NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ PHÂN TÍCH XỬ LÍ FLORUA TRONG NƯỚC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ...
KHOA ...


NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ PHÂN TÍCH XỬ LÍ
FLORUA TRONG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Họ và tên:……………………….
Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số:………………………….
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:……….


………..,Năm 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ...
KHOA ...


NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ PHÂN TÍCH XỬ LÍ
FLORUA TRONG NƯỚC

Họ và tên:……………………….
Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số:………………………….
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:……….

………,Năm 2018


LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. …………,
người đã hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu và
tận tình giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên và chỉ
bảo rất nhiệt tình của các anh chị đi trước và tất cả bạn bè.
Mặc dù đã cố gắng nỗ lực hết sức mình, song chắc chắn
luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận
được sự thông cảm và chỉ bảo tận tình từ quý thầy cô và các
bạn.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU..................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
...................................................................................................
2
1.1. Vài nét về sự phân bố của flo trong tự nhiên.
.................................................................................................
2
1.2. Độc tính của florua
.................................................................................................
3
1.3. Tính chất của ion florua
.................................................................................................
5

1.3.1. Axit flohidric và các muối florua
..............................................................................................
5
1.3.2. Khả năng tạo phức của ion F..............................................................................................
8
1.4. Các phương pháp phân tích florua trong môi trường
nước
...............................................................................................
10
1.4.1. Phương pháp phân tích trắc quang
.............................................................................................
10
1.4.2. Phương pháp điện thế dùng điện cực chọn lọc ion
.............................................................................................
10


1.4.3. Phương pháp chuẩn độ complexon (Xác định florua
bằng PbCl2)
.............................................................................................
11
1.4.4. Phương pháp xác định vi lượng flo
.............................................................................................
12
1.5. Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích so màu xác
định nhanh florua trong
nước
...............................................................................................
14
1.5.1. Sự tạo phức của ion kim loại với các thuốc thử hữu

cơ và sự phân hủy bởi F14
1.5.2. Một số thuốc thử hữu cơ tạo phức màu với Zirconi
ứng dụng trong phân tích
florua
.............................................................................................
16
1.6. Phương pháp thống kê xử lý các số liệu thực nghiệm
...............................................................................................
19
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM
..................................................................................................
21
2.1. Hóa chất và dụng cụ
...............................................................................................
21


2.1.1. Hóa chất
.............................................................................................
21
2.1.2. Dụng cụ
.............................................................................................
22
2.2. Nội dung và phương pháp thực nghiệm
...............................................................................................
23


2.2.1. Nội dung
.............................................................................................

23
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu
.............................................................................................
23
2.2.2.1. Phương pháp SPADNS
..........................................................................................
24
a. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ thuốc thử
........................................................................................
24
b. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung dịch florua
........................................................................................
24
c. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới sự thay đổi màu
........................................................................................
25
2.2.2.2. Phương pháp Xylenol da cam
..........................................................................................
25
a. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ thuốc thử
........................................................................................
25
b. Khảo sát ảnh hưởng thể tích dung dịch florua
........................................................................................
25
2.2.2.3. Phương pháp Alizarin đỏ S
..........................................................................................
26

a. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ thuốc thử và thể tích dung
dịch florua
........................................................................................
26
b. Khảo sát ảnh hưởng sự thay đổi màu theo thời gian
........................................................................................
26
c. Khảo sát sự ảnh hưởng của các ion cạnh tranh tới
phương pháp
........................................................................................
26
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
..................................................................................................
28
3.1. Phương pháp SPADNS
...............................................................................................
28
3.1.1. Ảnh hưởng thay đổi tỷ lệ thuốc thử trong phương
pháp SPADNS
.............................................................................................
28
3.1.2. Ảnh hưởng thay đổi thể tích dung dịch florua trong
phương pháp SPADNS
29
3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian tới sự thay đổi màu trong
phương pháp SPADNS
31
3.1.4. Đánh giá sai số của phương pháp

.............................................................................................
32
3.2. Phương pháp xylenol da cam
...............................................................................................
32
3.2.1. Ảnh hưởng tỷ lệ thuốc thử đối với phương pháp
xylenol da cam
.............................................................................................
32
3.2.2. Ảnh hưởng thể tích dung dịch florua đối với phương
pháp xylenol da cam 33


3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian tới sự thay đổi màu trong
phương pháp xylenol da
cam
.............................................................................................
35
3.2.4. Đánh giá sai số của phương pháp
.............................................................................................
36
3.3. Phương pháp alizarin đỏ S
...............................................................................................
37
3.3.1. Khảo sát tỷ lệ thuốc thử và thể tích dung dịch florua
đối với phương pháp
alizarin đỏ S
.............................................................................................
37
3.3.2. Ảnh hưởng thời gian trong phương pháp alizarin đỏ S

.............................................................................................
40
3.3.3. Đánh giá sai số của phương pháp
.............................................................................................
42
3.3.4. Ảnh hưởng của các ion lạ
.............................................................................................
43
3.4. Xây dựng thử nghiệm bộ phân tích nhanh florua trong
nước
...............................................................................................
44


a. Thành phần bộ phân tích nhanh florua trong nước
.............................................................................................
44
b. Qui trình phân tích
.............................................................................................
45
c. Giới hạn nồng độ nhận biết và các yếu tố ảnh hưởng
.............................................................................................
45
KẾT LUẬN
.................................................................................................
46
TÀI LIỆU THAM KHẢO
.................................................................................................
47

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ thuốc thử trong phương
pháp SPADNS
..................................................................................................
24
Bảng 2.2: Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ thuốc thử và thể tích dung
dịch florua trong
phương pháp alizarin đỏ S
..................................................................................................
26
Bảng 3.1: Mật độ quang khi thay đổi tỷ lệ thuốc thử trong
phương pháp SPADNS
..................................................................................................
28
Bảng 3.2: Mật độ quang khi thay đổi thể tích dung dịch florua
trong phương pháp
SPADNS.
..................................................................................................
30
Bảng 3.3: Mật độ quang theo thời gian trong phương pháp
SPADNS
..................................................................................................
31
Bảng 3.4: Thông số thống kê của phương pháp SADNS.
..................................................................................................
32
Bảng 3.5: Mật độ quang khi thay đổi tỷ lệ thuốc thử trong
phương pháp xylenol da
cam.

..................................................................................................
33
Bảng 3.6: Mật độ quang khi thay đổi thể tích dung dịch florua
trong phương pháp
xylenol da cam
..................................................................................................
34
Bảng 3.7: Mật độ quang theo thời gian trong phương pháp
xylenol da cam.
..................................................................................................
36
Bảng 3.8: Thông số thống kê của phương pháp Xylenol da cam
..................................................................................................
37
Bảng 3.9: Mật độ quang khi thay đổi tỷ lệ thuốc thử và thể tích
dung dịch florua trong
phương pháp alizarin đỏ S.
..................................................................................................
38
Bảng 3.10: Mật độ quang theo thời gian quang trong phương
pháp alizarin đỏ S
..................................................................................................
41
Bảng 3.11: Thông số thống kê trong phương pháp alizarin đỏ S
..................................................................................................
42
Bảng 3.12: Ảnh hưởng của các ion đến mật độ quang trong
phương pháp alizarin đỏ S.

43


DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1: Ảnh hưởng của tỷ lệ thuốc thử trong phương pháp
SPADNS
..................................................................................................
29
Hình 3.2: Ảnh hưởng của thể tích dung dịch florua trong
phương pháp SPADNS
..................................................................................................
30
Hình 3.3: Sự thay đổi màu sắc ở các nồng độ florua khác nhau
với tỷ lệ mẫu+ thuốc
thử là 10+1+1
.................................................................................................
31
Hình 3.4: Ảnh hưởng của thay đổi tỷ lệ thuốc thử đối với
phương pháp xylenol da cam
33
Hình 3.5: Ảnh hưởng thể tích dung dịch florua đối với phương
pháp xylenol da
cam
.................................................................................................
34
Hình 3.6: Sự thay đổi màu sắc ở các nồng độ florua khác nhau
trong phương pháp
xylenol da cam với tỷ lệ mẫu thuốc thử là 10+ 1+ 2
..................................................................................................
35

Hình 3.7: Ảnh hưởng của thời gian tới phương pháp xylenol da
cam
..................................................................................................
36
Hình 3.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ thuốc thử và thể tích dung dịch
florua tới mật độ quang
trong phương pháp alizarin đỏ S.
..................................................................................................
38
Hình 3.9: Sự thay đổi màu sắc ở các nồng độ florua khác nhau
trong phương pháp
alizarin đỏ S khi tỷ lệ mẫu+ thuốc thử là 10+ 0,5+ 1
..................................................................................................
39
Hình 3.10: Sự thay đổi màu sắc ở các nồng độ florua khác
nhau trong phương pháp
alizarin đỏ S khi tỷ lệ mẫu + thuốc thử là 20+ 1+ 1
..................................................................................................
39
Hình 3.11: Sự thay đổi màu sắc ở các nồng độ florua khác
nhau trong phương pháp
alizarin đỏ S khi tỷ lệ mẫu + thuốc thử là 10+ 0,5+ 0,5
..................................................................................................
39
Hình 3.12: Sự phụ thuộc mật độ quang vào thời gian trong
phương pháp alizarin đỏ S
41

Hình 3.13. Sự thay đổi màu sắc sau 5 phút trong phương pháp
alizarin đỏ S
..................................................................................................
41
Hình 3.14. Ảnh hưởng của các ion đến mật độ quang trong
phương pháp alizarin đỏ S.
43
Hình 3.15: Bảng màu xác định florua bằng phương pháp
alizarin đỏ S
..................................................................................................
45


MỞ ĐẦU
Thông thường, trên mặt đất, trong lòng đất và trong nước
đều chứa flo. Trung bình trong nước biển nguyên tố flo chiếm
khoảng 0,0001 % về khối lượng. Flo xâm nhập vào cơ thể
người qua đường nước uống, thức ăn và không khí, đáp ứng
nhu cầu phát triển bình thường của con người. Thiếu hụt hoặc
dư thừa flo đều gây ra các bệnh lý về răng và xương. Nếu flo
thâm nhập vào cơ thể con người quá mức cho phép sẽ gây ra
căn bệnh "ngộ độc flo", chủ yếu biểu hiện: răng ngả màu vàng,
ròn, dễ gãy và dễ rụng; đau buốt lưng, đùi, khớp xương khó cử
động, dễ bị dị hình, có thể gây ra các chứng rối loạn trao đổi
chất... Thông thường, mỗi ngày một người cần 1÷1,5 mg F,
trong đó 2/3 có trong nước uống, 1/3 có trong các loại thực
phẩm khác. Nếu hàm lượng flo trong nước uống nhỏ hơn 0,5
mg/l thì tỷ lệ trẻ mắc bệnh về răng sẽ cao, nếu lớn hơn 1 mg/l
thì tỷ lệ trẻ em mắc bệnh về răng khớp cũng sẽ cao. Khi phát

hiện nguồn nước của một khu vực nhiễm độc flo, việc xác định
nhanh hàm lượng flo là hết sức cần thiết. Hiện nay để phân
tích florua trong môi trường nước, thường phải mang mẫu về
phòng thí nghiệm phân tích, bằng các phương pháp đòi hỏi
máy móc và kỹ thuật cao. Chưa có phương pháp nào xác định
nhanh florua trong nước ngay tại hiện trường, vì vậy việc


nghiên cứu chế tạo bộ phân tích nhanh florua trong nước theo
chúng tôi là cần thiết và hữu ích. Đây chính là mục đích của đề
tài. Yêu cầu của phương pháp: đơn giản, dễ thực hiện, không
cần chuyên gia, trong thời gian ngắn, ngay tại hiện. Vì vậy,
chúng tôi nghiên cứu đề tài "Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm
bộ phân tích nhanh Florua trong nước". Chúng tôi hy vọng
đề tài sẽ được nghiên cứu phát triển và ứng dụng xác định hàm
lượng florua trong nước thải của các nhà máy cũng như nước
sinh hoạt ở một số địa phương.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Vài nét về sự phân bố của flo trong tự nhiên.
Flo là nguyên tố tương đối phổ biến, trữ lượng ở trong vỏ
Quả đất vào khoảng 0,02% tổng số nguyên tử. Phần lớn flo tập
trung vào hai khoáng vật chính là florit (CaF 2) và Criolit
(Na3[AlF6]). Trong cơ thể người flo chủ yếu ở trong xương và
men răng.
Flo là nguyên tố có tính chất hóa học rất linh hoạt, thường
có mặt ở khắp mọi nơi trong tự nhiên dưới các hình thức hợp

chất hóa học.
Trong nước thiên nhiên, hàm lượng flo thường nằm trong
khoảng 0,01 ÷ 0,3 mg/l có khi lên tới 9,7 mg/l. Hàm lượng flo
trung bình trong nước uống là 0,25 mg/l.
Các nguồn gây ô nhiễm florua:
- Từ hoạt động tự nhiên: Sự phong hóa các đá và khoáng vật
chứa flo như floapatit
[Ca10 F2( PO4)6], Criolit (Na3[AlF6]), Florit (CaF2) đã giải
phóng flo vào nước ngầm và sông suối làm tăng dần hàm
lượng flo trong nước. Khí florua được phát ra từ hoạt động núi
lửa.
- Từ hoạt động nhân tạo:


+Hoạt động sản xuất nông nghiệp: việc sử dụng dư thừa lượng
phân bón và hóa chất bảo vệ thực vật.
+Xử lý chất thải rắn có chứa flo bằng phương pháp tiêu hủy
phát thải các khí có chứa
flo theo nước mưa xuống ao, hồ, sông, suối, kênh rạch.
+Hoạt động sản xuất công nghiệp: nước thải của các nhà máy
xí nghiệp sản xuất phân bón, sản xuất axit photphoric, sản xuất
thủy tinh, gốm sứ, xi măng. Flo thường có trong vật liệu thô
cho các quá trính sản xuất trên. Chẳng hạn, sản xuất phân
photphat bằng sự
axit hóa quặng apatit với axit sunfuric giải phóng ra hiđro
florua theo phương trình sau đây là một ví dụ minh họa:
3[Ca3(PO4)2 ]CaF2 + 7H2SO4 = 3[Ca(H2PO4)2 ] +
7CaSO4 + 2HF

[1].

2


1.2. Độc tính của florua
Florua có các ảnh hưởng bệnh lý lên cả thực vật và động
vật.
Thực vật: là chất gây nguồn bệnh, florua gây ra sự phá hủy
diện rộng mùa màng. Nó chủ yếu được tập trung bởi thực vật ở
dạng khí (HF) qua khí khổng của lá, hòa tan vào pha nước của
các lỗ cận khí khổng và được vận chuyển ở dạng ion theo dòng
thoát hơi nước đến các đỉnh lá và các mép lá. Một số đi vào
các tế bào lá và tích tụ ở bên trong các bào quan của tế bào.
Các ảnh hưởng của florua đến thực vật rất phức tạp vì liên
quan đến nhiều phản ứng sinh hóa. Các triệu chứng thương tổn
chung là sự gây vàng đỉnh, mép lá và gây cháy lá. Nó cũng
làm giảm sự sinh trưởng phát triển của thực vật và sự nảy mầm
của hạt. Một trong số biểu hiện sớm ảnh hưởng phá hủy trong
thực vật của florua là sự mất clorophin, điều này liên quan đến
sự phá hủy của các lục lạp, ức chế sự quang tổng hợp. Florua
cũng có ảnh hưởng trực tiếp tới các enzim liên quan đến sự
glico phân, hô hấp và trao đổi chất của lipit và tổng hợp
protein (photpho glucomutaza, piruvat kinaza, sucxinic
dehidrogenaza, pirophotphataza, và ATPaza ti thể). Tất cả
những ảnh hưởng đó đã dẫn đến sự thất thu mùa màng.


Động vật: Mặc dù florua chỉ có tính độc tính cấp vừa phải đối
với động vật và không được xem là mối đe dọa đối với động
vật hoang dã, nó có thể đóng vai trò đe dọa quan trọng đối với
người và gia súc dưới những điều kiện nào đó. Các florua như

đã chỉ ra đối với nguyên nhân gây phá hủy nhiễm sắc thể và sự
đột biến trong các tế bào động và thực vật, dẫn đến ảnh hưởng
gây ra ung thư mạnh, mặc dù vậy, các vấn đề nghiêm trọng
nhất liên quan với sự nhiễm florua còn đang được tranh cãi,
nhưng nói chung là ảnh hưởng rối loạn bộ xương.
Sự ô nhiễm không khí có chứa florua có khả năng gây ra sự
phá hủy rộng lớn hơn đối với vật nuôi ở các nước công nghiệp
phát triển so với bất kỳ các chất ô nhiễm nào khác. Các triệu
chứng thấy rõ là: Sự vôi hóa khác thường của xương và răng;
bộ dạng cứng nhắc, thân mảnh, lông xù; giảm cho sữa, giảm
cân.
3


Con người: Bệnh nhiễm flo nghề nghiệp đã được chuẩn đoán ở
các công nhân làm việc
ởcác xí nghiệp, đặc biệt là các xí nghiệp luyện nhôm và sản
xuất phân bón photphat, mức nhiễm flo thường đạt tới 2.000
mg/kg.
Hàm lượng flo cao gây ngộ độc đối với con người. Nồng độ
flo trong nước uống nhỏ hơn 0,5 mg/l gây nên những thay đổi
bệnh lý về men răng. Liều lượng gây tử vong cho người là 0,5
g/kg thể trọng. Tuy nhiên, cũng có tài liệu cho rằng liều lượng
tử vong cho người là 2,5 g/kg thể trọng. Florua chủ yếu được
tích lũy ở các khớp cổ, đầu gối, xương chậu và xương vai, gây
ra sự khó khăn khi di chuyển hoặc đi bộ. Các triệu chứng của
xương nhiễm flo tương tự như cột sống dính khớp hoặc viêm
khớp, xương sống bị dính lại với nhau và cuối cùng nạn nhân
có thể bị tê liệt. Nó thậm chí có thể dẫn đến ung thư và cuối
cùng là cột sống lớn, khớp lớn, cơ bắp và hệ thần kinh bị tổn

hại như: thoái hóa sợi cơ, nồng độ hemoglobin thấp, dị dạng
hồng cầu, nhức đầu, phát ban da, thần kinh căng thẳng, trầm
cảm, các vấn đề về tiêu hóa và đường tiếp liệu, ngứa ran ở
ngón tay và ngón chân, giảm khả năng miễn dịch, xảy thai, phá
hủy các enzym [2].
Hàm lượng florua cao hơn 1,5 mg/l sẽ gây độc cho cá.


Nồng độ giới hạn cho phép (mg/l) [3]:
Nước uống: 1,0 ÷ 1,5 tùy theo tiêu chuẩn từng nước.
Nước uống dùng trong chăn nuôi: 0,7÷1,2

4