại có tác
Phân tích chất lượng nước

149

dụng tạo nên vân nhiễu xạ có bước sóng khác nhau, khi quay cách tử sẽ tạo ra phổ
nhiễu xạ giống như trường hợp ánh sáng qua lăng kính. Ưu điểm là cho độ phân giải
tốt, tán sắc tuyến tính, độ rộng của dải ổn định, chọn bước sóng đơn giản, gọn nhẹ, dễ
chế tạo nên hiện nay sử dụng cách tử tạo ánh sáng đơn sắc được ưa chuộng. Cách tử
dùng cho UV–Vis có 1200 vạch/mm (thường dao động từ 300–3600 vạch/mm, số
vạch càng nhiều thì năng suất phân giải càng cao.

Hình 7-6. Sơ đồ cấu tạo của máy quang phổ

Lăng kính của máy quang phổ dùng lăng kính littrow (lăng kính 30
0
) bằng thạch anh,
có đặc điểm ánh sáng đi qua lăng kính hai lần do phản xạ ở mặt sau.
Detector
Detector là bộ phận đo tín hiệu ánh sáng trước và sau khi đi qua dung dịnh (đựng
trong cuvet). Các tín hiệu sau khi đi ra Detector sẽ được sẽ được khuếch đại, lưu giữ
và xử lý trên máy tính.
Cuvet đựng mẫu
Cuvet phải làm bằng chất liệu cho bức xạ ở vùng cần đo đi qua. Cuvet thủy tinh
không thích hợp cho vùng UV. Cuvet thạch anh cho bức xạ đi qua từ 190–1000 nm.
Cuvet nhựa chỉ dùng trong vùng Vis và chỉ sử dụng được 1 vài lần.
1.3 Sử dụng phương pháp trắc quang trong định lượng hóa học
Yêu cầu về các hợp chất cần xác định là phải bền, ít phân ly, ổn định, không thay đổi
thành phần trong khoảng thời gian nhất định để thực hiện phép đo (10–20 phút).
Hệ số ε lớn có giá trị từ 10
3
–5.10
4
L.mol
-1

cm
-1
, có thể thực hiện phản ứng tạo màu với
các thuốc thử vô cơ và hữu cơ.
Detector
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản





150
Nồng độ các chất xác định theo định luật Lambert – Beer. Khoảng xác định nồng độ
theo phương pháp là 10
-2
– 10
-6
mole. Giới hạn phát hiện của phương pháp 10
-7
mole.
Các hợp chất là phức cần đo phải có λ
max
khác xa với λ
max
của thuốc thử trong cùng
điều kiện tức là
λ
∆ >2 lần nửa bán chiều rộng của vân phổ (khoảng 80 -100 ηm). Thí
dụ, khi phân tích Fe
2+

bằng phương pháp O-Phenanthroline. Sau khi thêm thuốc thử ta
được phức màu vàng cam (λ
max
=510 ηm), trong khi đó thuốc thử 1,10-
Orthophenanthroline có λ
max
= 250 ηm.
1.3.1 Phương pháp so sánh
So sánh cường độ màu của dung dịch cần xác định với cường độ màu của dung dịch
chuẩn đã biết nồng độ.
Điều kiện: cả hai dung dịch trên phải có nồng độ nằm trong khoảng tuân theo định
luật Beer.
C
x
A
x

C
tc
A
tc

Ta cần xác định C
x
:
tc
tcx
x
A
CA

C
*
=

Khi sử dụng 2 dung dịch chuẩn:
)(*
1
12
12
1
AA
AA
CC
CC
xx
−
−
−
+=

Với A
1
, A
2
, C
1
, C
2
là độ hấp thu và nồng độ của dung dịch chuẩn tương ứng sao cho
A

1
< A
x
< A
2
có nghĩa C
1
< C
x
< C
2

1.3.2 Phương pháp thêm chuẩn
Phạm vi ứng dụng là xác định các chất có hàm lượng vi lượng hoặc siêu vi lượng, loại
bỏ ảnh hưởng của chất lạ. Có 2 phương pháp là phương pháp sử dụng công thức và
phương pháp đồ thị.
- Phương pháp sử dụng công thức
xax
x
ax
AA
A
CC
−
=
+

Trong đó: A
x
: độ hấp thu của dung dịch xác định tương ứng với thể tích V

x
.
A
x+ a
: Độ hấp thu của dung dịch có thêm chuẩn.
C
a
: Nồng độ chất chuẩn thêm vào.
Phân tích chất lượng nước

151
C
x
: Nồng độ chất cần xác định trong thể tích V
x

Công thức được thiết lập từ: A
x
= εlC
x
A
(x+a)
= εl(C
x
+ C
a
)
C
x
được biểu diễn theo đơn vị của C

a
.
Cách thực hiện:
Lấy 3 lần của dung dịch cần xác định nồng độ cho vào 3 bình định mức có thể tích
VmL.
Bình 1: Thêm thuốc thử và các chất để tạo môi trường pH cho dung dịch, dung dịch
gọi là dung dịch xác định C
x
, độ hấp thu quang tương ứng là A
x
.
Bình 2: Thêm một lượng chính xác dung dịch tiêu chuẩn đã biết chính xác nồng độ
C
a
, tiến hành phản ứng tạo màu giống như bình 1. Dung dịch có độ hấp thu tương ứng
là A
(x+a)
.
Bình 3: chỉ thêm các chất để tạo pH cho dung dịch, lấy dung dịch này làm dung dịch
so sánh.
Áp dụng công thức:
xax
x
ax
AA
A
CC
−
=
+

. Từ C
x
có trong thể tích V
x
(mL) có thể qui về
thể tích ban đầu của mẫu V
o
(mL): )/( Lmg
V
VC
C
x
ox
o
=
- Phương pháp sử dụng đồ thị
Có ít nhất 3 dung dịch thêm chuẩn. Lấy ít nhất 4 lần của dung dịch cần xác định nồng
độ cho vào 4 bình định mức V(mL). Sau đó thêm chính xác một lượng V
1
, V
2
, V
3
mL
dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ tương ứng C
a1
, C
a2
, C
a3

vào 3 bình định mức trên.
Tiến hành phản ứng tạo màu. Bình còn lại để làm dung dịch so sánh, cũng chuẩn bị
giống như phương pháp công thức.
Độ hấp thu của các dung dịch thêm so với dung dịch so sánh.
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản





152

Ca1 Ca2 Ca3

C
A
x

A
x + a1
A
x + a2
A
x + a3
A


Hình 7-7. Biểu đồ xác định phương trình hồi quy tương quan của phương pháp thêm
chuẩn sử dụng đồ thị.
Có thể đọc kết quả trên đồ thị hoặc sử dụng phương trình hồi qui có dạng:

A = aC + b (hồi quy tuyến tính y = ax + b)
A
x
= b
C
x
= b/a
1.3.3 Phương pháp đường chuẩn
Ưu điểm là chính xác, thực hiện được nhiều lần.
- Chuẩn bị từ 6 dung dịch chuẩn (trong khoảng tuân theo định luật Beer).
- Thực hiện phản ứng màu với thuốc thử.
- Đo độ hấp thụ quang A của dung dịch ở λ
max
so với các dung dịch so sánh được
chuẩn bị giống như dung dịch tiêu chuẩn nhưng không chứa ion cần xác định.
- Biểu diễn sự phụ thuộc A theo C trên đồ thị hoặc tính theo phương trình hồi qui
A=aC + b (a và b là hệ số cần tìm của phương trình hồi quy – tương quan) (xem
Bảng 7-3)
- Dung dịch xác định: chuẩn bị và phản ứng tạo màu với thuốc thử giống như mẫu
chuẩn.
Bảng 7-3: Dung dịch chuẩn dùng để xây dựng đường chuẩn
Dung dịch chuẩn C (mg/L) A
1 0,00 0,010
2 0,05 0,480
3 0,10 0,930
4 0,15 1,370
5 0,20 1,830
6 0,25 2,281
Phân tích chất lượng nước

153
Sau khi đo được giá trị độ hấp thụ quang của các dung dịch chuẩn, chúng ta có thể
tiến hành xây dựng đường chuẩn và tìm ra phương trình hồi quy tương quan:
y = 9.0543x + 0.0184
R
2
= 0.9999
0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
Nồng độ
Hệ số hấp thu
A

Hình 7-7. Biểu đồ xác định phương trình hồi quy tương quan của phương pháp đưởng
chuẩn.
Sau khi thiết lập đường chuẩn, ta được dạng phương trình y = ax + b với y là độ hấp
thụ quang, x là nồng độ. Đối với dung dịch xác định, ta tiến hành phản ứng và đo
được hệ số hấp thu của mẫu (A
mẫu
= y), ta có thể tính được nồng độ của mẫu cần xác
định theo phương trình:

a
by
x

−
=
Sự tương quan giữa độ hấp thụ quang A và nồng độ C khi
constl = là nội dung của
định luật Beer. Khoảng nồng độ thỏa mãn định luật này khi r > 0,999.
Hệ số tương quan r biến đổi trong khoảng -1≤ r ≤ 1 (R
2
= 0-1)
- Khi r ≈ 1 có sự tương quan chặt chẻ giữa x và y theo tỉ lệ thuận.
- Khi r ≈ -1 có sự tương quan chặt chẻ giữa x và y theo tỉ lệ thuận.
- Khi r ≈ 0 hai đại lượng này không còn tương quan.
1.4 Độ chính xác trong phương pháp trắc quang:
Trong phân tích trắc quang cũng như bất kỳ phương pháp nào khác có thể chia sai số
thành 2 nhóm:
- Sai số do tiến hành phản ứng hóa học (hóa chất, thao tác, dụng cụ )
- Sai số của tín hiệu đo độ hấp thu của dung dịch (do hệ thống đo).
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản





154
Độ chính xác trong phương pháp này phụ thuộc vào hàng loạt nguyên nhân khác nhau
rất phức tạp bao gồm sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống, trong đó sai số quan trọng
nhất là sai số của tín hiệu trong quá trình đo độ hấp thu quang học.
1.5 Một số ví dụ áp dụng phương pháp định lượng trắc quang
Ví dụ 1
Độ hấp thụ quang A của dung dịch anilin 2.10
-4

M trong nước đo ở bước sóng
λ=280nm là 0,252. Chiều dài ánh sáng đi qua cuvet là 1cm. Tính độ truyền quang của
anilin 1,03.10-3M khi đo ở cùng độ dài bước sóng nhưng dùng cuvet 0,5cm.
Giải:
Áp dụng công thức
lC
I
I
A
**)lg(
0
λ
λ
ε
== với dung dịch 1 ta có:
ε = 0.252/(2.10
-4
*1) = 1,26.10
3
l.mol
-1
cm
-1
.
Áp dụng công thức
lC
I
I
A
**)lg(

0
λ
λ
ε
== với dung dịch 2 ta có:
A = 1,26.10
3
* 0,5 * 1,03.10
-3
= 0.649
Mà: A = -lgT suy ra: lgT = -A = -0,649, do đó T = 0,224 = 22,4%
Vậy độ truyền quang T = 22,4%
Ví dụ 2:
Độ hấp thụ quang A đo được từ các mẫu chuẩn và mẫu nước thu từ ao nuôi cá chứa
ion PO
4
3-
như sau:
Nồng độ mẫu chuẩn (mg/L) 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
Độ hấp thụ quang A 0,010 0,480 0,930 1,370 1,830 2,281
Độ hấp thụ quang A của mẫu nước ao của 3 lần lặp lại là: 1,256; 1,245; 1,264. Tính
nồng độ PO
4
3-
trong mẫu nước ao.
Giải:
Từ các nồng độ mẫu chuẩn và độ hấp thụ quang A. Từ kết quả thiết lập phương trình
hồi qui ta có:
0184,00543,9 += xy
(r2 = 0,9999).

Từ kết quả của 3 lần phân tích lặp lại ta có
yA =
= 1,255
Từ đó ta có Lmg
y
x /137,0
0543,9
0184,0255,1
0543,9
0184,0
=
−
=
−
=
Vậy nồng độ PO43- trong mẫu nước ao là 0,137 mg/L.
Phân tích chất lượng nước

155
Ví dụ 3:
Để xác định hằng số phân ly của Methyl da cam (kí hiệu HIn), người ta đo độ hấp thụ
quang A của 3 dung dịch cùng nồng độ Methyl da cam ở các pH khác nhau:
- Dung dịch 1 trong HCl 0,1M; A
1
= 0,475.
- Dung dịch 2 trong NaOH 0,1 M; A
2
= 0,130.
- Dung dịch 3 có pH = 4,34; A
3

= 0,175
Cho biết đo ở bước sóng λ = 510nm và chiều dài ánh sáng đi qua cuvet là 1cm. Tính
hằng số phân ly K của Metyl da cam?
Giải:
Độ hấp thụ quang của dung dịch 3:
[
]
[]
lHInlInA
HIn
In
**
3
εε
+=
−
−
(7.1)
Với [In
-
] = x; [HIn] = y ta có: x + y = C
HIn
= C (7.2)

l
C
A
In
*
2

=
−
ε
vì toàn bộ chất chỉ thị ở dạng In
-
(7.3)

l
C
A
Hin
*
1
=
ε
vì toàn bộ chất chỉ thị ở dạng HIn (7.4)
Thay (7.3) và (7.4) vào (7.1) ta được:

C
y
A
C
x
AA
123
+= (7.5)
Qui ước:
⇒−== )1(;
αα
C

y
C
x
0,175 = 0,130α + 0,475 (1-α)
⇒ α = 0,869
Hằng số phân ly của HIn:
HIn ⇔ H
+
+ In
-
; K
a


α
α
−
−=−=⇒=
−
−
−+
1
lglg
]][[
pH
HI
n
In
pHpK
HI

n
InH
K
pK = 4,34 -
689,01
869,0
lg
−
= 7.34 – 0,82 = 3,52 ⇒ K = 3,02.10
-4
.
Vậy hằng số phân ly của methyl da cam là K = 3,02.10-4.
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản





156
2 PHƯƠNG PHÁP THU VÀ BẢO QUẢN MẪU
2.1 Chuẩn bị thu mẫu
2.1.1 Nhận định sự thay đổi chất lượng nước
Chất lượng nước tại mỗi trại luôn bị thay đổi theo thời gian (phụ thuộc vào lưu lượng
và mức độ tác động của các nguồn ô nhiễm), do vậy cần đo các giá trị cực đại, cực
tiểu và trung bình của các thông số theo thời gian để có thể phản ánh gần đúng giá trị
thực. Số mẫu thu thập cần đủ lớn và nhịp thu mẫu cần đủ cao để làm được điều này .
Tuy nhiên, việc tăng cao số mẫu và nhịp thu sẽ gây tốn kém nhiều về kinh phí và nhân
lực. Cho nên cần tính sao cho vừa đủ độ tin cậy vừa không quá nhiều chi phí
Theo GEMS (Hệ thống quan trắc môi trường toàn cầu) nhịp thu mẫu cho nước nuôi
thủy sản như mẫu ở sông thời gian thu mẫu cần tiến hành khi lưu lượng thấp, ở ao hồ

cần xem xét chu trình sinh học và cần tăng nhịp thu mẫu ở thời điểm có năng suất
sinh học cao.
2.1.2 Các điều cần lưu ý khi thu mẫu
• Lựa chọn và rửa kỹ chai, lọ đựng mẫu.
• Dùng tay cầm chai, lọ nhúng vào khoảng giữa dòng nước cách bề mặt nước độ
30-40cm. Hướng miệng chai, lọ lấy mẫu hướng về phía dòng nước tới. Thể
tích nước phụ thuộc vào thông số cần khảo sát.
• Đậy kín miệng chai, lọ, ghi rõ lý lịch mẫu đã thu.
Bảo quản mẫu đúng qui định nêu ở bảng 1.
2.2 Các bảo quản mẫu
2.2.1 Mẫu nước
Tùy theo chỉ tiêu chất lượng nước mà cách lấy mẫu và bảo mẫu khác nhau, cách bảo
quản mẫu được trình bày ở Bảng 7-4.
2.2.2 Mẫu đất
Mẫu đất sau khi thu, phân tích càng sớm càng tốt. Nếu muốn bảo quản lâu cần làm
như sau:
Trải mẫu càng mỏng càng tốt trên bao nilon và phôi khô trong điều kiện nhiệt độ
phòng. Sau đó nghiền mịn, rồi cho vào cốc sành, đem sấy ở nhiệt độ 105
o
C trong 24
giờ. Để nguội mẫu trong bình hút ẩm, lúc này đã sẵn sàng để phân tích.



Phân tích chất lượng nước

157
Bảng 7-4: Dụng cụ thu mẫu và cách bảo quản mẫu theo chỉ tiêu phân tích
STT Chỉ tiêu Dụng cụ
bảo quản

Thể tích
(mL)
Bảo quản
1 Alkalinity P;G 200 4
o
C
2 Hardness P;G 100 4
o
C
3 DO P;G 100 1mL MnSO4, 1mL KI-
NaOH
4 CO
2
P;G 100 0,5 mL CHCl
3

5 COD P;G 100 2mL H
2
SO
4
4M
6 Chlorophyll-a P;G 500 Lọc, 4
o
C, lọ nâu
7 SiO
2
G 100 HCl 1:1
8 TAN P;G 500 4
o
C

9 Nitrate P;G 100 4
o
C
10 Nitrite P;G 100 4
o
C
11 NO
2
-
và NO
3
-
P;G 200 4
o
C
12 PO
4
3-
P;G 100 4
o
C
13 TN,TP P;G 500 4
o
C
P: Plastic bottle G: Glass bottle
2.3 Phương pháp thu mẫu
Phương pháp thu mẫu chính xác sẽ góp phần tăng tính chính xác của kết quả phân
tích. Tùy mục đích nghiên cứu mà việc thu mẫu mang tính chất cá biệt hay đại diện
cho ao được áp dụng phổ biến hơn.
Để thu mẫu hỗn hợp đại diện cho ao, có thể thực hiện các bước sau:

2.3.1 Nguyên tắc chung
Thu nhiều điểm trong ao (3-5 điểm hoặc hơn), sau đó trộn mẫu lại (càng nhiều càng
tốt), rồi lấy một mẫu đại diện loại mẫu cần phân tích (chỉ tiêu nước hoặc bùn đáy). Ở
mỗi điểm, cần thu đồng thời 3 vị trí, rồi cho vào 3 xô (mỗi mẫu/ xô), tiếp tục làm như
thế cho các điểm khác trong ao.
Sau khi thu mẫu sẽ có 3 xô hỗn hợp mẫu đại diện cho ao, tương ứng 3 lần lặp lại.
2.3.2 Dụng cụ thu mẫu và cách thu
- Nên sử dụng ống PVC (đường kính 10 cm, dài 1 - 1,2m) để thu mẫu nước hoặc
bùn đáy ao.
- Đối với mẫu nước, chiều cao cột nước cần thu tùy theo ao nông hay sâu, tránh
khuấy động nền đáy ao khi thu mẫu nước. Trong trường hợp đáy ao bị khuấy động
trong khi đang thu mẫu nước, thì nên bỏ mẫu đó để thu mẫu khác ở gần nơi đó.
- Đối với mẫu bùn đáy, nên thu nhẹ nhàng để tránh vật chất dinh dưỡng trong bùn bị
thối rữa Sau khi thu mẫu cần loại bỏ rác, sỏi, đá Cần trộn mẫu hỗn hợp cho thật
đều rồi cho vào chai nhựa 200mL để mang về phòng phân tích.

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản





158
3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MỘT SỐ CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG NƯỚC
3.1 Nhiệt độ
Để xác định nhiệt độ của nước, người ta thường dùng nhiệt kế thủy ngân có chia độ
từ 0-50
o
C (tối đa là 100
o

C). Muốn xác định nhiệt độ của nước ở tầng mặt, ta đặc bầu
thủy ngân của nhiệt kế vào trong nước ở độ sâu 15-20 cm, cho đến khi nhiệt độ trong
nhiệt kế không đổi (khoảng 5 phút), sau đó nghiêng nhiệt kế và đọc nhiệt độ của nước
xong mới lấy nhiệt kế lên khỏi mặt nước.
Muốn xác định nhiệt độ của nước ở tầng giữa hay tầng đáy của thủy vực, ta cắm nhiệt
kế vào nắp bình thu mẫu nước, thả bình xuống đúng vị trí cần xác định nhiệt độ, cho
nước vào đầy bình, để yên 5 phút sau đó kéo lên và đọc ngay nhiệt độ nước ở tầng đó.
Chúng ta cũng có thể đo nhiệt độ bằng máy, hiện nay một số máy đo pH hay DO
được chế tạo có thể đo được cả chỉ tiêu nhiệt độ.
3.2 pH
3.2.1 Bằng hộp giấy so màu
Giấy được tẩm dung dịch chỉ thị màu thích hợp, sấy khô cho vào hộp sử dụng. Khi
được thấm ướt giấy sẽ hiện màu. Tùy thuộc pH của nước, giấy sẽ hiện màu khác
nhau. Sau đó đem so màu với bảng màu tiêu chuẩn kèm theo trên nắp hộp, ta sẽ biết
được pH của nước.
3.2.2 Phương pháp điện thế-máy đo pH
Ion H
+
hoạt động (pH) được xác định trực tiếp bằng phép đo điện thế. Sức điện động
E của tế bào Galvanic có liên quan đến hoạt động của ion H
+
trong dung dịch theo
phương trình Nernt. Điện thế sinh ra từ tế bào tỷ lệ với nồng độ ion H
+
trong mẫu
nước, điện thế này được đo bằng một điện thế kế và được thiết bị đặc biệt dịch sang
trị số pH hiện trên màn ảnh của máy.
Tế bào Galvanic bao gồm 1 điện cực thủy tinh, và 1 điện cực Calomel tiếp xúc với
mẫu nước bằng một tia Amiăng ở cuối điện cực. Khi tiếp xúc với mẫu nước, ở điện
cực Calomel sẽ xảy ra phản ứng:

Hg
2
Cl + 2e
-
⇔ 2Hg + 2Cl
-

Điện cực thủy tinh gồm 1 điện cực Ag-AgCl ngâm trong dung dịch HCl 0,1M và
được bao bọc bởi 1 màng thủy tinh có độ nhạy cảm rất cao với ion H
+
. Điện thế này
của điện cực sẽ xuất hiện khi ion H
+
được màng thủy tinh hấp thụ. Sự hấp thụ 1 ion
H
+
trên màng thủy tinh sẽ phóng thích 1 ion Li
+
từ màng thủy tinh vào dung dịch điện
cực.
Theo Peters (1975) thì tế bào Galvanic đối với việc xác định pH có thể được viết như
sau: Ag / AgCl, HCl (0.1M) / màng thủy tinh / mẫu nước / Hg
2
Cl
2
, KCl / Hg.
Phân tích chất lượng nước

159
Tất cả điện thế trong tế bào Galvanic đều không thay đổi, trừ điện thế giữa màng thủy

tinh - mẫu nước và giữa mẫu nước - dung dịch KCl trong điện cực Calomel.
3.3 Độ trong (Transparency), Độ Đục (Turbidity)
Có nhiều cách xác định trong và độ đục của nước, nhưng kỹ thuật phổ biến nhất cho
việc nuôi thủy sản là sử dụng đĩa secchi để đo độ trong. Độ đục có thể được đo chính
xác bằng cách sử dụng máy đo độ đục theo phương pháp Nephelometric. Ngoài ra có
thể xác định lượng vật chất lơ lửng trong nước thông qua lượng chất rắn hoà tan
(TDS) và tổng lượng chất rắn lơ lửng (TSS)
3.3.1 Đo độ trong bằng đĩa Secchi
Đĩa secchi dạng hình tròn làm bằng vật liệu không thấm nước (inox, thiếc, tole ) chia
đĩa làm 4 phần đều nhau, sơn hai màu đen và trắng xen kẽ nhau. Đĩa được treo trên
một que hay trên một sợi dây có đánh dấu khoảng cách mỗi khoảng chia là 5 hoặc
10cm.
Khi đo, cầm đầu dây thả từ từ cho đĩa ngập nước và ghi nhận lần 1 khoảng cách từ
mặt nước đến đĩa khi không còn phân biệt được hai màu đen trắng trên mặt đĩa. Sau
đó cho đĩa secchi sâu hơn vị trí vừa rồi và kéo lên đến khi vừa phân biệt được hai màu
đen trắng, ghi nhận khoảng cách lần 2
Độ trong của nước ao đo bằng đĩa secchi là trung bình của hai lần ghi nhận khoảng
cách.
3.3.2 Đo độ đục bằng phương pháp Nephelometric
Thiết bị đo độ đục có các bộ phận dò ánh sáng được đặt ở vị trí vuông góc (90
o
) so
với chùm tia tới được gọi là máy đo ánh sáng khuếch tán.
Phương pháp này được dựa trên việc so sánh cường độ ánh sáng tán sắc của mẫu
(trong điều kiện xác định) với cường độ ánh sáng khuếch tán của mẫu chuẩn đối
chứng trong điều kiện tương tự. Cường độ ánh sáng khuếch tán càng cao thì độ đục
càng cao. Formazin polymer được sử dụng làm chất lơ lững trong mẫu chuẩn. Độ đục
của nồng độ chất lơ lững bằng formazin được xác định đến 4000 NTU. Ngoài ra, một
số thiết bị đo độ đục được thiết kế để xác định độ đục theo đơn vị mg/L (Model
QWC-22A-TOA, Nhật). Chất lơ lững tiêu chuẩn được sử dụng làm dung dịch đối

chứng là Kaolin tinh chế (theo hệ thống công nghiệp Nhật bản-JIS). Có thể đo độ đục
dễ dàng bằng các máy đo nêu trên.
3.4 Tổng chất rắn hòa tan (TDS) và tổng chất rắn lơ lửng (TSS)
Chất rắn hiện diện trong nước bao gồm vật chất hòa tan và không hoà tan. Để đo được
tổng lượng chất rắn hoà tan (TDS). Mẫu cần được lọc để loại bỏ vật chất không hoà
tan, và nước đã được lọc cho bốc hơi và phần còn lại được cân để tính hàm lượng chất
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản





160
rắn hòa tan. Tổng lượng chất rắn hòa tan bao gồm vật chất hữu cơ và vô cơ hoà tan,
biểu thị bằng mg/L.
Tổng lượng chất rắn lơ lửng (TSS) được tính bằng cách cân trọng lượng những chất
còn lại trên giấy lọc được sử dụng khi lọc nước phân tích chất rắn hoà tan. TSS biểu
thị lượng vật chất không hòa tan lơ lửng trong nước và được biểu thị là mg/L.
Vật liệu và dụng cụ dùng phân tích tổng chất rắn hòa tan và tổng chất rắn lơ lửng
gồm: Giấy lọc sợi thủy tinh, tủ nung 550
o
C, bình làm nguội hút ẩm, hệ thống lọc chân
không, cân phân tích.
3.4.1 Tổng chất rắn hòa tan TDS (Total Dissolved Solid)
Thu mẫu vào bình 1 lít và đậy kín. Bảo quản lạnh 4
o
C
Ngâm giấy lọc thủy tinh trong 24 giờ, sau đó sấy khô
Nung cốc sứ (đĩa sành) ở nhiệt độ 550
o

C trong 30 phút, sau đó làm nguội trong
bình hút ẩm và cân khối lượng của cốc sứ (W
1
)
Lọc nước bằng hệ thống lọc chân không. Lấy 100mL đã được lọc cho vào cốc sứ
đã được chuẩn bị sẵn.
Đặt cốc sứ vào tủ sấy ở nhiệt độ 95
o
C. Sau đó gia tăng nhiệt độ lên 105
o
C trong
1giờ.
Làm nguội đĩa và cân trọng lượng 2 (W
2
)
Tổng lượng chất rắn hòa tan được tính theo công thức sau:

1000
)(
)/(
12
x
V
WW
LmgTDS
−
=

Trong đó: W2: Trọng lượng đĩa lần 2 (mg)
W1: Trọng lượng đĩa ban đầu (mg)

V: Thể tích mẫu nước
3.4.2 Tổng chất rắn lơ lửng - TSS (Total Suspended Solid)
Thu mẫu vào bình 1 lít và đậy kín. Bảo quản lạnh 4
o
C
Lọc mẫu bằng giấy lọc có cấu tạo bằng chất liệu sợi thủy tinh đường kính 47 mm,
cỡ lọc 0,22-0,45 µm.
Đánh số mẫu trên giấy lọc.
Sấy giấy lọc ở 105
o
C trong 2-3 giờ.
Cân và ghi khối lượng giấy lọc (W
o
)
Lắc đều mẫu nước trước khi lọc.
Phân tích chất lượng nước

161
Lọc mẫu nước, ghi thể tích mẫu nước đã lọc (V mL)
Sấy ở 105
o
C trong 2-3 giờ, hút ẩm 30 phút trong bình hút ẩm, cân khối lượng (W
1
)
Nung ở 550
o
C trong 2-3 giờ, hút ẩm 30 phút trong bình hút ẩm, cân khối lượng
(W
2
)

Các chỉ tiêu về vật chất lơ lửng được tính theo công thức sau:
1000
)(
)/(
01
x
V
WW
LmgTSS
−
=

1000
)(
)/(
21
x
V
WW
LmgOSS
−
=

OSSTSSLmgISS −=)/(
V: thể tích mẫu nước đã lọc (mL)
W: khối lượng (mg)
TSS: tổng vật chất lơ lững (mg/L)
OSS: vật chất hữu cơ lơ lững (mg/L) (OSS = Organic Suspended Solid)
ISS: vật chất vô cơ lơ lững (mg/L) (ISS = Inorganic Suspended Solid)
3.5 Độ dẫn điện (EC)

Độ dẫn điện là khả năng mang một dòng điện của dung dịch. Khả năng này tùy thuộc
vào sự hiện diện của các ion, tổng nồng độ, tính linh động, hóa trị của các ion và nhiệt
độ lúc đo đạc. Các dung dịch của hầu hết các hợp chất vô cơ là các chất dẫn tốt nhưng
ngược lại đối với các phân tử hữu cơ có tính dẫn điện kém.
Đơn vị đo độ dẫn điện là micromho/cm (µmho/cm) hoặc theo hệ thống đơn vị đo
lường quốc tế (SI) là millisiemens/m (mS/m); 1 mS/m=10 µmho/cm và 1 µmho/cm=1
µS/cm. Trong nước ngọt, độ dẫn điện thường từ 50 đến 1.500 µmho/cm (Theo Hiệp
hội sức khỏe cộng đồng người Mỹ-APHA, 1989; Arce và Boyd, 1980), môi trường
nước lợ và mặn thì độ dẫn điện cao hơn nhiều. Độ dẫn điện và nồng độ muối có liên
quan rất chặt về nồng độ các ion trong môi trường, độ dẫn điện tăng cùng với sự tăng
nồng độ muối. Việc đo đạc chính xác độ dẫn điện thường không được đòi hỏi cao đối
với nuôi trồng thủy sản, mà thay vào đó việc đo nồng độ muối của nước thường được
sử dụng hơn. Máy đo độ đẫn điện thường được sử dụng để ước tính nhanh mức độ
khoáng hóa của nước thiên nhiên và mức độ ô nhiễm nguồn nước thải công nghiệp.
3.6 Nồng độ muối
Thuật ngữ nồng độ muối chỉ tổng nồng độ các ion hòa tan trong nước. Đơn vị tính là
mg/L hoặc phần ngàn (‰). Để ước tính nồng độ muối của nước một cách tốt nhất thì
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản





162
cần tính tổng nồng độ 7 ion quan trọng trong môi trường làm cho nước thiên nhiên có
nồng độ muối đó là: Na
+
, K
+
, Ca

2+
, Mn
2+
, Cl
-
, SO
4
2-
, và HCO
3
-
vì các ion này thường
chiếm hơn 95% trong tổng số các ion hòa tan trong nước.
Để đo nồng độ muối chúng ta có thể sử dụng tỉ trọng kế, nhưng mức độ chính xác của
dụng cụ đo này không cao. Trong lĩnh vực thủy sản, thiết bị đo nồng độ muối được sử
dụng phổ biến nhất là khúc xạ kế và máy đo nồng độ muối.
3.7 Oxy hòa tan (DO)
3.7.1 Phương pháp Winkler
Nguyên tắc
Trong môi trường bazơ mạnh, oxy hòa tan trong nước sẽ oxy hóa ion Mn
2+
thành
Mn
4+
có kết tủa nâu.
Mn
2+
+ 2OH
-
+ 1/ 2 O

2
= MnO
2
+ 2H
2
O
Sau đó MnO
2
được hòa tan bằng H
2
SO
4
đậm đặc. Trong môi trường acid, MnO
2
là
chất oxy hóa mạnh, có khả năng oxy hóa I
-
thành I
2
bằng đúng với lượng I
2
có trong
mẫu nước lúc ban đầu:
MnO
2
+ 2I
-
+ 4H
+
= Mn

2+
+ I
2
+ 2H
2
O
I
2
được giải phóng ra sẽ hòa tan trong nước và được xác định bằng phương pháp
chuẩn độ với dung dịch Na
2
S
2
O
3
. Hồ tinh bột được sử dụng làm chất chỉ thị để xác
định điểm tương đương trong quá trình chuẩn độ này: Khi I
2
có mặt trong dung dịch,
nó sẽ kết hợp với tinh bột hình thành một phức chất có màu xanh. Khi tất cả I
2
trong
dung dịch đã được chuẩn độ hết với Na
2
S
2
O
3
, dung dịch sẽ trở nên không màu.
Thu mẫu

Thu mẫu nước vào lọ nút mài nâu 125 mL, cho hóa chất cố định bằng 1 mL MnSO
4

và 1mL dung dịch KI-NaOH, đậy nắp lọ lại, lắc đều, trong lọ xuất hiện kết tủa. Chú ý,
khi thu mẫu và sau khi cố định không để bọt khí xuất hiện trong chai khi thu mẫu
nước.
Thuốc thử
- Dung dịch MnSO
4
: Hòa tan 50 g MnSO
4
.5H
2
O hay 41 g MnCl
2
.4H
2
O với nước
cất thành 100 mL.
- Dung dịch KI-NaOH: Hòa tan 50 g NaOH và 15 g KI (hay 14 g NaI) với nước cất
thành 100 mL.
- H
2
SO
4
đđ (d=1,84) hay H
3
PO
4
đặc (d= 1,88).

- Dung dịch Na
2
S
2
O
3
tiêu chuẩn 0,1N: Pha một ống Na
2
S
2
O
3
tiêu chuẩn 0,1N trong
1000mL nước cất
Phân tích chất lượng nước

163
- Dung dịch Na
2
S
2
O
3
0,01N: Sử dụng công thức N
1
V
1
= N
2
V

2
để pha dung dịch cụ
thể như sau: Lấy 50 mL dung dịch Na
2
S
2
O
3
0,1N pha loãng với nước cất thành
500 mL.
- Chỉ thị hồ tinh bột 1%: Hòa tan 0,49 g K
2
S
2
O
3
trong 100 mL nước ấm (từ 80-90
oC
)
khuấy đều cho đến khi dung dịch màu trong suốt, cho vào 0,5 mL formaline
nguyên chất để sử dụng được lâu.
Tiến hành
- Sau khi cố định bằng hóa chất, để yên cho kết tủa lắng. Tiếp tục lắc đều một lần
nữa để kết tủa hoàn toàn, sau đó để yên 5 phút đối với nước ngọt, 10 phút đối mẫu
nước lợ mặn.
- Cho tiếp 2 mL H
2
SO
4
đđ hay H

3
PO
4
đậm đặc (vẫn không cho bọt khí xuất hiện
trong lọ)
- Lắc đều cho đến khi kết tủa hòa tan. Dung dịch có màu vàng nâu
- Đong 50 mL dung dịch vừa được acid hóa ở trên, cho vào bình tam giác 100 mL.
- Chuẩn độ bằng dung dịch Na
2
S
2
O
3
0,01N cho đến khi dung dịch có màu vàng
nhạt, cho 3 giọt chỉ thị hồ tinh bột, lắc đều dung dịch có màu xanh, tiếp tục chuẩn
độ cho đến khi dung dịch chuyển từ màu xanh sang không màu thì dừng lại.
- Ghi thể tích (V
1
mL) dung dịch Na
2
S
2
O
3
0,01N đã sử dụng chuẩn độ mẫu.
- Làm tương tự 2 hoặc 3 lần, ghi thể tích dung dịch Na
2
S
2
O

3
0,01N đã dùng chuẩn
đô.
Tính V trung bình của Na
2
S
2
O
3
0,01N đã dùng chuẩn độ
3/)(
321
VVVV
TB
++=
Tính kết quả
10008)/( xx
V
NxV
LmgDO
M
TB
=
Trong đó:
V
TB
: là thể tích trung bình dung dịch Na
2
S
2

O
3
0,01N (mL) trong các lần
chuẩn độ.
N : là nồng độ đương lượng gam của dung dịch Na
2
S
2
O
3
đã sử dụng.
8 : Là đương lượng gam của oxy.
V
M
: là thể tích (mL) mẫu nước đem chuẩn độ.
1000: là hệ số chuyển đổi thành lít
3.7.2 Phương pháp điện cực oxy hòa tan) - máy đo oxy
Theo phương pháp này thì áp suất riêng phần của oxy hòa tan được đo trực tiếp. Sau
đó áp suất riêng phần được chuyển đổi thành nồng độ (mg/L). Máy đo oxy tính toán