Xây dựng quy trình xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp trắc quang trong lĩnh vực môi trường và áp dụng tính toán đối với phương pháp trắc quang xác định hàm lượng sắt tổng trong mẫu nước

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian tiến hành thí nghiệm để hoàn thành đề tài luận văn
tốt nghiệp em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình và tận tâm của các thầy cô
giáo và bạn bè.
Đầu tiên, em xin chân thành cám ơn Thạc sĩ Đinh Thị Thúy Hằng- giáo
viên hướng dẫn đề tài luận văn tốt nghiệp.Trong suốt gần 2 tháng tìm hiểu và
tiến hành thí nghiệm cơ đã hướng dẫn em rất nhiệt tình, kĩ lưỡng.
Em xin cám ơn các thầy cô trong Viện Môi trường đã tạo mọi điều kiện
cho em về phịng thí nghiệm, các trang thiết bị máy móc, hóa chất để em có thể
hoàn thành tốt đề tài luận văn tốt nghiệp này.
Cuối cùng cho em xin gửi lời cám ơn chân thành tới gia đình, bạn bè
ln ở bên cạnh động viên và giúp đỡ nhiệt tình để em tập trung hồn thành đề
tàì.

Hải Phịng, ngày 6 tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Dung

1


MỤC LỤC

2


DANH MỤC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt
AOAC
Độ KĐBĐ

EPA
Độ KĐBĐ
ISO
PTN
PTN/HC
LOD
LOQ
SMEWW

Tên Tiếng Anh
Acconciation of Official
Anlytical Chemists
Environmental Protection
Agrency
International Standards
Organzation
Limit Of Detection
Limit Of Quantitation
Standard Methods For
Examination Of Water And
Waste Water

TCVN

Tên Tiếng Việt
Hiệp Hội Các Nhà Hóa Phân
Tích Chính Thống.
Độ khơng đảm bảo đo
Cơ Quan Bảo Vệ Mơi Trường
Sắt

Tiêu chuẩn hóa Quốc tế
Phịng thí nghiệm
Phịng thí nghiệm/hiệu chuẩn.
Giới hạn phát hiện
Giới hạn định lượng
Các phương pháp chuẩn xét
nghiệm nước và nước thải
Tiêu chuẩn Việt Nam

DANH MỤC BẢNG
Bảng
Bảng 1.1
Bảng 3.1
Bảng 3.2
Bảng 3.3
Bảng 3.4
Bảng 3.5
Bảng 3.6
Bảng 3.7
Bảng 3.8
Bảng 3.9
Bảng 3.10
Bảng 3.11
Bảng 3.12
Bảng 3.13
Bảng 3.14

TÊN BẢNG
Tóm lược về tiêu chuẩn ISO/IEC 17025
Kết quả đo độ hấp thụ của mẫu nền nước mặt

Kết quả đánh giá độ lặp lại của phương pháp đối với mẫu nền nước
mặt
Kết quả đo độ hấp thụ của mẫu nền
Kết quả đánh giá đô tái lặp PTN đối với nền mẫu nướcmặt
Kết quả đo độ thu hồi của Fe trong mẫu nước mặt với A= 0.5 mg/L
Kết quả đo độ thu hồi của Fe trong mẫu nước mặt với A= 2 mg/L
Kết quả đo độ thu hồi của Fe trong mẫu nước mặt với A= 4 mg/L
Kết quả giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của mẫu trắng
Khối lượng và thể tích dung dịch cần lấy
Bảng số liệu về độ hấp thụ của mẫu trắng, hệ số a, b của phương
trình đường chuẩn

3

Trang
4
27
28
31
32
35
38
41
42
44
44
45
47

Bảng 3.15
Bảng 3.16
Bảng 3.17
Bảng 3.18
Bảng 3.19

Độ KĐBĐ của mẫu nước mặt tính từ đường chuẩn
Độ KĐBĐ của độ lặp lại
Kết quả độ KĐBĐ của độ thu hồi
Kết quả độ KĐBĐ tổng hợp
Kết quả đo độ hấp thụ Abs của mẫu chuẩn.

48
49
52
53
55

DANH MỤC HÌNH

Tên hình
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3

Giải thích
Sơ đồ quy trình xác nhận giá trị sử dụng

Cơng thức phân tử của thuốc thử 1.10-Phenantrolin
Phản ứng giữa 1.10-phenantrolin và sắt (II)
Sơ đồ pha loãng dung dịch chuẩn
Sơ đồ pha lỗng dung dịch chuẩn để tính độ KĐBĐ từ
độ thu hồi
Phuơng trình đuờng chuẩn của Fe

4

Trang
3
12
12
40
51
56


MỞ ĐẦU
Để phát triển và hoàn thành hệ thống quan trắc và phân tích mơi trường
cho việc phát hiện, đánh giá ô nhiễm, giám sát chất lượng môi trường phục vụ
công tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học. Hiện nay, phịng thí nghiệm Mơi
trường, trường Đại học Hàng hải Việt Nam đang tiến hành xây dựng hệ thống
phịng thí nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025:2005, xác nhận năng lực phòng thí
nghiệm, đảm bảo kết quả thử nghiệm/ đo lường đạt kết quả đáng tin cậy nhất,
có giá trị về mặt kỹ thuật.
Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp là một trong những yêu cầu về
mặt kỹ thuật trong tiêu chuẩn ISO/IEC 17025: 2005, cung cấp bằng chứng
khách quan rằng các yêu cầu xác định cho việc lựa chọn và sử dụng phương
pháp thử đã được đáp ứng.

Nhiều quyết định quan trong dựa vào kết quả phân tích.Trong khi đó mỗi
phép đo đều có sai số, để xác định các giá trị sai số này rất phức tạp đòi hỏi
nhiều nỗ lực và sáng tạo và cả trực giác.Vì vậy để kết quả phân tích hồn thành
với giá trị độ tin cậy cao thì phương pháp phân tích phải đảm bảo. Xác nhận giá
trị của phương pháp là một phần khơng thể thiếu nếu muốn có kết quả phân tích
đáng tin cậy.
Vì vậy, em xin được chọn đề tài:" Xây dựng quy trình xác nhận giá
trị sử dụng của phương pháp trắc quang trong lĩnh vực môi trường và áp
dụng tính tốn đối với phương pháp trắc quang. Xác định hàm lượng Sắt
tổng trong mẫu nước."

5


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan
1.1.1.Khái niệm

về quy trình xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp.

" Xác nhận giá trị sử dụng là sự khẳng định bằng kiểm tra và cung cấp
bằng chứng khách quan cho thấy các yêu cầu cụ thể đối với mục đích sử dụng
nhất định đã được đáp ứng."(ISO/IEC 17025)
Việc xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp được tiến hành thông
qua việc tính tốn và đánh giá các thơng số sau:
+ Độ chụm: thơng qua việc tính tốn và đánh giá độ lặp lại và độ tái lặp.
+ Độ đúng: thông qua việc tính tốn và đánh giá hiệu suất thu hồi
+ Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp.
+ Ước lượng độ không đảm bảo đo của phương pháp.
1.1.2.Phạm vi áp dụng:"

 Phương pháp mới đối với một vấn đề cụ thể
 Chỉnh sửa phương pháp đã có:
+ Cải tiến
+ Mở rộng phạm vi
 Khi QC chỉ ra rằng phương pháp đã thay đổi theo thời gian
 Khi phương pháp thiết lập được đưa vào sử dụng
+ Trong một phịng thí nghiệm khác
+ Với người phân tích khác
+ Thiết bị khác
 Để chứng tỏ sự tương đương giữa hai phương pháp."
(Đoàn Văn Oánh,5)

6


1.1.3.Tiến

trình thực hiện
Tiến trình thực hiện đánh giá giá trị sử dụng của phương pháp
được thực hiện theo quy trình dưới đây:
1.Lựa chọn thơng số đánh giá

2. Thiết kế thí nghiệm

3. Phân cơng thực hiện thí nghiệm

4. Tính tốn và xử lý số liệu

5. Công bố kết quả thẩm định phương pháp.

Hình 1.1: Sơ đồ quy trình xác nhận giá trị sử dụng
1.1.4.Các cách tiếp cận để xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp.
1.1.4.1. Theo ISO/IEC 17025: 2005( Yêu cầu chung về năng lực của phòng
thử nghiệm và hiệu chuẩn)
a. Sơ lược về tiêu chuẩn ISO/IEC 17025: 2005
"ISO/IEC 17025(Phiên bản mới nhất hiện nay là ISO/IEC 17025: 2005)
có tên đầy đủ là yêu cầu chung về năng lực của phòng thử nghiệm và hiệu chuẩn
(General Requirements for The Competence Of Testing and Calibration
Laboratories).ISO/IEC 17025:2005 là tiêu chuẩn về hệ thống quản lý chất lượng
áp dụng chuyên biệt cho phòng thử nghiệm và hiệu chuẩn, do tổ chức Quốc tế
về tiêu chuẩn hóa ISO (International Organizaton for Standardization) ban hành.
Đây là tiêu chuẩn được tích lũy kinh nghiệm nhiều năm trong việc tìm
kiếm một chuẩn mực chung cho hệ thống quản lý dành cho các phòng thử
nghiệm/ hiệu chuẩn nhằm đảm bảo kết quả đo lường/ thử nghiệm đạt được kết
quả tin cậy nhất.
Tiêu chuẩn ISO/IEC 17025 không chỉ đưa ra các yêu cầu để quản lý và
đảm bảo năng lực kỹ thuật mà còn bao gồm những quy định về hê thống quản lý
chất lượng để đạt được khả năng đưa ra những kết quả đo lường/ thử nghiệm tin
cậy cao và được quốc tế thừa nhận."
( />b. Cấu trúc

7


"Tiêu chuẩn ISO/IEC 17025 bao gồm 5 phần, trong đó phịng thí nghiệm
cần phải chú trọng và đáp ứng u cầu trong phần 4 và phần 5 của tiêu chuẩn
này.
Phần 4: Các yêu cầu về quản lý.
Phần 5: Các yêu cầu về kỹ thuật."
Bảng 1.1: Tóm lược về tiêu chuẩn ISO/IEC 17025

4. Các yêu cầu về quản lý
4.1.Tổ chức
4.6. Mua dịch vụ
và đồ cung cấp
4.2. Hệ thống chất
lượng

4.7. Dịch vụ đối
với khách hàng

4.3. Kiểm soát tài
liệu

4.8. Khiếu nại

4.4. Xem xét các
yêu cầu và đề
nghị hợp đồng

4.9.Kiểm soát
hiệu chuẩn và thử
nghiệm phương
pháp
4.10. Cải tiến

4.5. Hợp đồng
phụ về thử
nghiệm và hiệu
chuẩn

4.11. Hành
động khắc
phục
4.12. Hành
động phịng
ngừa
4.13. Kiểm
sốt
4.14. Đánh giá
nội bộ
4.15. Xem xét
của lãnh đạo

5. Các yêu cầu về kỹ thuật
5.1. Yêu cầu chung
5.6. Tính liên
kết
5.2. Nhân sự

5.7. Lấy mẫu

5.3. Tiện nghi và
điều kiện môi trường

5.8. Quản lý
mẫu thử nghiệm
và hiệu chuẩn.
5.9. Đảm bảo
chất lượng kết
quả thử nghiệm

và hiệu chuẩn
5.10. Báo cáo
kết quả thử
nghiệm.

5.4. Phương pháp
thử nghiệm, hiệu
chuẩn và phê duyệt
phương pháp.
5.5. Thiết bị

Nguồn
Mục đích: "
ISO/IEC 17025:2005 là tiêu chuẩn quốc tế quy định các yêu cầu nhằm đảm bảo
năng lực của phòng thử nghiệm và hiệu chuẩn.
ISO/IEC 17025:2005 bao gồm các thử nghiệm và hiệu chuẩn thực hiện bằng
cách sử dụng phương pháp tiêu chuẩn, phương pháp không tiêu chuẩn và các
phương pháp PTN/HC phát triển.
ISO/IEC 17025:2005 sử dụng để các PTN/HC phát triển hệ thống quản lý chất
lượng, hoạt động tài chính và kỹ thuật. Phịng thử nghiệm, khách hàng, cơ quan
chính quyền và các cơ quan cơng nhận cũng có thể sử dụng nó để xác nhận hoặc
thừa nhận năng lực của phịng thí nghiệm.
Tiêu chuẩn nêu rõ mục tiêu cho các PTN/HC mong muốn chứng minh rằng
mình có đủ năng lực về kĩ thuật và tổ chức quản lý, hoạt động một cách hiệu quả
và có thể cung cấp các kết quả thử nghiệm và hiệu chuẩn có giá trị về kỹ thuật.
Việc áp dụng tiêu chuẩn quốc tế ISO/IEC 17025:2005 sẽ tạo điều kiện cho việc
hợp tác giữa các PTN/HC và các tổ chức khác nhằm hỗ trợ cho việc trao đổi
thông tin và kinh nghiệm về việc thống nhất hóa các chuẩn mực và các thủ tục.
c.

+
+

+

+

+

8


+

+

PTN/HC được cơng nhận chính là tiền đề cho việc thừa nhận lẫn nhau song
phương hoặc đa phương về kết quả thử nghiệm hay hiệu chuẩn để tránh kiểm tra
hai lần hoặc nhiều lần tiến đến chỉ kiểm tra một lần, cấp một giấy chứng nhận và
được chấp nhận ở mọi quốc gia.
Do vậy công nhận PTN/HC là để phục vụ cho giao lưu thương mại giữa các
nước, khu vực quốc tế. Cơng nhận PTN/HC cũng góp phần thúc đẩy giao lưu về
kinh tế, khoa học kỹ thuật làm cho sản phẩm nhanh chóng vươn xa và hội nhập
vào thị trường khu vực và thế giới."
(Nguồn />
9


b.

Theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN).
Thông tư 21/2012/TT-BTNMT: Thông tư quy định việc bảo đảm chất lượng
và kiểm soát chất lượng trong quan trắc môi trường.
Thông tư 21/2012/TT-BTNMT gồm 3 chương,15 điều.
Chương 1: Thông tư đưa ra các thuật ngữ và định nghĩa về bảo đảm chất
lượng, kiểm soát chất lượng trong quan trắc môi trường, độ chụm, giới hạn phát
hiện, giới hạn định lượng…
Chương 2: Gồm 4 mục và 13 điều. Tại mục 3 của thông tư đã đưa ra
những quy định chung về "Bảo đảm chất lượng và kiểm soát chất lượng trong
PTN".Trong nội dung bảo đảm chất lượng PTN đưa ra việc lựa chọn và phê
chuẩn phương pháp thử nghiệm. Các phương pháp thử nghiệm là phương pháp
tiêu chuẩn đã được ban hành có thể là TCVN, tiêu chuẩn Quốc tế có độ chính
xác cao.Và phịng thí nghiệm có kế hoạch phê chuẩn phương pháp và phải có
bằng chứng văn bản về việc lựa chọn phương pháp và xác nhận giá trị sử dụng.
Chương 3: Điều khoản thi hành.
Theo TCVN 6177:1996 - Chất lượng nước – Xác định hàm lượng Fe bằng
phương pháp trắc phổ hấp thụ phân tử dùng thuốc thử 1.10 Phenantrolin.
1.1.4.2.





Tiêu chuẩn này đưa ra quy trình xác định hàm lượng lượng Fe bằng
phương pháp trắc phổ hấp thụ phân tử dùng thuốc thử 1.10 Phenantrolin.
TCVN 6177:1996 hoàn toàn tương đương với ISO 6332:1988.
1.1.4.3. Các
1.1.4.3.1.

thông số xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp .

Độ chụm( độ tập trung).
Khái niệm:
Theo thông tư số 21/2012/TT-BTNMT( Thông tư quy định việc bảo
đảm chất lượng và kiểm sốt chất lượng trong quan trắc mơi trường) đã đưa ra
khái niệm về độ chụm hay độ tập trung như sau:
"Độ tập trung hay độ chụm là mức độ tập trung của các giá trị đo
lặp của cùng một thông số."
Độ chụm bao gồm độ lặp lại và độ tái lặp.
1. Độ lặp lại.
a. Khái niệm :
Độ lặp lại là độ chụm trong điều kiện lặp lại của phương pháp (điều kiện
giống nhau).
Điều kiện áp dụng:
Độ lặp lại được đo dưới điều kiện:

10


+

Cùng một phương pháp đo

+

Cùng một vật liệu thử nghiệm: hóa chất, thuốc thử, thiết bị đo…

+

Cùng phịng thí nghiệm

+

Cùng một người thực hiện

+

Trong một khoảng thời gian ngắn
Độ tái lặp PTN.(RSDRw)
Khái niệm
Độ tái lặp PTN là độ chụm trong điều kiện tái lặp (điều kiện khác nhau).
Điều kiện áp dụng:
2.

a.
b.

Độ tái lặp phịng thí nghiệm được đo dưới điều kiện:

1.1.4.3.2.

+

Cùng một phương pháp đo

+

Cùng vật liệu thử nghiệm: hóa chất, thiết bị đo, thuốc thử….

+

Khác phịng thí nghiệm

+

Khác người thực hiện

+

Khác thiết bị đo

+

Trong khoảng thời gian dài.
Độ đúng.
Khái niệm

Độ đúng của phương pháplà khái niệm chỉ mức độ gần nhau giữa giá trị
trung bình của kết quả thử nghiệm và giá trị thực hoặc giá trị được chấp nhận là
đúng.
Nghiên cứu độ đúng là nghiên cứu tổng sai số hệ thống.Độ đúng càng
lớn khi sự sai khác hệ thống so với giá trị quy chiếu được chấp nhận càng lớn.
Nghiên cứu độ đúng về 2 lĩnh vực:
+ Độ đúng phịng thí nghiệm
+ Độ đúng phương pháp
1.1.4.3.3. Giới hạn phát hiện của phương pháp( LOD) và giới hạn định
lượng của phương pháp (LOQ).
Khái niệm.

11

"Giới hạn phát hiện (LOD) là nồng độ chất phân tích nhỏ nhất có thể
phát hiện được nhưng khơng nhất thiết xác định hàm lượng trong điều kiện thí
nghiệm."
Giới hạn phát hiện(LOD) được chia thành:
+ Giới hạn phát hiện của thiết bị( IDL)
+ Giới hạn phát hiện của phương pháp( MDL)
"Giới hạn định lượng (LOQ) là nồng độ thấp nhất của chất phân tích
trong mẫu có thể định lượng được với độ chụm và độ đúng chấp nhận được
trong điều kiện tiến hành phân tích."
Giới hạn định lượng (LOQ) được chia thành:
+ Giới hạn định lượng của thiết bị(IQL)
+ Giới hạn định lượng của phương pháp(MQL)
1.1.4.3.4.
Ước lượng độ không đảm bảo đo của phương pháp
Theo yêu cầu của ISO 17025, độ không đảm bảo đo(Độ KĐBĐ) là một
yêu cầu cần thực hiện cho tất cả các phương pháp thử được áp dụng. Việc ước
lượng độ không đảm bảo đo là một việc khó và rất phức tạp và khơng phải một
phịng thí nghiệm nào cũng có thể thực hiện được. Tuy nhiên, để có thể dần
nâng cao chất lượng hệ thống phịng thí nghiệm phân tích hóa học và vi sinh vật
thì cần phải thực hiện cơng việc này. Các phịng thử nghiệm có thể phối hợp để
xác định độ khơng đảm bảo đo như một phần của q trình thẩm định phương
pháp phân tích. Nội dung của chương trình này sẽ mang đến những khái niệm cơ
bản nhất và các cách thực hiện các phép đánh giá độ KĐBĐ.
a. Khái niệm
+ Độ không đảm bảo đo( Độ KĐBĐ) của phương pháp là số nằm sau dấu ,
thông số không âm, thông số gắn với kết quả của phép đo, thông số này
đặc trưng cho mức độ phân tán của các giá trị có thể chấp nhận được quy
cho đại lượng đo của phép đo.
+ Độ KĐBĐ nói lên độ tin cậy của phép đo.

+ Kiến thức về ĐKĐBĐ rất hữu ích cho việc phát triển phương pháp, thẩm định
phương pháp, hay thay đổi bổ sung để điều chỉnh phương pháp tốt hơn.
b. Các nguồn gây ra độ không đảm bảo đo
Trong một phép thử có rất nhiều nguồn gây ra độ không đảm bảo đo:
+ Mẫu thử: bản chất của mẫu thử không đồng nhất, trạng thái vật lý, độ ổn
định của mẫu thử, ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, môi trường…
+ Lấy mẫu: lấy mẫu không đại diện, không đồng nhất…..
+ Điều kiện bảo quản: quá trình vận chuyển, bảo quản và thời gian bảo
quản mẫu có ảnh hưởng lớn đến kết quả phân tích.
+ Chuẩn bị mẫu: quá trình đồng nhất, cân mẫu, chiết tách….
+ Dung môi và thuốc thử: độ tinh khiết, tạp chất…..
12


+
+
+
+

Thiết bị: thiết bị có những sai số trong quá trình hiệu chuẩn hoặc chưa
được hiệu chuẩn, sai số ở các khoảng đo khác nhau…
Điều kiện môi trường: nhiệt độ, độ ẩm….
Con người: kỹ năng thực hành, trình độ chuyên mơn, sai số tính tốn…..
Nguồn ngẫu nhiên khác.
c. Phân loại

+
+

1.2.

Độ KĐBĐ được phân ra thành 2 loại sau:
Độ KĐBĐ chuẩn kiểu A: được tính tốn bởi phương pháp xác suất thông kê của
các loạt quan trắc.
Độ KĐBĐ chuẩn kiểu B: giá trị ước lượng của đại lượng đầu vào không nhận
trực tiếp từ các kết quả quan trắc mà được xác định dựa trên suy luận khoa học
từ các thông tin như sau: các số liệu đo trước kia, các quy định kỹ thuật của nhà
chế tạo, số liệu cho trong chứng nhận hiệu chuẩn, các số liệu tra cứu.
Tổng quan về phương pháp trắc quang trong lĩnh vực môi trường.
Khái niệm:
"Phương pháp so màu quang điện là phương pháp phân tích dựa trên sự
so sánh cường độ màu của dung dịch nghiên cứu với cường độ màu của dung
dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định".
Phương pháp so màu quang điện (phương pháp trắc quang) dùng đề đo
độ hấp thụ Abs của một số kim loại trong đó có sắt Fe. Người ta sử dụng
phương pháp này đo độ hấp thụ Abs của mẫu trắng để xây dựng phương trình
đường chuẩn của Fe. Sau đó đo Abs của mẫu thực để thay vào phương trình
đường chuẩn vừa tìm được để tìm nồng độ Fe của mẫu thực.
Các định luật cơ bản
Nếu chiếu một dịng sáng có cường độ I0 vào một Cuvet đựng dung dịch
thì một phần của nó bị phản xạ từ mặt Cuvet (I r), một phần khác bị dung dịch
hấp thụ (Ia), phần còn lại đi qua Cuvet (It):
I 0 = I a + I r + It

Ta có
Khi sử dụng một loại Cuvet thì giá trị Ir là một hằng số và thường rất nhỏ

I0 = I a + It

nên bỏ qua. Khi đó:

Dựa trên nghiên cứu thực nghiệm Bougneur và Lambert đã thiết lập định
luật và phát biểu như sau:
13


Những lớp chất có chiều dày đồng nhất trong điều kiện khác như nhau
luôn hấp thụ một tỉ lệ bằng nhau của chùm sáng chiếu vào những lớp chất đó.
Biểu thức của định luật:

I t = I 0 .e− kl

(1)

Trong đó :
l là chiều dày lớp hấp thụ
k là hệ số tắt phụ thuộc vào bản chất chất tan và bước sóng ánh sáng
chiếu vào dung dịch.
Định luật này chỉ đúng cho ánh sáng đơn sắc.
Khi nghiên cứu sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch, Beer đã thiết lập
được mối tương quan giữa hệ số tắt k và nồng độ chất hấp thụ C theo phương
trình:

k = ε ' .C

(2)

Kết hợp (1) và (2) ta có:

I t = I 0 .e −ε Cl

I 0 = 10−ε Cl

hay
Nếu [C]= mol/L và [l]= cm thì là hệ số tắt phân tử hoặc hệ số hấp thụ
phân tử. là một hằng số và phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng, bản chất của chất
tan và nhiệt độ.
Tỉ số giữa cường độ chùm sáng sau khi đi qua dung dịch (I t) với cường
độ chùm sáng chiếu vào dung dịch I0 được gọi là độ truyền qua (T):
T=

I
= 10−ε Cl
I0

Nếu l= 1cm thì T là hệ số truyền qua. Khi đó ta có mật độ quang D hay
độ tắt E là:
D = E = log

I
= ε Cl
I0

Khả năng tạo phức của Fe2+, Fe3+ với thuốc thử 1.10-Phenantrolin
1.10- Phenantrolin là hợp chất hữu cơ dị vịng, có khả năng tạp phức
mạnh với một số ion kim loại trong đó có Fe.

14


Hình 1.2: Cơng thức phân tử của thuốc thử 1.10-Phenantrolin

Cơng thức phân tử: C12H9N2.
Khối lượng phân tử: 180.3 g/mol.
Tồn tại dạng tinh thể trắng.
Nhiệt độ nóng chảy : 117oC
Phức giữa 1.10-Phenantrolin với sắt có tên gọi là "ferroin" có màu đỏ
cam được hình thành trong khoảng pH từ 3-9, tối ưu là 3.5.
Nguyên tắc:
Do trong nước, sắt thường tồn tại ở dạng hỗn hợp 2 ion Fe 2+ và Fe3+. Vì
vậy muốn xác định tổng hàm lượng sắt trong nước cần chuyển toàn bộ Fe 3+
thành Fe2+ bằng tác nhân khử hydroxylamin, sau đó sắt (II) sẽ tạo phức với 3
phân tử 1.10- Phenantrolin, phức chất này có màu đỏ da cam, xảy ra theo phản
ứng:
Fe(OH)3 +

3 H+

4 Fe3+

2 NH2OH →

+

→

Fe3+

+

H2 O

4 Fe2++ N2O + H2O+ 4 H+

Hình 1.3: Phản ứng giữa 1.10-phenantrolin và sắt (II)
Máy trắc quang UV- VIS
Sử dụng máy UV-VIS 722 ở Phòng 309 của Trung tâm đào tạo và tư vấn
KHCN bảo vệ môi trường thủy.
Các thông số kỹ thuật:
1. Tên thiết bị: UV-VIS 722
2. Hãng: Trung Quốc
3. Giới hạn bước sóng: 330-800 nm
4. Hiển thị kết quả: màn hình
5. Độ chính xác bước sóng:
15


6.
7.

Độ chính xác truyền qua:
Độ lặp lại bước sóng: 1nm

16


CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG QUY TRÌNH XÁC NHẬN GIÁ TRỊ SỬ DỤNG
CỦA PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG TRONG LĨNH VỰC MÔI
TRƯỜNG.
Độ chụm của phương pháp

1.

2.1.1.Đánh giá độ lặp lại( RSDr)
Bố trí thí nghiệm
Chọn mẫu nền là nước hồ an tồn .
Điều chỉnh và phân tích mẫu nước mặt ở 3 nồng độ 0.5mg/L; 2mg/L;4mg/L.
Mỗi mẫu nền được thực hiện phân tích lặp lại 10 lần.
b. Cách xác định.
Để đánh giá độ lặp lại của phương pháp dựa vào cách xác địnhnhư sau:
a.

+
+
+

Độ lặp lại được đánh giá theo tiêu chuẩn Horwitz có phương trình dạng:

RSDr ( Horwitz ) = 2.C −0.1505

+

Trong đó:
RSDr(Horwitz)là độ lặp lại theo tiêu chuẩn Horwitz
C lànồng độ trung bình của mẫu thực (mg/L)
c. Tiêu chuẩn đánh giá
+ Theo tiêu chuẩn Horwitz
Theo AOAC giới hạn cho phép đối với độ lặp lại trong nội bộ phịng thí nghiệm
1
2

+

nằm trong khoảng giá trị RSDr(Horwitz).
Phịng thí nghiệm áp dụng tiêu chuẩn chấp nhận đối với RSD r(
RSDr < PRSDr =

thực nghiệm)

là :

1
RSDr ( Horwitz )
2

+ Tỷ số HorRat là tỷ số giữa RSDr(thực nghiệm) và PRSDr để đánh
giá khả năng áp dụng của phương pháp.
Tỷ số HorRat thuộc vào khoảng ( 0.3- 1.3)
Đánh giá độ tái lặp PTN.( RSDRw)
a. Bố trí thí nghiệm.
+

2.1.2.

Để đánh giá độ tái lặp PTN, tơi tiến hành như sau:
Khảo sát đối với nền mẫu mặt ( nước hồ an tồn).
Chuẩn bị 1 xơ đựng 30 L mẫu nước mặt cho q trình phân tích kéo dài trong 10
ngày.
+

+

17


+

Điều chỉnh và phân tích ở 3 mức nồng độ 0.5mg/L; 2mg/L;4mg/L, mỗi nồng độ
phân tích 2 mẫu.
+ Hai cán bộ tiến hành phân tích luân phiên nhau trong thời gian 10
ngày.
b. Cách xác định
Độ tái lặp phịng thí nghiệm được xác định theo tiêu chuẩn Horwitz có
phương trình dạng:
Trong đó, tiêu chuẩn cho phép đối với RSDRw được xác định theo
phương trình Horwitz:

RSDRw (%) < PRSDRw (%) = 2.(1 − 0.5log C )

c.

Trong đó:
RSDRwlà độ tái lặp phịng thí nghiệm
C là nồng độ trung bình của mẫu thực (mg/L)
Tiêu chuẩn đánh giá
Tiêu chuẩn để đánh giá độ tái lặp PTN theo tiêu chuẩn Horwitz.

Độ đúng của phương pháp
a. Điều kiện áp dụng
+ Các chất chuẩn được chấp nhận (CRM)
CRM là mẫu chuẩn mà giá trị đã được chứng nhận bởi một tổ chức có uy tín
trên thế giới,

Mỗi mẫu chứng nhận phải kèm theo độ không đảm bảo đo của giá trị chứng
nhận.
b. Bố trí thí nghiệm

2.2.

+
+

Sử dụng mẫu nền là mẫu nước mặt (nước hồ an toàn) đây chính là mẫu
được sử dụng để đánh giá độ chụm của phương pháp.
Tiến hành thêm chuẩn từ dung dịch chuẩn gốc và phân tích các mẫu để
xác định độ thu hồi của phương pháp, cụ thể như sau:
-

Đối với mẫu thêm chuẩn: dùng micropipet lấy chính xác một thể tích dung dịch
chuẩn gốc nồng độ đã biết cho vào bình định mức, định mức đến vạch bằng mẫu
thực đã chuẩn bị.

-

Chuẩn bị mẫu blank bằng cách dùng micropipet lấy chính xác một thể tích
nước cất cho vào bình định mức, định mức đến vạch bằng mẫu thực đã chuẩn bị.
c.

Cách xác định

18

Để đánh giá độ đúng phương pháp thì tiến hành đánh giá hiệu suất thu
hồi của phương pháp.
Độthu hồi được tính như sau:
F−I
H% =
.100%
A
Trong đó:
F là nồng độ tổng của mẫu đã thêm chuẩn (mg/L)
I là nồng độ của mẫu thực (mg/L)
(F – I) là nồng độ thêm tính được;
A là nồng độ chuẩn thêm vào tính tốn trên lý thuyết (mg/L)
d. Tiêu chuẩn áp dụng
Tiêu chuẩn cho phép để đánh giá độ thu hồi theo yêu cầu của phương
pháp là từ 85% - 115% (Quy định trong SMEWW 3111 (A):2012 –
Introduction/Part 7. Quality assurance/Quality Control).
Giới hạn phát hiện(LOD)và giới hạn định lượng (LOQ) của phương
pháp
2.3.1.
Giới hạn phát hiện của phương pháp(LOD)
a. Cách xác định
Để xác định giới hạn phát hiện của phương pháp (LOD -Method
Detection Limit), chúng tôi tiến hành chuẩn bị các nền mẫu có hàm lượng Fe rất
thấp hoặc khơng chứa Fe.Sau đó tiến hành thêm chuẩn ở mức 0.01 mg Fe/L.
Tính giá trị trung bình (CTB) và sr. Khi đó:
2.3.

LOD = tvalue × sr

Trong đó:

tvalue là chuẩn số student ứng với n lần đo lặp và độ tin cậy 99%
Tiêu chuẩn chấp nhận LOD
TheoAnalytical Detection Limit Guidance and Laboratory Guide for
Determining Method Detection Limits,1996. Kiểm tra độ tin cậy của LOD theo
3 tiêu chí sau:
1. Nồng độ thêm chuẩn mức cao: LOD Cspike10*LOD
2. Tỷ số S/N (CTB/sr): 2.5 S/N 5
3. % thu hồi: 85
b.

Kiểm tra nếu cả 3 tiêu chí trên đều đạt thì giá trị LOD tính được đạt độ
tin cậy và được cơng bố.

19


Giới hạn định lượng của phương pháp (LOQ)
Cách xác định
Tính tốn giới hạn định lượng (LOQ-Limit of Quantitation) theo cơng

2.3.2.

thức:

2.4.
2.4.1.

LOQ = 10 × sr

Ước lượng độ khơng đảm bảo đo của phương pháp

Cách tính độ khơng đảm bảo đo

Độ KĐBĐ của kết quả xác định hàm lượng Fe trong mẫu nước mơi
trường được tính tốn thơng qua quy tắc lan truyền sai số.
Theo tiến trình thực hiện phép thử, nguồn độ KĐBĐ của quy trình xác
định bao gồm các yếu tố sau:
-

u(Clv): Độ KĐBĐ của các dung dịch chuẩn làm việc (dùng để dựng đường
chuẩn).

-

u(CFe): Độ KĐBĐ của hàm lượng Fe trong mẫu tính từ đường chuẩn.

-

ur: Độ KĐBĐ của độ lặp lại của kết quả phân tích (độ chụm).

-

uH: Độ KĐBĐ của độ thu hồi của phương pháp (độ đúng).
Khi đó, độ khơng đảm bảo đo tổng hợp được tính theo cơng thức:
uFe = C Fe ×

uClv

∑(C

)2 + (

lv

2.4.2.
2.4.2.1.

uCFe
CFe

)2 + (

ur 2 u H 2
) +( )
CFe
H

Định lượng các nguồn độ KĐBĐ thành phần
Độ KĐBĐ của nồng độ mẫu tính từ đường chuẩn

Xây dựng phương trình đường chuẩn có dạng y = a + bx với y là giá trị
độ hấp thụ của dung dịch chuẩn (Abs) và x là nồng độ của các dung dịch chuẩn
(mg/L).
Tính tốn sai số dư Sy/x của phương trình y = a + bx như sau:
Sy =
x

∑ ( y − y)

2

i

n−2

Trong đó:
yi là độ hấp thụ của dung dịch chuẩn đo trực tiếp trên thiết bị,

20


i

là giá trị độ hấp thụ tính lại trên đường chuẩn ứng với nồng độ xi.

n là số điểm trên đường chuẩn.
Khi đó tính được:
uCFe =

S y/ x
b

×

1 1
+ +
n m

( y0 − y ) 2
n

b 2 × ∑ ( xi − x )2
i =1

Trong đó:
y0

y

là tín hiệu đo trung bình của mẫu thực. (mg/L)
là tín hiệu đo trung bình của các dung dịch chuẩn.(mg/L)

xi là nồng độ của từng dung dịch chuẩn.(mg/L)
x

là nồng độ trung bình của các dung dịch chuẩn.(mg/L)

n là số điểm trên đường chuẩn.
m là số lần đo mẫu thực.
2.4.2.2.

Độ KĐBĐ của độ lặp lại

Thực hiện phân tích lặp lại mẫu 3 lần, tính tốn độ lặp lại Sr = stdev(x1,
x2, x3). Từ đó, tính được độ KĐBĐ của độ lặp lại theo công thức:

ur =

2.4.2.3.

Sr

(mg / L )
n

Với n là số lần đo lặp lại mẫu (n = 3)
Độ KĐBĐ của độ thu hồi

Đối với mỗi nền mẫu tại các mức nồng độ khác nhau, thực hiện thêm
chuẩn để xác định %thu hồi. Thực hiện phân tích lặp lại 3 lần đối với mỗi phép
đo, tính tốn độ thu hồi H theo cơng thức:
H% =

Trong đó:
21

F −I
.100%
A


F là nồng độ tổng của mẫu đã thêm chuẩn (mg/L)
I là nồng độ của mẫu nền (mg/L)
(F – I) là nồng độ thêm tính được;
A là nồng độ chuẩn thêm vào tính tốn trên lý thuyết.(mg/L)
Khi đó, tính tốn được độ KĐBĐ của độ thu hồi theo công thức:
sF 2 + s 2 I 2 u A 2
uH = H × (
) +( )
A
n × (F − I )

22


CHƯƠNG 3: XÁC NHẬN GIÁ TRỊ SỬ DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP VÀ
XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CỦA SẮT TỔNG TRONG MẪU NƯỚC
BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG SỬ DỤNG THUỐC THỬ 1.10PHENANTROLIN.
Theo TCVN 6177:1996 - Chất lượng nước – Xác định hàm lượng Fe
bằng phương pháp trắc phổ hấp thụ phân tử dùng thuốc thử 1,10 Phenantrolin.
Hồ sơ phê duyệt phương pháp " Xác định hàm lượng Fe bằng phương
pháp trắc phổ hấp thụ phân tử dùng thuốc thử 1,10 phenantrolin".
3.1.

Tóm tắt tiến trình

+

Phương pháp này có thể áp dụng xác định nồng độ sắt trong khoảng 0,01 –
5mg/L.Có thể xác định nồng độ sắt cao hơn 5mg/L bằng cách pha loãng mẫu
thích hợp.

+

Thêm dung dịch 1.10-Phenantrolin vào lượng mẫu và đo độ hấp thụ của phức
chất màu da cam ở bước sóng bằng 510nm. Nếu xác định lượng sắt tổng hoặc
tổng sắt hòa tan, thêm Hydroxyl-amoni clorua để khử sắt IIIthành sắt II. Nếu có
sắt khơng tan, oxit sắt hoặc phức chất sắt, cần phải xử lý sơ bộ để hòa tan các
chất đó.

+

Phức chất sắt II– 1.10- Phenantrolin bền trong khoảng pH từ 2.5-9 và màu sắc tỷ
lệ với hàm lượng sắt II. Quan hệ giữa nồng độ Fe và độ hấp thụ là tuyến tính với
nồng độ sắt nhỏ hơn 5.0 mg/L. Độ hấp thụ cao nhất khi đo ở bước sóng 510nm(
Hệ số hấp thụ phân tử 11.103 moL.cm).
Các vấn đề an toàn cần chú ý
Chú ý an toàn liều lượng thuốc khi sử dụng. Đặc biệt chú ý đến các axit mạnh
khi pha loãng bằng nước.
Người phân tích phải được trang bị đầy đủ áo bảo hộ, gang tay, khẩu trang trong
q trình phân tích.
3.2.

+
+

23


Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo đạc, thử nghiệm
Kết quả đo đạc có thể bị sai lệch khi sử dụng các dung dịch chuẩn quá hạn sử
dụng, thiết bị khơng bảo trì đúng kế hoạch đề ra và bảo quản không theo quy
định của nhà sản xuất hóa chất, thiết bị.
Trong suốt q trình phân tích chỉ sử dụng các thuốc thử thuộc loại tinh khiết
phân tích và nước cất hoặc nước có độ tinh khiết tương đương.
Tất cả các dụng cụ thủy tinh và cả bình đựng mẫu phải được rửa bằng dịch HCl
1,12g/mL.
Bước sóng phải phù hợp.
3.4. Hóa chất và thiết bị
a. Hóa chất
1. Dung dịch chuẩn Fe: 10002mg/L, Merk- Đức
2. Axit nitric 65%, Merk – Đức

3. Dung dịch axit sunfuric bằng 4.5 mol/L
Vừa thêm từ từ vừa khuấy mạnh một thể tích axit sunfuric đậm đặc vào
3 thể tích nước cất.
4. Dung dịch axit clohidric HCl
5. Dung dịch đệm axetat
Hòa tan 40g axetat CH3COOCH4 và 50mL axetic CH3COOH trong nước
và pha loãng bằng nước tới 100mL.
Hòa tan 10g Hydroxyl-amoni clorua NH2OH.HCl trong nước. Thêm
nước tới 100mL. Dung dịch này có nồng độ 100g/L ổn định ít nhất trong 1 tuần
6. Dung dịch 1,10- Phenantrolin
Hịa tan 0,42g 1,10-phenantrolin ngậm 1 phân tử nước ( C12H9N2.H2O)
100mL trong nước chứa 2 giọt HCl. Dung dịch này ổn định trong 1 tuần nếu
được bảo quản trong bóng tối.
7. Dung dịch K2S2O8 40 g/L
Hịa tan 4gK2S2O8trong nước pha lỗng tới 100 mL. Dung dịch này ổn
định trong vài tuần với điều kiện cất giữ trong lọ thủy tinh sẫm màu ở nhiệt độ
phòng.
Dung dịch chuẩn hòa tan 2.9464 g FeCl2.4H2O trong nước định mức đến
1000mL đươc nồng độ Fe2+.
b. Thiết bị và dụng cụ
1. Cân điện tử.
2. Bình định mức các loại 50mL, 100mL,500 mL
Cốc thủy tinh (50mL,100mL,150mL), bình tam giác, quả bóp cao su, bình tia
nước cất,…
4. Bếp đun
5. Máy đo pH.
6. Máy trắc quang UV-VIS 722
3.3.

+

+
+
+

8.

3.

24


Nội dung tiến hành
Lấy mẫu thử
Mẫu thử là mẫu đã được axit hóa tại hiện trường hoặc phịng thí nghiệm
theo TCVN 6663-3: 2008 hướng dẫn tương ứng với từng đối tượng mẫu (Fe).
Lắc đều chai mẫu và lấy 100 mL mẫu để lọc bằng giấy lọc hoặc máy lọc
chân không.
Ghi nhãn mã hóa cho từng mẫu.
Sử dụng nước HNO32% để pha lỗng mẫu(Nếu cần)
Cách tiến hành
3.5.
3.5.1.

3.5.2.

1.

Phân tích tổng sắt

Lấy 50mL mẫu đã được axit hóa, nếu có mặt sắt khơng tan, oxit sắt,
phức chất sắt thì chuyển mẫu sang bình đun thể tích 100 mL và tiến hành xử lý
sơ bộ như sau: Thêm 5mL dung dịchK2S2O8 và đun sôi nhẹ trong 40 phút, đảm
bảo thể tích khơng cạn q 20 mL.Làm nguội và chuyển vào bình định mức
50mL và thêm nước cất tới vạch định mức.
Chuyển dung dịch sang bình 100ml, thêm 1ml Hydroxylamoni clorua
NH2OH.HCl và trộn kỹ. Thêm 2 mL dung dịch đệm axetat và chỉnh pH= 3.5–
5.5; tốt nhất là 4.5.
Thêm 2mL dung dịch 1.10-Phenantrolin vào dung dịch và để ở chỗ bóng
tối trong khoảng 15 phút. Đo độ hấp thụ của dung dịch ở bước sóng 510nm.
2.

Xác định sắt (II)

Lấy 50mL mẫu đã được axit hóa, nếu có mặt sắt khơng tan, oxit sắt,
phức chất sắt thì chuyển mẫu sang bình đun thể tích 100 ml và tiến hành xử lý
sơ bộ như sau: Thêm 5mL dung dịchK2S2O8 và đun sôi nhẹ trong 40 phút, đảm
bảo thể tích khơng cạn q 20 mL.Làm nguội và chuyển vào bình định mức
50mL và thêm nước cất tới vạch định mức.
Chuyển dung dịch sang bình 100mL, thêm 1mLHydroxylamoni
cloruaNH2OH.HCl và trộn kỹ. Thêm 2 ml dung dịch đệm axetat và chỉnh pH=
3.5–5.5; tốt nhất là 4.5.
Thêm 2mL dung dịch 1.10-Phenantrolin vào dung dịch và để ở chỗ bóng
tối trong khoảng 15 phút. Đo độ hấp thụ của dung dịch ở bước sóng 510nm.
3.

Xác định sắt(II)

Lấy 50 mL mẫu thử và chuyển sang bình định mức 100 mL. Tiến hành
như trên nhưng không thêm NH2OH.HCl

25