Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng amoni, nitrit và nitrat trong nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

ĐẶNG THỊ TRANG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO KIT THỬ ĐỊNH LƯỢNG
AMONI, NITRIT VÀ NITRAT TRONG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

ĐẶNG THỊ TRANG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO KIT THỬ ĐỊNH LƯỢNG
AMONI, NITRIT VÀ NITRAT TRONG NƯỚC
Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. Nguyễn Thị Kim Thường

Hà Nội – 201


LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hóa Phân Tích, khoa Hóa
Học, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội.
Với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS.Nguyễn Thị Kim
Thường và PGS.TS Tạ Thị Thảo đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp
đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và viết luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí của đề tài nghiên cứu khoa học
và phát triển công nghệ cấp thành phố Hà Nội: “Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo
quang cầm tay kết hợp với kit thử để phân tích nhanh lượng vết amoni, nitrit và
nitrat trong nước tại hiện trường”, mã số: 01C- 02/05-2014-2.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo giảng dạy tại khoa Hoá
Học, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội, đặc biệt là
các thầy cô trong bộ môn Hoá Phân tích đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện
thuận lợi để tôi hoàn thành bản luận văn này.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên,
chia sẻ trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Hà Nội, ngày tháng năm 2015
Học viên

Đặng Thị Trang


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................... 13
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 3

1.1. Giới thiệu chung về nitrit, nitrat và amoni......................................................... 3
1.1.1. Tính chất lí, hóa học của nitrit, nitrat và amoni .............................................. 3
1.1.2. Độc tính của nitrit và nitrat và amoni ............................................................. 6
1.1.3. Chu trình sinh hóa của Nitơ trong môi trường................................................ 7
1.2. Các phương pháp phân tích nitrit, nitrat và amoni trong phòng thí nghiệm ....... 8
1.2.1. Phương pháp phân tích thể tích và trọng lượng .............................................. 8
1.2.2. Phương pháp trắc quang .............................................................................. 11
1.2.3. Các phương pháp khác................................................................................. 19
1.3. Các phương pháp phân tích nhanh amoni, nitrit và nitrat ................................ 22
1.3.1.Chế tạo thiết bị đo quang nhỏ gọn................................................................. 22
1.3.2. Các bộ test kit hiện có xác định amoni, nitrit và nitrat.................................. 24
1.3.2.1. Xác định nitrit ................................................................................................................24
1.3.2.2. Xác định nitrat ...............................................................................................................25
1.3.2.3. Xác định amoni .............................................................................................................26
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................. 28
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị........................................................................... 28
2.1.1. Hóa chất ...................................................................................................... 28
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị .......................................................................................... 30
2.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 30
2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 31
2.3.1. Phương pháp trắc quang xác định nitrit bằng thuốc thử Griess..................... 31
2.3.2. Phương pháp khử nitrat thành nitrit.............................................................. 31
2.3.3. Phương pháp trắc quang xác định NH4+ bằng thuốc thử indothymol ........... 31
2.3.4. Phương pháp nghiên cứu chế tạo kit thử ...................................................... 32


2.3.5. Nghiên cứu ứng dụng kit thử phân tích tại hiện trường sử dụng máy đo quang
cầm tay.................................................................................................................. 32
2.4. Phương pháp thí nghiệm và xử lý số liệu ........................................................ 33
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 34

3.1. Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng nitrit.................................................... 34
3.1.1. Nghiên cứu tìm điều kiện tối ưu xác định NO2- trong phòng thí nghiệm....... 34
3.1.1.1. Phổ hấp thụ của phức màu .........................................................................................34
3.1.1.2. Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang .............................................................35
3.1.1.3. Ảnh hưởng của lượng thuốc thử Griees đến độ hấp thụ quang........................36
3.1.1.4. Ảnh hưởng của thứ tự thêm thuốc thử đến độ hấp thụ quang ..........................37
3.1.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới độ ổn định màu của phức..37
3.1.1.6. Khảo sát ảnh hưởng của các ion cản trở đến độ hấp thụ quang .......................39
3.1.1.7. Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định nitrit .............................................40
3.1.2. Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng nitrit................................................. 42
3.1.2.1. Xây dựng thành phần kit thử nitrit ...........................................................................43
3.1.2.2. Khảo sát khả năng sử dụng axit oxalic làm môi trường phản ứng ..................43
3.1.2.3. Khảo sát thời gian ổn định màu của phức khi sử dụng kit thử .........................43
3.1.2.4. Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn xác định nitrit khi sử
dụng kit thử....................................................................................................................................44
3.1.2.5. Nghiên cứu thay thế pipet và bình định mức bằng dụng cụ ngoài hiện
trường (xy lanh, ống fancol) .....................................................................................................46
3.1.2.6. So sánh sự sai khác 2 nồng độ trong dung dịch mẫu khi sử dụng quy trình
phòng thí nghiệm và phân tích hiện trường xác định nitrit ..............................................47
3.1.2.7. Đánh giá độ chính xác của phép phân tích dùng kit thử nitrit ..........................48
3.1.2.8. Khảo sát độ bền của kit thử nitrit .............................................................................49
3.2. Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng nitrat trên cơ sở kit nitrit ..................... 51
3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất khử đến độ hấp thụ quang .......................... 51
3.2.2. Ảnh hưởng của môi trường khử đến độ hấp thụ quang................................. 52
3.2.3. Ảnh hưởng thời gian khử đến độ hấp thụ quang.......................................... 53


3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của các ion cản trở đến độ hấp thụ quang..................... 55
3.2.5. Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định nitrat khi không có nitrit......... 57
3.2.6. Đường chuẩn NO2- khi có và không có mặt chất khử .................................. 59

3.2.7. Đánh giá độ chính xác của phép đo khi dung kit thử nitrat........................... 61
3.2.8. Khảo sát độ bền của kit thử nitrat................................................................. 63
3.3. Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng amoni ................................................. 64
3.3.1. Nghiên cứu tìm điều kiện tối ưu xác định NH4+ trong phòng thí nghiệm ...... 64
3.3.1.1. Phổ hấp thụ của hợp chất indothymol .....................................................................64
3.3.1.2. Khảo sát thời gian ổn định màu của phức ..............................................................65
3.3.1.3. Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang .............................................................66
3.3.1.4. Ảnh hưởng của lượng thuốc thử thymol 3% đến độ hấp thụ quang ..............67
3.3.1.5. Ảnh hưởng của xúc tác natri nitropussiat đến độ hấp thụ quang .....................68
3.3.1.6. Ảnh hưởng của lượng NaClO tới độ hấp thụ quang ..........................................69
3.3.1.7. Khảo sát ảnh hưởng của các ion cản trở đến độ hấp thụ quang .......................70
3.3.1.8. Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn xác định amoni .......72
3.3.2. Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng amoni .............................................. 74
3.3.2.1. Xây dựng thành phần kit thử amoni ........................................................................74
3.3.2.2. Khảo sát thời gian ổn định màu của phức khi sử dụng kit thử .........................75
3.3.2.3. Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn xác định amoni khi
sử dụng kit thử ..............................................................................................................................76
3.3.2.4. So sánh sự sai khác 2 nồng độ trong dung dịch mẫu khi sử dụng quy trình
phòng thí nghiệm và phân tích hiện trường............................................................ 77
3.3.2.5. Đánh giá độ chính xác của phép đo khi dùng kit thử..........................................78
3.3.2.6. Khảo sát độ bền của kit thử....................................................................... 80
3.4. Quy trình sử dụng kit thử amoni, nitrit và nitrat .............................................. 82
3.5. Ứng dụng kit thử phân tích mẫu thực tế .......................................................... 84
3.5.1. Nghiên cứu ứng dụng kit thử cho máy cầm tay thương mại ......................... 84
3.5.2. Ứng dụng phân tích ..................................................................................... 87
3.5.2.1. Phân tích nitrit ..............................................................................................................87


3.5.2.3. Phân tích amoni ........................................................................................ 89
KẾT LUẬN........................................................................................................... 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 92
TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT ....................................................................................... 92
TÀI LIỆU TIẾNG ANH........................................................................................ 93
PHỤ LỤC: Quy trình sử dụng kit thử amoni, nitrit và nitrat.


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Giới hạn cho phép hàm lượng amoni, nitrit và nitrat trong nước.............. 7
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của phức màu xác định nitrit.35
Bảng 3.2 : Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc thử đến độ hấp thụ quang xác định
nitrit ...................................................................................................................... 36
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của thứ tự thêm thuốc thử đến độ hấp thụ quang xác định
nitrit ...................................................................................................................... 37
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới độ hấp thụ quang xác định nitrit
.............................................................................................................................. 38
Bảng 3.5 :Ảnh hưởng của ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định nitrit ........... 40
Bảng 3.6: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ NO2- .........................41
Bảng 3.7: Khảo sát khả năng khử của axit oxalic đối với nitrat.............................. 43
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu azo ........ 44
Bảng 3.9: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ NO2-........................... 45
Bảng 3.10: Độ hấp thụ quang của mẫu trắng khi xác định nitrit .............................46
Bảng 3.11: Kết quả phân tích nitrit trong mẫu nước bằng dụng cụ PTN và dụng cụ
hiện trường ............................................................................................................ 47
Bảng 3.12: Kết quả đo mẫu xác định nitrit bằng quy trình PTN và hiện trường ..... 47
Bảng 3.13: Đánh giá độ lặp lại của phép đo với dung dịch chuẩn khi sử dụng kit thử
nitrit ..................................................................................................................... 48
Bảng 3.14:Đánh giá độ lặp lại của phép đo với mẫu thực khi sử dụng kit thử nitrit48
Bảng 3.15. Kết quả phân tích mẫu thực tế đánh giá độ đúng của phương pháp phân
tích nitrit................................................................................................................ 49
Bảng 3.16: Độ bền của hỗn hợp kit nitrit theo thời gian......................................... 50

Bảng 3.17: Ảnh hưởng của hàm lượng chất khử đến độ hấp thụ quang xác định
nitrat...................................................................................................................... 52
Bảng 3.18: Ảnh hưởng của nồng độ NH4Cl đến khả năng khử NO3- thành NO2- .... 53
Bảng 3.19: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất khử xác định nitrat ........................ 54
Bảng 3.20: Ảnh hưởng của ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định nitrat......... 56


Bảng 3.21: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrat ........................ 57
Bảng 3.22: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrit trong môi trường
khử ........................................................................................................................ 59
Bảng 3.23. Đánh giá độ lặp lại của phép đo với dung dịch chuẩn dùng kit thử NO3-61
Bảng 3.24. Đánh giá độ lặp lại của phép đo với mẫu thực dùng kit thử nitrat......... 62
Bảng 3.25. Kết quả phân tích mẫu thực tế đánh giá độ đúng của phương pháp phân
tích nitrat ............................................................................................................... 62
Bảng 3.26: Độ bền của hỗn hợp kit nitrat theo thời gian ........................................ 63
Bảng 3.27: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu
indothymol ............................................................................................................ 66
Bảng 3.28: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào pH khi xác định amoni .......... 67
Bảng 3.29: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang xác định amoni vào lượng thymol 68
Bảng 3.30: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang xác định amoni vào natri nitroprussiat 69
Bảng 3.31: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang xác định amoni vào lượng NaClO 0,5%
..............................................................................................................................69
Bảng 3.32: Ảnh hưởng của ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định amoni ....... 71
Bảng 3.33: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ NH4+-N .................... 73
Bảng 3.34: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu
indothymol ............................................................................................................ 75
Bảng 3.35: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào C NH4+-N khi dùng kit thử ....... 76
Bảng 3.36: Kết quả phân tích amoni trong PTN và ngoài hiện trường ..................78
Bảng 3.37: Đánh giá độ lặp lại với dung dịch tiêu chuẩn khi sử dụng kit thử amoni78
Bảng 3.38: Đánh giá độ lặp lại với mẫu thực khi sử dụng kit thử amoni ................ 79

Bảng 3.39. Kết quả phân tích mẫu thực tế đánh giá độ đúng của phương pháp phân
tích amoni.............................................................................................................. 79
Bảng 3.40: Độ bền của hỗn hợp kit amoni theo thời gian....................................... 81
Bảng 3.41: Xác định nitrit trong mẫu tự tạo trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM –
MT ........................................................................................................................ 84


Bảng 3.42: Xác định nitrat trong mẫu tự tạo trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM
– MT ..................................................................................................................... 85
Bảng 3.43: Xác định nitrit trong mẫu tự tạo có mặt chất khử trên máy UV – VIS
1650 PC và DPM – MT......................................................................................... 85
Bảng 3.44: Xác định amoni trong mẫu tự tạo trên máy UV-VIS 1650 PC và DPMMT ........................................................................................................................ 86
Bảng 3.45: Kết quả đo mẫu thực với kit thử nitrit .................................................. 88
Bảng 3.46: Kết quả đo mẫu thực với kit thử nitrat ................................................. 89
Bảng 3.47: Kết quả đo amoni trong mẫu thực........................................................ 90


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ mạch nguyên tắc hoạt động của máy PN01 .................................. 23
Hình 3.1: Phổ hấp thụ của phức màu giữa nitrit và thuốc thử Griees...................... 34
Hình 3.2 : Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của phức màu azo................. 35
Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc thử đến độ hấp thụ quang xác định nitrit
.............................................................................................................................. 36
Hình 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới độ hấp thụ quang xác định nitrit
.............................................................................................................................. 38
Hình 3.5: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrit ........................... 41
Hình 3.6: Đường chuẩn xác định nitrit với thuốc thử Griess .................................. 41
Hình 3.7 : Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu azo........ 44
Hình 3.8: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ NO2- ........................... 45
Hình 3.9: Đường chuẩn xác định nitrit với kit thử.................................................. 45

Hình 3.10: Đồ thị đảm bảo chất lượng (QC) về độ bền của hỗn hợp kit nitrit theo
thời gian ................................................................................................................ 50
Hình 3.11: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang xác định nitrat vào lượng NH4Cl ......... 53
Hình 3.12: Đồ thị sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang xác định nitrat vào thời gian
khử. ....................................................................................................................... 54
Hình 3.13: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrat khi dùng kit thử57
Hình 3.14: Đường chuẩn xác định nitrat với kit thử ............................................... 58
Hình 3.15: Đường chuần nitrit với kit thử khi có và không có mặt chất khử .......... 59
Hình 3.16: Mối tương quan độ hấp thụ quang xác định nitrit khi có và không có
chất khử................................................................................................................. 60
Hình 3.17: Đồ thị đảm bảo chất lượng (QC) về độ bền của hỗn hợp kit nitrat theo
thời gian ................................................................................................................ 64
Hình 3.18: Phổ hấp thụ quang của phức màu indothymol ...................................... 65
Hình 3.19: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu ............. 66
Hình 3.20: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào pH khi xác định amoni........... 67
Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn độ hấp thụ quang vào lượng thuốc thử thymol ........... 68


Hình 3.22: Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào lượng natri nitropussiat ...... 69
Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lượng chất oxy hóa NaClO tới độ hấp
thụ quang............................................................................................................... 70
Hình 3.24: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ amoni ....................... 73
Hình 3.25: Đường chuẩn xác định amoni với thuốc thử indothymol ...................... 73
Hình 3.26: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu
indothymol ............................................................................................................ 75
Hình 3.27: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào CNH4+-N khi dùng kit thử......... 76
Hình 3.28: Đường chuẩn xác định amoni với kit thử ............................................. 77
Hình 3.29: Đồ thị đảm bảo chất lượng (QC) về độ bền của hỗn hợp kit amonit theo
thời gian ................................................................................................................ 82
Hình 3.30: Kit thử nitrit và hướng dẫn sử dụng...................................................... 82

Hình 3.31: Kit thử nitrat và hướng dẫn sử dụng ..................................................... 83
Hình 3.32: Kit thử amoni và hướng dẫn sử dụng ................................................... 83
Hình 3.33 : Xác định nitrit trong mẫu tự tạo trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM –
MT ........................................................................................................................ 84
Hình 3.34: Xác định nitrat trong mẫu tự tạo bằng trên máy UV – VIS 1650 PC và
DPM – MT............................................................................................................ 85
Hình 3.35: Xác định nitrit trong mẫu tự tạo có mặt chất khử trên máy UV – VIS
1650 PC và DPM – MT......................................................................................... 86
Hình 3.36 : Xác định amoni trong mẫu tự tạo trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM
– MT ..................................................................................................................... 87


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Tên viết tắt
% RSD

Tên tiếng anh

Tên Tiếng việt

% Relative standard deviation

% Độ lệch chuẩn tương đối

LOD

Limit of Detection

Giới hạn phát hiện

LOQ

Limit of Quantification

Giới hạn định lượng

Abs

Absorbance

Độ hấp thụ quang


MỞ ĐẦU
Trong môi trường nước nitơ tồn tại ở nhiều dạng hợp chất khác nhau nhưng
có thể chia thành hai nhóm lớn đó là nitơ vô cơ và nitơ hữu cơ. Nitơ vô cơ tồn tại ở
ba dạng chính đó là: amoni (NH4+); nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-).
Amoni không gây độc trực tiếp cho con người nhưng sản phẩm chuyển hóa
từ amoni là nitrit và nitrat là yếu tố gây độc. Nitrat tạo chứng thiếu vitamin và có
thể kết hợp với các amin để tạo thành nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở
người cao tuổi [6].
Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ, hoặc qua nước dùng
để pha sữa. Khi vào cơ thể, nitrat chuyển hóa thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột.
Ion nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khỏe con người. Khi tác dụng với
các amin hay ankyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo thành các hợp
chất chứa nitơ gây ung thư [26].
Trong cơ thể nitrit có thể ôxi hóa sắt II ngăn cản quá trình hình thành
Hemoglobin làm giảm lượng ôxi trong máu có thể gây ngạt, nôn, khi nồng độ cao
có thể dẫn đến tử vong.
Có rất nhiều phương pháp để xác định amoni, nitrat và nitrit như phương

pháp trắc quang, phương pháp cực phổ, phương pháp điện cực chọn lọc ion, phương
pháp sắc kí, phương pháp phân tích bơm mẫu vào dòng chảy… trong các đối tượng
mẫu khác nhau. Các phương pháp này có độ nhạy tốt, nhưng cần thiết phải có điều
kiện phân tích nghiêm ngặt, máy móc và trang thiết bị hiện đại, cồng kềnh, mất
nhều thời gian. Bên cạnh đó, việc lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu ảnh hưởng
đến sự tồn tại các dạng nitơ trong nước.
Hiện nay ở các nước như Mỹ, Đức, Nhật . . . người ta đã sản xuất ra các kit
thử xác định nhanh amoni, nitrat và nitrit dựa trên phản ứng tạo phức màu của chất
phân tích với thuốc thử, kết hợp thang đo màu để phân tích bán định lượng. Tuy
nhiên, khi về Việt Nam giá thành của các bộ kit tăng lên đáng kể và khó đặt mua.

1


Ở Việt Nam hiện nay cũng có bộ kit thử phân tích amoni, nitrat và nitrit của
Bộ Công An sản xuất, tuy nhiên bộ kit cũng chỉ dùng phân tích định bán định
lượng.
Với mục đích chế tạo kit thử amoni, nitrat và nitrit kết hợp máy đo quang
cầm tay để có thể xác định lượng vết amoni, nitrit và nitrat trong mẫu nước ngoài
hiện trường với thời gian phân tích ngắn, giảm hóa chất độc hại, giảm sai số do
chuyển hóa các dạng nitơ trong quá trình vận chuyển và bảo quản mẫu, đơn giản
hóa dụng cụ phòng thí nghiệm, giảm chi phí phân tích, tiện lợi, linh hoạt và phù hợp
với điều kiện phân tích ở nước ta, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên
cứu chế tạo kit thử định lượng amoni, nitrit và nitrat trong nước”.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu chế tạo kit thử dạng bột, hạn chế tối đa
dung dịch, sử dụng dụng cụ phân tích đơn giản để xác định lượng vết amoni, nitrit
và nitrat trong nước ngay tại hiện trường bằng cách kết hợp với máy đo quang cầm
tay.

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về nitrit, nitrat và amoni
1.1.1. Tính chất lí, hóa học của nitrit, nitrat và amoni
1.1.1.1. Tính chất lí, hóa học của nitrit
Trong muối nitrit nguyên tử N ở trạng thái lai hóa sp2, hai obitan lai hóa
tham gia tạo thành liên kết σ với hai nguyên tử O và một obitan lai hoá có cặp
electron tự do. Một obitan 2p còn lại không lai hoá của nitơ có một electron độc
thân tạo nên liên kết π không định chỗ với hai nguyên tử oxy.

Nhờ có cặp electron tự do ở nitơ, ion NO2- có khả năng tạo liên kết cho nhận
với ion kim loại. Một phức chất thường gặp là natricobantinitrit Na3[Co(NO2)6].
Đây là thuốc thử dùng để phát hiện ion K+ nhờ tạo thành kết tủa K3[Co(NO2)6] màu
vàng.
Nitrit kim loại kiềm bền với nhiệt, chúng không phân hủy khi nóng chảy mà
chỉ phân hủy ở trên 5000C. Nitrit của kim loại khác kém bền hơn, bị phân hủy khi
đun nóng, chẳng hạn như AgNO2 phân hủy ở 1400C, Hg(NO2)2 ở 750C [4, 10].
Axit nitrơ không bền, nhanh chóng bị phân hủy, nhất là khi đun nóng:
3 HNO2 → HNO3 +2NO + H2O
Bởi vậy khi khí NO2 tan trong nước thì thực tế tạo nên HNO3 và NO theo
phản ứng:
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
Trong dung dịch nước, axit nitrơ là một axit yếu (Kb= 4,5.10-4), hơi mạnh
hơn axit cacbonic. Do không bền, axit nitrơ rất hoạt động về mặt hóa học. Nó vừa
có tính oxi hóa vừa có tính khử.

3

Axit nitrơ oxi hóa được dung dịch HI đến I2, dung dịch SO2 đến H2SO4, ion
Fe2+ đến ion Fe3+… còn bản thân nó biến thành NO. Với những chất oxi hóa mạnh
như KMnO4, MnO2, PbO2, axit nitrơ bị oxi hóa đến axit nitric.
Các muối nitrit bền nhiệt hơn HNO2 và có thể tồn tại độc lập. Phần lớn các
nitrit tan tốt trong nước, trừ AgNO2. Nitrit của các kim loại kiềm nóng chảy không
phân hủy. Cũng như ion NO2-, đa số muối nitrit không có màu.
Trong môi trường axit, muối nitrit có tính oxi hóa và tính khử như axit nitrơ.
Muối NaNO2 được dùng rộng rãi trong công nghiệp hóa học, nhất là công
nghiệp nhuộm azo [4].
1.1.1.2. Tính chất lí, hóa học của nitrat
Trong muối nitrat, ion NO3- có cấu tạo hình đa giác đều với góc ONO bằng
1200 và độ dài liên kết N-O bằng 1,218 A0. Trong đó nguyên tử nitơ ở trạng thái lai
hóa sp2, ba obitan lai hóa tạo thành ba liên kết σ với ba nguyên tử oxi. Obitan 2p
còn lại ở nguyên tử nitơ tạo nên một liên kết π không định chỗ với nguyên tử oxi
[4, 10].
Muối nitrat khan của kim loại kiềm khá bền với nhiệt (chúng có thể thăng
hoa trong chân không ở 380 – 500oC). Còn các nitrat của kim loại khác dễ phân hủy
khi đun nóng.
Nitrat là muối của axit kém bền HNO3. HNO3 bị thủy phân dưới tác dụng
của ánh sáng, dung dịch có màu vàng. Trong nước, HNO3 là axit mạnh nên phân li
hoàn toàn.
Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước và là chất điện li mạnh. Trong dung
dịch, chúng phân li hoàn toàn thành các ion. Ion NO3- không có màu, nên màu của
một số muối nitrat là do màu của cation kim loại trong muối tạo nên.
Một số muối nitrat như NaNO3, NH4NO3, ... hấp thụ hơi nước trong không khí
nên dễ bị chảy rữa. Các muối nitrat dễ bị phân hủy. Độ bền nhiệt của muối nitrat
phụ thuộc vào bản chất của cation tạo muối.
Muối nitrat của các kim loại hoạt động mạnh (kali, natri,...) bị phân hủy
thành muối nitrit và oxi. Muối nitrat của magie, kẽm, sắt, chì, đồng,... bị phân hủy

4


thành oxit kim loại tương ứng, NO2 và O2. Muối nitrat của bạc, vàng, thủy ngân,...
bị phân hủy thành kim loại tương ứng, khí NO2 và O2 [4].
2 NaNO3 →2 NaNO2 + O2
2 Pb(NO3)2→ 2 PbO +4 NO2 + O2
Hg(NO3)2 → Hg +2NO2 + O2
Ở nhiệt độ cao, muối nitrat phân hủy ra oxi nên chúng là các chất oxi hóa
mạnh. Khi cho than nóng đỏ vào muối kali nitrat nóng chảy, than bùng cháy.
Ion NO3- trong môi trường axit có khả năng oxi hoá như axit nitric.
Trong môi trường trung tính muối nitrat hầu như không có khả năng ôxi hóa,
nhưng trong môi trường kiềm có thể bị Al, Zn khử đến NH3.
4 Zn + NO3- + 7 OH- → 4 ZnO2- + NH3 + 2 H2O
Do tính chất oxi hóa trong môi trường axit, nitrat còn có khả năng tham gia
nitro hóa với một số chất hữu cơ như: axit sulfosalicilic, diphenylamin, antipyrin.
Khi chuyển về môi trường kiềm sản phẩm của quá trình nitro hóa sẽ có màu. Đây là
cơ sở cho phản ứng định lượng nitrat bằng phương pháp trắc quang [30].
1.1.1.3. Tính chất lí, hóa học của amoni
Ion amoni NH4+ có cấu tạo hình tứ diện đều với bốn nguyên tử H ở đỉnh và
nguyên tử nitơ trung tâm, có bán kính ion là 1,43 Ao, gần tương đương với các ion
kim loại Rb+= 1,48 và K+ = 1,44 Ao. Do đó muối amoni giống với muối kim loại
kiềm. Chúng thường có kiến trúc kiểu NaCl hay kiểu CsCl. Hầu hết các muối amoni
đều dễ tan và phân li mạnh ở trong nước [10].
Muối amoni tan tốt trong nước, NH4+ bị thủy phân tạo môi trường axit.
NH4+ + H2O

NH3 + H3O+ K =5,5.10-10

Các muối amoni khác với muối kim loại kiềm là đều kém bền với nhiệt. Tùy

thuộc vào bản chất của axit tạo nên muối phản ứng nhiệt phân có thể xảy ra một
cách khác nhau.
Các muối (NH4)2CO3, NH4HCO3 phân hủy ngay ở nhiệt độ thường thành
NH3(k), CO2(k) và H2O.

5


Muối amoni trong thực tế được dùng nhiều để làm phân đạm, một số muối
đặc trưng quan trọng là NH4Cl, (NH4)2SO4 và NH4NO3 [4].
1.1.2. Độc tính của nitrit và nitrat và amoni
Amoni trong nước tồn tại ở 2 dạng: không ion hoá (NH3) và ion hoá (NH4+).
Độc tính của amoni phụ thuộc vào dạng tồn tại của nó trong nước. Các phân tử NH3
độc hơn so với NH4+, điều này phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của nước. Ion NH4+ ít
độc hại hơn và tồn tại ở pH thấp hơn. Khi pH tăng từ 7-8 thì có sự chuyển NH4+
thành NH3.
Sự có mặt của amoni trong nước bề mặt gây ra khó khăn trong việc xử lý
nước uống do muốn xử lý chúng cần có clo, amoni có thể kết hợp với clo tạo ra
cloramin làm cho hiệu quả khử trùng giảm đi rất nhiều so với clo gốc [7].
Amoni không gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người, nhưng trong
quá trình khai thác, lưu trữ và xử lý…amoni được chuyển hoá thành nitrit (NO2-) và
nitrat (NO3-) là những chất có tính độc hại tới con người.
Trong nước ngầm amoni không thể chuyển hoá được do thiếu oxy, khi khai
thác lên vi sinh vật trong nước, oxy trong không khí sẽ chuyển amoni thành nitrit
và nitrat.
Nitrat và nitrit là những tác nhân gây ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng và
là một trong những nguyên nhân gây ra hai loại bệnh: methaemoglobinemia: hội
chứng da xanh ở trẻ sơ sinh và ung thư dạ dày ở người lớn [5].
Khi đi vào cơ thể, nitrat tham gia phản ứng khử ở dạ dày và đường ruột do
tác dụng của các men tiêu hoá sinh ra nitrit. Nitrit sinh ra phản ứng với Hemoglobin

tạo thành methaemoglobinemia làm mất khả năng vận chuyển oxi của Hemoglobin.
Thông thường Hemoglobin chứa Fe2+, ion này có khả năng liên kết với oxi.
Khi có mặt NO2- nó sẽ chuyển hoá thành Fe3+ làm cho hồng cầu không làm được
nhiệm vụ chuyển tải oxi. Nếu duy trì lâu sẽ dẫn tới tử vong [8].
4HbFe2+(O2) +4NO2- + 2H2O → 2HbFe3+ + OH- +4NO3- +O2

6


Sự tạo thành methaemoglobinemia đặc biệt thấy rõ ở trẻ em. Trẻ em mắc
chứng bệnh này thường xanh xao và dễ bị đe doạ đến cuộc sống đặc bệt là trẻ dưới
6 tháng tuổi.
Ngoài ra, NO2 trong cơ thể dễ tác dụng với các axit amin tạo thành
nitrosamine một hợp chất gây ung thư [6, 26].

Các hợp chất nitroso được tạo thành từ các amin bậc hai và các axit nitrơ
(HNO2) có thể trở nên bền vững hơn nhờ tách lại proton để trở thành nitrosamine.
Các amin bậc ba trong môi trường axit yếu ở pH = 3 - 6 với sự có mặt của
các ion nitrit chúng dễ dàng phân huỷ thành andehit và amin bậc hai. Sau đó amin
bậc hai tiếp tục chuyển thành nitrosamin.
Do độc tính của amoni, nitrit và nitrat mà các tổ chức y tế thế giới và các
quốc gia đều có những qui định về hàm lượng của các ion này trong nước. Ở Việt
Nam, Bộ Tài Nguyên Môi Trường, Bộ Y tế đã ban hành các quy chuẩn và tiêu
chuẩn về hàm lượng cho phép amoni, nitrit và nitrat như sau:
Bảng 1.1: Giới hạn cho phép hàm lượng amoni, nitrit và nitrat trong nước
Nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT)

Nước ngầm

Nước uống

(QCVN

(QCVN

09:2008/BTNMT)

01:2009/BYT)

Ion

Sinh hoạt

Mục đích khác

NH4+ - N

0,1 (mg/l)

1,0 (mg/l)

0,1 (mg/l)

NH4+

3,0 (mg/l)

NO2- - N

0,01(mg/l)

0,05 (mg/l)

1,0 (mg/l)

NO2-

3,0 (mg/l)

NO3- - N

2,0 (mg/l)

15 (mg/l)

15 (mg/l)

NO3-

50 (mg/l)

1.1.3. Chu trình sinh hóa của Nitơ trong môi trường
Trong môi trường nước, nitơ là chất dinh dưỡng vô cùng cần thiết cho nhiều
loại thực và động vật, nhưng sự dư thừa nitơ (hiện tượng phú dưỡng) sẽ dẫn đến sự
ô nhiễm, ảnh hưởng tới môi trường nước.

7


Khí nitơ trong khí quyển có thể bị oxi hóa thành dạng có hoạt tính sinh học

hơn và nhiều hơn dưới dạng NO trong các cơn bão, sau đó bị hòa tan vào nước và
rơi xuống mặt đất cùng với nước mưa.
Các nguồn phát thải nitơ chủ yếu tới từ khí quyển, phân đạm dư thừa, nước
thải từ trang trại, cơ sở chăn nuôi, khu công nghiệp, dân cư, xe cộ…[17].
Một vài loại cây có khả năng cố định nitơ từ khí quyển, hầu hết tại mọi thời
điểm nitơ vô cơ (NH4+ và NO3-) trong đất thường chỉ tồn tại một lượng nhỏ do sự
hấp thụ nhanh của thực vật và vi sinh vật.
Nitơ hữu cơ có thể có nhiều hơn trong đất vì dạng này không thích hợp cho
thực vật sử dụng. Đầu tiên nitơ hữu cơ phân hủy thành NH4+ bởi các vi khuẩn gọi là
quá trình khoáng hóa. NH4+ sau đó bị ôxi hóa sinh ra NO3- trong môi trường có O2,
với NO2- và NO là các dạng trung gian. Nitơ được chuyển hóa vào đất dưới dạng
các ion NO3-, một vài trường hợp dưới dạng NH4+, sau đó tới được tầng nước ngầm.
Nitơ trở lại khí quyển từ đất hoặc từ biển thông qua quá trình đề nitơ hóa
gồm nhiều bước trong đó NO3- bị khử thành N2 bởi các vi khuẩn trong môi trường
thiếu ôxi hình thành các sản phẩm trung gian như NO2, N2O, NO [25].
Nitơ cũng có thể trở lại khí quyển thông qua quá trình ôxi hóa amoni trong
môi trường thiếu ôxi, trong đó vi khuẩn ôxi hóa NH4+ cùng với NO2- sinh ra khí N2
và nước.
1.2. Các phương pháp phân tích nitrit, nitrat và amoni trong phòng thí nghiệm
1.2.1. Phương pháp phân tích thể tích và trọng lượng
1.2.1.1. Xác định nitrit
Nitrit có thể tạo thành muối khó tan với 2,4- điamino-6 oxypyridin là 2,4điamino - 5 - nitrozo - 6 oxypyridin. Sấy khô muối ở nhiệt độ 120 -140oC rồi xác
định trọng lượng của muối. Phương pháp phân tích này hầu như ít được nghiên cứu
vì thời gian phân tích quá dài, không thích hợp khi cần phân tích nhanh.
Ngoài ra, người ta còn xác định nitrit bằng phương pháp gián tiếp dựa trên
phản ứng:
3HNO2 + AgBrO3 → AgBr↓ + 3HNO3

8

Lọc lấy kết tủa AgBr, đem rửa bằng dung dịch H2SO4 (1:4) và sấy ở nhiệt độ
85-900C rồi đem cân. Từ lượng AgBr kết tủa ta tính được NO2- có trong dung dịch.
Phương pháp này chỉ áp dụng với những mẫu có chứa lượng lớn NO2.
Nitrit có thể được xác định dựa trên phản ứng oxi hóa nitrit thành nitrat bằng
dung dịch KMnO4. Điểm cuối của quá trình chuẩn độ được nhận biết bằng màu
hồng của pemanganat.
Phương trình chuẩn độ:
2 MnO4- + 5 NO2- + 6 H+→ 2 Mn2+ + 5 NO3- + 3 H2O
Trong môi trường axit ion NO2- bị phân hủy thành NO và NO2 theo phương
trình:
NO2- + H+ + HNO2 → NO + NO2 + H2O
Do đó cần phải đảo ngược thứ tự phản ứng (nhỏ từ từ dung dịch NO2- vào
dung dịch MnO4- trong môi trường axit)[11, 24].
Phương pháp này có độ nhạy thấp và tính chọn lọc kém vì thường dung dịch
có rất nhiều ion có khả năng bị KMnO4 oxi hóa. Hơn nữa hàm lượng nitrit không
lớn nên khó có thể áp dụng phương pháp chuẩn độ để xác định nitrit. Do đó phương
pháp chuẩn độ thường dùng để xác định lại nồng độ dung dịch chuẩn gốc.
1.2.1.2. Xác định nitrat
Người ta có thể xác định nitrat theo phương pháp này dựa trên phản ứng khử
NO3- về các trạng thái oxi hoá thấp hơn bằng các chất khử thích hợp. Sau đó tiến
hành phép chuẩn độ (có thể sử dụng chuẩn độ trực tiếp hay chuẩn độ ngược).
Với phép chuẩn độ ngược thì một lượng chính xác dung dịch chuẩn Fe2+
được cho dư so với lượng cần thiết vào dung dịch mẫu. Sau đó lượng dư Fe2+ được
chuẩn độ bằng dung dịch Cr2O72- với chất chỉ thị là ferroin. Các phản ứng xảy ra
như sau:
NO3- + 3Fe2++ 4H+

→ NO + 3Fe3+ + 2H2O

2Fe2+ + Cr2O72- + 14H+→ 6Fe3++ 2Cr3++ 7H2O
Phản ứng giữa Fe2+ và NO3- xảy ra nhanh hơn khi đung nóng dung dịch và có
mặt của lượng dư axit H2SO4 65%. Phương pháp đơn giản, dễ thực hiện. Cho phép

9


xác định lượng NO3- với nồng độ cao 10-3M đến 10-4M. Tuy nhiên, do NO sinh ra
phản ứng với oxi không khí tạo thành các chất có khả năng bị khử hay bị oxi hoá
bởi Fe2+ nên trong quá trình phản ứng và chuẩn độ phải được tiến hành trong môi
trường khí CO2. Điều này được thực hiện bằng cách thêm một lượng nhỏ NaHCO3
trước khi đun nóng và chuẩn độ. Phương pháp này có thể xác định cả lượng nhỏ và
lượng lớn NO3- trong mẫu phân tích [24].
1.2.1.3. Xác định amoni
Nếu trong mẫu, hàm lượng amoni lớn như amoni trong nguồn nước chưa xử
lý, nước uống, nước sinh hoạt, nước thải với khoảng nồng độ lớn hơn 10ppm có thể
xác định bằng phương pháp chuẩn độ sau khi chưng cất trong dung dịch mẫu (pH
6,0 – 7,4), có mặt MgO). Phương pháp này là phương pháp đơn giản, khá phổ biến
nhưng dễ gặp sai số nếu trong mẫu có ure, các amin dễ bay hơi [12].
Ngoài ra để xác định lượng nitơ trong muối amoni người ta tiến hành chưng
cất dung dịch muối amoni với lượng kiềm dư. Lượng amoni bay ra được thu vào
bình có chứa sẵn dung dich HCl hay H2SO4 (nồng độ chính xác) sau đó chuẩn độ
lượng axit dư bằng dung dịch kiềm hoặc cho dung dịch muối amoni phản ứng với
CHO và chuẩn độ lượng axit sinh ra bằng NaOH (chuẩn) với chỉ thị phenolphtalein
từ đó tính được NH4+ trong mẫu
2 (NH4)2SO4 + 6 HCHO → (CH2)6N4 + 2 H2SO4 + 6 H2O
H2SO4 + NaOH → Na2SO4 + 2H2O
Đây là phương pháp thông dụng và đơn giản nhất cho việc xác định amoni
trong dung dịch [22].
Cũng có thể xác định amoni bằng cách cho lượng dư hypobromit (BrO3-) vào

mẫu
BrO3- +2NH3

Br- + N2 + 3 H2O

→

Sau đó Br- phản ứng tiếp với BrO36H+ + BrO3- + 5Br- → 3Br2 + 3H2O
Br2 sinh ra phản ứng với I- trong môi trường H+ cho ra I2
Br2

+ 2 I- + 2H+ →

10

I2 + HBr


Chuẩn độ lượng I2 bằng Na2S2O3 sau đó từ lượng Na2S2O3 sẽ tính được
lượng amoni ban đầu
I2

+ Na2S2O3

→

2NaI + Na2S4O6

1.2.2. Phương pháp trắc quang
1.2.2.1. Xác định nitrit

* Thuốc thử Griess
Thuốc thử Griess là hỗn hợp axit sunfanilic và α- naphtylamin hòa tan trong
axit axetic 10%. Đầu tiên ion nitrit phản ứng với axit sunfanilic tạo thành muối
điazo:

Sau đó muối này phản ứng với α-naphtylamin tạo thành hợp chất azo có mầu hồng

Độ hấp thụ quang được đo ở bước sóng 520nm. Phản ứng thường được tiến
hành ở pH khoảng 1,7 – 3 và ở khoảng nhiệt độ là 0 – 50C. Nhiệt độ càng cao phản
ứng xảy ra càng nhanh nhưng lại dễ dàng bị phân huỷ thành các hợp chất khác.
Phương pháp có độ chọn lọc cao, khi có một lượng rất lớn (thường gấp 100 lần)
cloamin, clo, thiosunfat, natrithyophotphat và Fe3+ thì sai số của phương pháp là
10% [29].
Ngoài thuốc thử Griess, người ta còn có thể sử dụng dẫn xuất của Griss như
hỗn hợp thuốc thử 4 - amino benzene sunfonamit (NH2C6H4SO2NH2) và N-(1naphtyl) - 1,2 diaminoetan hidroclorua (C10H7NH-CH2-CH2-NH2.HCl). Khi sử dụng
hỗn hợp thuốc thử này có màu tím hồng ở pH = 1,9 ± 0,1 và cực đại hấp thụ ở 540
nm [24, 29, 33].

11


* Thuốc thử axit barbituric
Nitrit phản ứng với axit barbituric trong môi trường axit tạo ra violuric (dẫn
xuất nitrosoaxit), trong nước có màu tím. Độ hấp thụ quang được đo ở bước sóng
310 nm, khoảng tuyến tính 0,00 - 3,22 ppm. Hệ số hấp thụ mol phân tử là 15330 ±
259,7 (95%). Phương pháp này áp dụng thành công để xác định nitrit trong nước tự
nhiên. Giới hạn định lượng là 1,66µg NO2- trong 100ml dung dịch làm việc tương
ứng với lượng tối thiểu 9,5 ppb NO2- trong mẫu nước. Nếu nồng độ nitrit thấp (3,0
µg NO2-/1l mẫu) thì ta sử dụng phương pháp pha loãng mẫu với RSD thấp hơn 0,5
% [15].

Phương trình phản ứng

1.2.2.2. Xác định nitrat
* Thuốc thử axit phenoldisulfonic
Trong môi trường axit sunfuric đậm đặc, nitrat tham gia phản ứng với axit
phenoldisulfonic tạo thành phức chất không màu nitrophenoldisulfonic. Ở môi
trường bazơ mạnh phức này có màu vàng bền trong vòng 15-20 phút và được đo
bằng quang phổ kế ở bước sóng λ= 410 nm [37].

12