xác định đồng thời cod và nitrat trong nước thải sinh hoạt

Khóa luận tốt nghiệp

BẢNG KÍ HIỆU NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT

Bình phương tối thiểu thông
thường (classical least
square)

CLS

Bình phương tối thiểu nghịch
đảo (inverse least square)

ILS

Bình phương tối thiểu từng
phần (partial least square)

PLS

Hồi qui cấu tử chính
(principal component
regression)

PCR

Cấu tử chính (Principal
component)

PC

Kali hydro phthalat

KHPh

Limit of detection

LOD

Limit of quantity

LOQ

Biochemical oxygen demand

BOD

Chemical Oxygen Demand

COD

Chuyên ngành hóa phân tích

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Tiêu chuẩn thải nước khu vực dân cư 3
Bảng 2. Thông tin về các mẫu thực phân tích 21

Bảng 3. Độ hấp thụ quang của các mẫu dựng đường chuẩn xác định COD 31
Bảng 4. Kết quả các giá trị B’ 32
Bảng 5. Kết quả đo độ hấp thụ quang của 10 mẫu trắng 33
Bảng 6. Độ hấp thụ quang của KHPh ở 3 nồng độ khác nhau 33
Bảng 7. Kết quả đánh giá phương pháp xác định COD trên mẫu giả 33
Bảng 8. Độ hấp thụ quang của các mẫu dựng đường chuẩn xác định NO3- 34
Bảng 9. Kết quả các giá trị B’ 35
Bảng 10. Kết quả đo độ hấp thụ quang của 10 mẫu trắng 36
Bảng 11. Độ hấp thụ quang của NO3- ở 3 nồng độ khác nhau 37
Bảng 12. Kết quả đánh giá phương pháp xác định NO3- trên mẫu giả 37
Bảng 13. Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của KHPh và NO3- 39
Bảng 14. Ảnh hưởng của nồng độ đệm đến độ hấp thụ quang của các chỉ tiêu 40
Bảng 15. Ảnh hưởng của Cl- đến phép xác định hỗn hợp COD và NO3- 42
Bảng 16. Ảnh hưởng của PO43- đến phép xác định hỗn hợp hai chỉ tiêu 43
Bảng 17. Ảnh hưởng của SO42- đến phép xác định hỗn hợp hai chỉ tiêu 44
Bảng 18. Ảnh hưởng của NO2- đến phép xác định hỗn hợp hai chỉ tiêu 45
Bảng 19. Ảnh hưởng của Urê đến phép xác định hỗn hợp hai chỉ tiêu 46
Bảng 20. Kết quả loại trừ NO2- 47
Bảng 21. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của A vào nồng độ KHPh 48
Bảng 22. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định COD 49
Bảng 23. Kết quả đo độ hấp thụ quang của 10 mẫu trắng 50
Bảng 24. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của A vào nồng độ NO3- 51
Bảng 25. Kết quả xây dựng đường chuẩn của NO3- 52
Bảng 26. Kết quả đo độ hấp thụ quang của 10 mẫu trắng 52
Bảng 27. Ma trận nồng độ hai cấu tử KHPh, NO3- trong hỗn hợp 53
Bảng 29. Hàm lượng KHPh tìm được trong các hỗn hợp mẫu kiểm tra 55
Bảng 30. Hàm lượng NO3- (N-NO3-) tìm được trong các hỗn hợp mẫu kiểm tra 55
Bảng 31. Tín hiệu của 5 mẫu trắng tại 25 bước sóng đặc trưng 58
Bảng 32. Tín hiệu của hệ số hồi quy bk tại 25 bước sóng đặc trưng 59
Bảng 33. Kết quả xác định giá trị sử dụng của phương pháp hồi quy đa biến sử dụng mô hình

PCR 59
Bảng 34. So sánh giá trị LOD, LOQ của phương pháp đơn biến và hồi qui đa biến 60
Bảng 35. Kết quả đánh giá độ chụm của phương pháp 60
Bảng 36. Thể tích mẫu thực và nồng độ thêm chuẩn các chất vào mẫu phân tích 61
Bảng 37. Tổng hàm lượng KHPh và NO3- thu được theo PCR 62
Bảng 38. Hiệu suất thu hồi của phương pháp trắc quang sử dụng mô hình PCR 63
Bảng 39. Thể tích mẫu thực và nồng độ thêm chuẩn 2 chất vào các mẫu thực tế 64
Bảng 40. Thể tích mẫu thực và nồng độ thêm chuẩn hai chỉ tiêu vào mẫu thực tế 65
Bảng 41. Kết quả COD trong các mẫu nước thải theo ba phương pháp 65
Bảng 42. Kết quả NO3- trong các mẫu nước thải theo ba phương pháp 66

Chuyên ngành hóa phân tích

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH
Hình1. Minh họa một số hình ảnh về nước thải sinh hoạt......................................................5
Hình 2. Máy phá mẫu COD..................................................................................................20
Hình 3. Đường chuẩn xác định COD....................................................................................31
Hình 4. Đường chuẩn xác định NO3-....................................................................................35
Hinh 5. Phổ hấp thụ của KHPh, NO3- và hỗn hợp 2 chất theo lí thuyết và thực tế..............38
Hinh 6. Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của KHPh và NO3-................................39
Hình 7. Ảnh hưởng của nồng độ đệm đến độ hấp thụ quang của KHPh và NO3-...............41
Hình 8. Khảo sát độ bền của KHPh và NO3- theo thời gian.................................................41
Hình 9. Khảo sát khoảng tuyến tính của KHPh.....................................................................49
Hình 10. Đường chuẩn của KHPh........................................................................................50
Hình 11. Khảo sát khoảng tuyến tính của NO3-...................................................................51

Hình 12. Đường chuẩn của NO3-........................................................................................52
Hình 13. Mối tương quan giữa hai phương pháp trắc quang: xác định đồng thời và xác định
riêng rẽ khi xác định COD.....................................................................................................67
.............................................................................................................................................. 67
Hình 14. Mối tương quan giữa hai phương pháp trắc quang: xác định đồng thời và xác định
riêng rẽ khi xác định NO3-.....................................................................................................67

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU..................................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN....................................................................................2
1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC THẢI SINH HOẠT
2
1.1.1. Nguốn gốc phát sinh....................................................................................................... 2
1.1.2. Ảnh hưởng của sự ô nhiễm nước thải đến môi trường sống..........................................5

Chuyên ngành hóa phân tích

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
1.1.3. Hàm lượng giới hạn chỉ tiêu COD và NO3- theo TCVN..................................................5
1.2. TỔNG QUAN VỀ COD VÀ NO36
1.2.1. Giới thiệu về COD, NO3-................................................................................................ 6
1.2.1.1. COD......................................................................................................................................... 6
1.2.1.2. NO3-........................................................................................................................................ 7

1.2.2. Phương pháp xác định COD, NO3- trong nước thải sinh hoạt........................................9
1.2.2.1. Phương pháp định lượng xác định riêng rẽ COD, NO3-.........................................................9
1.2.2.2. Phương pháp định lượng xác định đồng thời COD và NO3-................................................13

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM...........................................................................15
2.1. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
15
2.1.1. Mục tiêu........................................................................................................................ 15
2.1.2. Nội dung nghiên cứu..................................................................................................... 15
2.1.3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................................. 15
2.1.3.1. Phương pháp xác định đồng thời COD và NO3-...................................................................15
2.1.3.2. Phương pháp trắc quang và chuẩn độ xác định riêng rẽ COD và nitrat để đối chiếu với
phương pháp xác định đồng thời........................................................................................................16

2.2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ
18
2.2.1. Hóa chất, thiết bị........................................................................................................... 18
2.2.2. Chuẩn bị mẫu phân tích................................................................................................ 20
2.3. QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH COD VÀ NO322
2.3.1. Phương pháp xác định đồng thời COD và nitrat...........................................................22
2.3.1.1. Qui trình phân tích.................................................................................................................22
2.3.1.2 Chương trình máy tính của các phương pháp hồi quy đa biến..............................................22

2.3.2. Phương pháp trắc quang và chuẩn độ xác định riêng rẽ COD và Nitrat.......................28
2.3.2.1. Phân tích COD.......................................................................................................................28
2.3.2.2. Phân tích NO3-...................................................................................................................... 29

................................................................................................................................. 30
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.....................................................30
3.1. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN VÀ ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH RIÊNG RẼ COD
30
3.1.1. Xây dựng đường chuẩn................................................................................................ 30
3.1.2. Đánh giá phương pháp trắc quang xác định riêng rẽ COD...........................................33

3.2. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN VÀ ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH RIÊNG RẼ NO334
3.2.1. Xây dựng đường chuẩn................................................................................................ 34
3.2.2. Đánh giá phương pháp trắc quang xác định riêng rẽ NO3-..........................................36
3.3. KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU ĐỂ TIẾN HÀNH XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI COD VÀ NO337
3.3.1. Khảo sát phổ hấp thụ của các dung dịch khi phân tích COD và NO3-.........................37
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH......................................................................................... 38
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đệm.........................................................................40
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian................................................................................41
3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nền mẫu................................................................................42
3.4. XÁC NHẬN GIÁ TRỊ SỬ DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI COD VÀ
NITRAT
48
3.4.1. Khảo sát khoảng tuyến tính của KHPh và NO3-...........................................................48
3.4.1.1. Khảo sát khoảng tuyến tính của KHPh..................................................................................48
3.4.1.2. Khảo sát khoảng tuyến tính của NO3-...................................................................................51

3.4.2. Xây dựng phương trình đường hồi qui đa biến xác định đồng thời COD và nitrat........53
3.4.3. Đánh giá tính phù hợp của phương trình hồi qui đa biến..............................................54
3.4.4. LOD, LOQ, và độ nhạy của phép xác định đồng thời...................................................56
3.4.5. Độ chụm và hiệu suất thu hồi của phương pháp xác định đồng thời............................60
62
3.5. PHÂN TÍCH MẪU THỰC TẾ
64
3.5.1. Qui trình phân tích........................................................................................................ 64
3.5.1.1 Xác định riêng rẽ COD và NO3-.............................................................................................64
3.5.1.2. Xác định đồng thời COD và NO3- theo phương pháp hồi quy đa biến.................................65

3.5.2. Kết quả phân tích mẫu thực tế......................................................................................65

KẾT LUẬN............................................................................................................68

Chuyên ngành hóa phân tích

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................70

Chuyên ngành hóa phân tích

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp

MỞ ĐẦU
Sự ô nhiễm nguồn nước thải sinh hoạt không chỉ ảnh hưởng đến môi trường
sống làm mất mĩ quan mà còn liên quan trực tiếp đến sức khỏe của con người. Khi
hàm lượng của các chất hữu cơ trong nước (COD) tăng cao, chúng có thể gây ra các
bệnh lí hết sức nguy hiểm cho con người như ung thư, ngộ độc,...vì chúng thường là
những chất độc và khá bền. Hay nitrat có nhiều trong nước cũng gây nên hiện tượng
phì dưỡng làm cho thực vật, rong tảo phát triển nhanh. Việc tăng cao COD, NO 3làm giảm lượng oxi hòa tan vào nước, tăng BOD và tạo ra các mùi vị khó chịu của
nước. Từ đó gây ảnh hưởng bất lợi đến sức khỏe của con người.
Hiện nay, trong mảng giám sát nguồn nước thải sinh hoạt để đánh giá sự ô
nhiễm, người ta thường dùng các sensor đo phổ trực tiếp sử dụng detector UV có
thể ngâm chìm trực tiếp trong nước và giám sát chất lượng nước thải một cách
nhanh chóng. Tuy nhiên, do có sự chồng chéo phổ lên nhau của các chất gây ô
nhiễm như phổ của các hợp chất hữu cơ và Nitrat, Nitrit mà làm cho tín hiệu thu
được bị nhiễu hoặc không chính xác, từ đó làm sai lệch kết quả giám sát. Chẳng hạn
như phổ hấp thụ của Nitrat và Nitrit có bước sóng hấp thụ cực đại tương ứng tại

205nm và 211 nm, các sensor không thể phân biệt được giữa hai ion này [27].
Yêu cầu cấp thiết đặt ra là cần có một phương pháp để tách được đồng thời
tín hiệu của các phổ chồng chéo này một cách nhanh chóng. Phương pháp trắc
quang phân tử UV-VIS kết hợp với thuật toán hồi quy đa biến là phương pháp đơn
giản và nhanh chóng để phân tích các tín hiệu này với độ nhạy và độ chọn lọc cao.
Đây cũng chính là lí do chúng tôi chọn đề tài: “Xác định đồng thời COD và
Nitrat trong nước thải sinh hoạt bằng phương pháp trắc quang kết hợp với thuật toán
hồi quy đa biến”.

Chuyên ngành hóa phân tích

1

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nguồn nước thải sinh hoạt
1.1.1. Nguốn gốc phát sinh
Nước thải sinh hoạt
Khái niệm
Nước thải sinh hoạt là nước đã được dùng cho các mục đích ăn uống, sinh
hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa,... của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở
dịch vụ,... Như vậy, nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt
của con người. Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường
học, bếp ăn,.. cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như
nước thải sinh hoạt.
Lưu lượng nước thải sinh hoạt

Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào
mức sống và các thói quen của người dân, có thể ước tính bằng 80% lượng nước
được cấp. Giữa lượng nước thải và tải trọng chất thải của chúng biểu thị bằng các
chất lắng hoặc BOD5 có một mối tương quan nhất định [19].
Lượng nước thải sinh hoạt tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng phụ
thuộc vào loại công trình, chức năng, số lượng người. Lượng nước thải từ các cơ sở
thương mại và dịch vụ cũng có thể được chọn từ 15- 25% tổng lượng nước thải của
toàn thành phố [1]. Lượng nước thải của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào
tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước [9].
Nước thải sinh hoạt thường chiếm từ 65% đến 80% lượng nước cấp đi qua
đồng hồ các hộ dân, các cơ quan, bệnh viện, trường học, khu thương mại, khu giải
trí,… 65% áp dụng cho nơi nóng, khô, nước cấp dùng cả cho việc tưới cây cỏ.
Trong một số trường hợp phải dựa vào tiêu chuẩn thoát nuớc để tính toán sơ
bộ lưu lượng nước thải, tham khảo bảng 1 [19]:

Chuyên ngành hóa phân tích

2

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
Bảng 1. Tiêu chuẩn thải nước khu vực dân cư
Tiêu chuẩn thải
STT

Mức độ thiết bị vệ sinh trong công trình

(l/người.ngđ)

1

Có hệ thống cấp thoát nước, có dụng cụ vệ
sinh, không có thiết bị tắm

80 – 100

2

Có hệ thống cấp thoát nước, có dụng cụ vệ
sinh và thiết bị tắm thông thường (vòi sen)

110 – 140

Có hệ thống cấp thoát nước, có dụng cụ vệ
3

sinh, có bồn tắm và cấp nước nóng cục bộ

140 – 180

Lưu lượng nước thải không điều hòa, phụ thuộc vào thời điểm trong ngày. Số
lượng người càng đông chế độ thải càng điều hòa [1].
Thành phần và tính chất
Nước thải sinh hoạt thường không được xem một cách phức tạp như là
nguồn nước thải công nghiệp vì nó không có nhiều thành phần độc hại như phenol,
và các chất hữu cơ độc hại [5].
Thành phần của nước thải sinh họat gồm 2 lọai:
- Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh

- Nước thải nhiễm bẫn do các chất thải sinh họat : cặn bã từ nhà bếp, các chất
rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà.
Nước thải sinh họat chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra
còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm.
Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh họat bao gồm các hợp chất như
protein (40 – 50%); hydrat cacbon (40 – 50%) gồm tinh bột, đường và xenlulo; và
các chất béo (5 -10%). Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh họat dao động
trong khỏang 150 – 450% mg/l theo trọng lượng khô. Có khỏang 20 – 40% chất
hữu cơ khó phân hủy sinh học.
Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh
họaat không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng [19].

Chuyên ngành hóa phân tích

3

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
Đặc trưng nước thải sinhh hoạt là: hàm lượng chất hữu cơ cao (55-65% tổng
lượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật có cả vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩn phân
hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa chất bẩn trong nước thải.
Nước thải sinh hoạt giàu chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, là nguồn gốc để các loại vi
khuẩn (cả vi khuẩn gây bệnh) phát triển là một trong những nguồn gây ô nhiễm
chính đối với môi trường nước [1].
Một tính chất đặc trưng nữa của Nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các
chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật và khoảng 20-40% BOD
thoát ra khỏi các quá trình xử lý sinh học cùng với bùn [19].

Nước thải điều hòa có thành phần giống nhau ở các đô thị nhưng khác về
hàm lượng, phương pháp xử lý giống nhau và xử lý sinh học được ưu tiên lựa chọn.
Hình ảnh về nước thải sinh hoạt
Đây là một số hình ảnh về nước thải [10]:

Chuyên ngành hóa phân tích

4

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
Hình1. Minh họa một số hình ảnh về nước thải sinh hoạt

1.1.2. Ảnh hưởng của sự ô nhiễm nước thải đến môi trường sống
Do hoạt động sống và sản xuất của con người cùng với mật độ dân số gia
tăng nhanh chóng, các nguồn nước thải, nước mặt và cả nguồn nước ngầm ở nhiều
vùng đã bị ô nhiễm đến mức báo động [4].
Tác hại đến môi trường của nước thải do các thành phần ô nhiễm tồn tại
trong nước thải gây ra.
● COD, BOD: sự khoáng hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng và làm
giảm pH của môi trường.
● SS: lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí.
● Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không làm ảnh hưởng
đến đời sống của thủy sinh vật trong nước.
● Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu
chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da, …
● Ammonia, P: đây là những nguyên tố đa lượng. Nếu nồng độ trong nước
quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa (sự phát triển bùng phát của các loại tảo,

làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào ban đêm gây ngạt thở và diệt vong các
sinh vật, trong khi đó vào ban ngày nồng độ oxy rất cao do quá trình hô hấp của tảo
thải ra)
● Màu: mất mỹ quan.
● Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt lớn và gây thiếu
hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường nước.
Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí có thể hình thành. Trong quá trình phân
hủy yếm khí sinh ra các sản phẩm như H 2S, NH3, CH4, … làm cho nước có mùi hôi
thối, làm ô nhiễm bầu không khí [8].
1.1.3. Hàm lượng giới hạn chỉ tiêu COD và NO3- theo TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5942 – 1995
Tiêu chuẩn áp dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm của một nguồn nước mặt.

Chuyên ngành hóa phân tích

5

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
Theo tiêu chuẩn này, giá trị giới hạn nồng độ cho phép của COD và NO 3- lần
lượt là:
a. Với nước cấp sinh hoạt: COD là 10 mg/l và NO3- có nồng độ N-NO3 = 10 mg/l.
b. Với các nguồn nước dùng cho mục đích khác: COD là ≤ 35, còn NO 3- là 15 mg/l
(tính theo N-NO3-) [15].

1.2. Tổng quan về COD và NO31.2.1. Giới thiệu về COD, NO3-

1.2.1.1. COD

● Khái niệm và ý nghĩa
Để oxy hóa chất hữu cơ cần phải dùng một lượng chất oxy hóa dưới một
điều kiện phản ứng cụ thể.
COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn chất hữu cơ bằng chất oxy
hóa mạnh. COD tính bằng mg/l.
Thí nghiệm đo COD được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực kiểm soát ô nhiễm
môi trường do những ưu điểm sau:
+ Số liệu COD thường được dùng chuyển đổi sang BOD khi việc thí nghiệm
tiến hành đã đủ nhiều để rút ra hệ số tương quan có độ tin cậy lớn.
+ Kết hợp 2 số liệu COD và BOD cho phép đánh giá lượng chất hữu cơ trơ
đối với sự phân hủy sinh học.
Các hợp chất hữu cơ trong nước thải
Trong nước thiên nhiên và nước thải tồn tại nhiều tạp chất hữu cơ nguồn gốc
tự nhiên hay nhân tạo: protein, hợp chất hữu cơ chứa nitơ, các loại phụ gia thực
phẩm,....chất thải của người và động vật,....
Các hợp chất hữu cơ có thể tồn tại dưới các dạng hòa tan, keo, không tan,
bay hơi, không bay hơi, dễ phân hủy, khó không hủy,... Phần lớn các chất hữu cơ
trong nước đóng vai trò là cơ chất đối với vi sinh vật. Nó tham gia vào quá trình
dinh dưỡng và tạo năng lượng cho vi sinh vật.
Các chất hữu cơ tồn tại trong nước có tính chất hóa học rất khác nhau, khi bị
oxy hóa không phải hợp chất nào cũng chuyển thành nước và CO 2 nên giá trị COD
thường là nhỏ hơn nhiều giá trị tính từ về mặt phản ứng hóa học đầy đủ. Trong nước

Chuyên ngành hóa phân tích

6

Trường ĐHKHTN

Khóa luận tốt nghiệp
thải sinh hoạt, các chất hữu cơ chủ yếu là cacbon hydrat (CHO). Việc xác định riêng
biệt các thành phần hữu cơ riêng biệt là khó khăn, người ta thường xác định tổng
các chất hữu cơ thông qua chỉ tiêu COD, BOD,TOC hay DOC. Mặt khác trong
nước cũng có thể tồn tại một số hợp chất vô cơ cũng có thể bị oxy hóa, nó làm COD
tăng. Thường giá trị BOD nhỏ hơn nhiều giá trị COD do không phải bất kỳ chất nào
oxy hóa cũng chuyển thành CO2 [1].

1.2.1.2. NO3+ Công thức cấu tạo:

+ M = 62
+ Tính chất vật lý:
Là ion không màu, không vị, tan nhiều trong nước.
+ Tính chất hóa học:
Là dạng hợp chất vô cơ của Nitơ ở dạng hóa trị cao nhất (N +5), nó khá bền
trong môi trường nước.
Hàm lượng nitơ trong nước cũng được xem như các chất chỉ thị tình trạng ô
nhiễm của nước vì NH3 tự do là sản phẩm phân hủy các chất chứa protein, sau đó
amoni được oxi hóa tiếp thành nitrit, nitrat theo sơ đồ [6]:
Oxi hoá

Protein

NH3

nitromonas

NO2-

nitrobacter

NO3-

Nguồn gốc của NO3- trong nước:
Là dạng hợp chất vô cơ của Nitơ ở dạng hóa trị cao nhất, nó khá bền trong
môi trường nước, có hai nguồn gốc chính:

Chuyên ngành hóa phân tích

7

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
+ Do quá trình phân hủy vi sinh các hợp chất hữu cơ có chứa Nitơ trong đất.
+ Do nguồn phân bón nhân tạo dư thừa cây cối không hấp thu hết, lượng dư
thừa này được giữ lại trong môi trường nước, đất, thâm nhập vào trong môi trường
nước mạch, nước ngầm. Trong nhiều loại rau quả có chứa Nitrat cao, vì vậy có thể
làm cho nước uống và thực phẩm có Nitrat cao [2].
Ngoài ra, trong nước thải sinh hoạt một lượng lớn NO 3- là từ các nhà vệ sinh
của các khu dân cư. Khi sử dụng phân bón, thông qua quá trình rửa trôi, thẩm lọc,
lượng Nitrat ngày càng nhiều ở nước bề mặt và nước ngầm [3].
Khả năng hấp thụ tia tử ngoại của NO3Dung dịch NO3- có khả năng hấp thụ cực đại ánh sáng tử ngoại ở vùng có
bước sóng 205-220 nm [22, 23, 26, 31]. Theo tài liệu [23], ion NO 3- hấp thụ rất
mạnh trong vùng UV, đạt cực đại tại 205 nm, còn [26] thì tìm được λmax= 215 nm.
Tác hại của NO3Hàm lượng NO3- trong nước thải sinh hoạt lớn, qua quá trình rửa trôi sẽ
ngấm, thẩm thấu và hòa tan vào mạch nước ngầm, khi lấy nước ngầm làm nước
sinh hoạt mà có lượng NO3- cao sẽ gây hại cho sức khỏe [3].
Bản thân Nitrat không độc nhưng do quá trình chuyển hóa thành Nitrit nên

mới nói gây tính độc trong cơ thể người [2]. Khi Nitrat thâm nhập vào dạ dày, dưới
tác dụng của vi sinh vật trong dạ dày và thành ruột nó bị khử đến NO2-. Nitrit sinh ra
sẽ kết hợp với hemôglobin của máu, chuyển thành metemoglobin là chất không có
khả năng vận chuyển oxi gây thiếu oxi trong máu và sinh ra bệnh máu xanh.
4Hb(Fe2+)-O2 + 4NO2- + 2H2O → 4Hb(Fe3+)-OH + 4NO3- + 2O2
Hemoglobin mang oxi

metemoglobin không mang oxi

Nitrit có thể kết hợp với một số hợp chất trong thực phẩm dưới điều kiện ánh
sang như amin và amit trong môi trường axit yếu tạo ra sản phẩm hợp chất
nitrosamin (N – Nitrozo) là chất có khả năng gây ung thư [3].
pH<4:

R2NH + HNO2 → R2N-NO + H2O
Amin

Nitrosamin

Tác hại chính của nước có nồng độ Nitrat cao là gây bệnh xanh xao, thiếu
máu ở người, đặc biệt ở trẻ em [2, 3].

Chuyên ngành hóa phân tích

8

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp

Nitrat (NO3-) có trong nước thải cao, chảy vào sông, hồ làm tăng hàm lượng
chất dinh dưỡng. Do vậy nó gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù
du như rêu, tảo gây tình trạng thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất
lượng nước, phá hoại môi trường trong sạch của thủy vực, sản sinh nhiều chất độc
trong nước như NH4+, H2S, CO2, CH4... tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích trong
nước, gây ra giảm DO và tăng BOD rồi bốc mùi các khí thối. Hiện tượng đó gọi là
phú dưỡng nguồn nước.
Hiện nay, phú dưỡng thường gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn
nước thải. Đặc biệt là tại khu vực Hà Nội, sông Sét, sông Lừ, sông Tô Lịch đều có
màu xanh đen hoặc đen, có mùi hôi thối do thoát khí H 2S. Hiện tượng này tác động
tiêu cực tới hoạt động sống của dân cư đô thị, làm biến đổi hệ sinh thái của nước hồ,
tăng thêm mức độ ô nhiễm không khí của khu dân cư [20].
Nitrat có trong nước là sản phẩm của quá trình oxy hóa các chất hữu cơ. Khi
nước bị nhiễm phân, nhiễm nước thải công nghiệp thì hàm lượng Nitrat tăng lên
đáng kể.

1.2.2. Phương pháp xác định COD, NO3- trong nước thải sinh hoạt
1.2.2.1. Phương pháp định lượng xác định riêng rẽ COD, NO3a) Phương pháp xác định COD
●) Phương pháp chuẩn độ bicromat (COD < 50 mg/l)
Hầu hết các hợp chất hữu cơ đều bị phân hủy khi đun sôi trong hỗn hợp
cromic và axít sunphuric:
CnHaOb + cCr2O72- + 8cH+ → nCO2 + (a/2 + 4c)H2O + 2cCr23+
Với c = 2n/3 + a/6 – b/3
Lượng Cr2O72- biết trước sẽ giảm tương ứng với lượng chất hữu cơ có trong
mẫu. Lượng Cr2O72- dư sẽ được định phân bằng dung dịch FAS (Ferrous
Ammonium Sulfate – Fe(NH4)2(SO4)2) và lượng chất hữu cơ bị oxy hóa sẽ tính ra
bằng lượng oxy tương đương qua Cr2O72- bị khử. Lượng oxy tương đương này chính
là COD.
●) Phương pháp đo quang (COD > 50 mg/l)
Trong quá trình thực nghiệm, thông số COD được xác định theo phương

pháp bicromat (dùng tác nhân oxy hoá là K 2Cr2O7). Theo phương pháp này mẫu sẽ

Chuyên ngành hóa phân tích

9

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
được đun hồi lưu 2 giờ ở nhiệt độ 150 0C với K2Cr2O7 trong môi trường H2SO4 đặc
có Ag2SO4 làm xúc tác:
Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O
Bạc sunfat được dùng để thúc đẩy quá trình oxy hoá các chất hữu cơ phân tử
lượng thấp. Sau khi oxy hoá phân huỷ chất hữu cơ, chỉ số COD được xác định
thông qua xác định hàm lượng Cr 3+ sau phản ứng bằng phương pháp đo quang ở
bước sóng khoảng 600 nm (bước sóng hấp thụ cực đại của dung dịch Cr 3+) [22].
b) Phương pháp xác định Nitrat - NO3●) phương pháp thể tích
Ta có thể xác định Nitrat theo phương pháp này dựa trên phản ứng khử NO 3về trạng thái oxy hóa thấp hơn bằng chất khử thích hợp (lượng chất khử cho dư).
Sau đó tiến hành phép chuẩn độ (có thể sử dụng chuẩn độ trực tiếp hay chuẩn độ
ngược) lượng chất khử dư, từ đó xác định được lượng Nitrat-NO 3- [11].
●) Phương pháp so màu
Các phương pháp so màu cũng được dùng để xác định NO 3- dựa trên ba loại
phản ứng sau:
+ Nitrat hóa các hợp chất phenolic.
+ Oxi hóa các hợp chất hữu cơ có nhóm mang màu đặc trưng.
+ Khử NO3- thành NO2- hoặc NH3 rồi xác định chúng theo phương pháp thích
hợp.
♦ Trong đó phương pháp nitrat hóa chủ yếu được sử dụng để xác định NO 3- với
thuốc thử thường dùng là axit phenol đisunfonic.

Xác định nitrat bằng phương pháp so màu với phenoladisunfonic
Khi sử sụng thuốc thử axit 2,4 đisunfonic, ion NO 3- phản ứng với axit này tạo
thành axit nitro phenol đisunfonic. Trong môi trường kiềm, axit nitro phenol
đisunfonic tạo thành một muối có màu vàng cho độ hấp thụ quang cực đại ở bước
sóng 410 nm.

Chuyên ngành hóa phân tích

10

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp

Màu vàng
Phương pháp này đơn giản và cho độ nhạy khá cao (0,05 ppm) [12].
♦ Xác định Nitrat bằng phương pháp so màu với natri salixylat.
Nitrat phản ứng với natri salixylat trong môi trường axit cho một phức có
màu vàng của muối axit nitrosalixylic, có hấp thụ quang cực đại ở 410 nm. Có thể
xác định nitrat ở nồng độ từ 0,1 đến 20 mg/l.
Phương trình phản ứng:

màu vàng
Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng đơn giản và có độ nhạy cao [13].
♦ Phương pháp đo phổ dùng 4-Fluorophenol sau khi chưng cất
Phản ứng của nitrat với 4-fluorophenol trong dung dịch axit tạo ra 2-nitro-4
fluorophenol. Thu lại hợp chất này từ hỗn hợp phản ứng qua chưng cất hơi nước
cho đi qua dung dịch natri hydroxit. Đo phổ hấp thụ của phần cất ở bước sóng 430
nm và xác định nồng độ nitrat của mẫu thử ở đồ thị hiệu chuẩn. Cách khác, chiết

hợp chất trong toluen và sau đó chiết ngược lại vào dung dịch natri sunphit trước
khi đo độ hấp thụ.
Khoảng xác định
Có thể xác định được hàm lượng nitơ nitrat đến pN = 45 mg/1 dùng 5 ml
phần mẫu thử, và cuvet có chiều dài 10 mm. Khoảng xác định này có thể được cải
thiện bằng cách dùng thể tích phần mẫu thử và cu vét có chiều dài quang học khác
nhau [14].
●) Phương pháp phân tích bơm dòng (Flow injection Analysis - FIA)
Để xác định Nitrat bằng phương pháp FIA người ta tiến hành hai thí nghiệm
sau:
Thí nghiệm 1: Xác định hàm lượng NO2-

Chuyên ngành hóa phân tích

11

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
Trong môi trường axit yếu, ion NO2- phản ứng với thuốc thử sunfanyl và N –
etylen điamin một cách định lượng và tạo thành hỗn hợp điazo hấp thụ mạnh ở
bước sóng 540 nm. Nếu bơm mẫu phân tích vào FIA có dòng chất mang chứa thuốc
thử trên thì có thể xác định được nồng độ NO 2- trong mẫu nhờ detector hấp thụ
quang UV-VIS ở bước sóng 540 nm.
Thí nghiệm 2: Xác định tổng hàm lượng NO3- và NO2Bằng cách lắp thêm vào hệ FIA một cột khử để khử ion NO 3- về NO2-, sau đó
xác định tổng hàm lượng NO2- như thí nghiệm 1.
Hiệu số kết quả của cả hai lần đo chính là hàm lượng Nitrat.
●) Phương pháp cực phổ
Trong môi trường chất điện li có điện tích cao như La 3+ hay Ba2+, ion NO3cho sóng cực phổ tại thế từ -1,1 đến -1,4 V. Để xác định Nitrat người ta thường

dùng sóng xúc tác uranin UO22+. Trong môi trường tạo phức như nền Na2CO3 0,1M
thì UO22+ chỉ cho một sóng định lượng có E1/2 = 0,9÷ 1,1V phụ thuộc nồng độ NO3-.
Kolthoff và các cộng sự là những người đầu tiên nghiên cứu xác định NO 3bằng cách tạo nên hai sóng cực phổ:
+ Sóng thứ nhất ứng với sự khử U (VI) xuống U (V) có thế bán sóng E 1/2 =
-0,18V.
+ Sóng thứ hai ứng với sự khử U (V) xuống U (III) có thế bán sóng E 1/2 =
-0,94 V dòng cực phổ xúc tác. Các tác giả cho rằng trong nền HCl (0,1 M) chứa một
lượng nhỏ Urani axetat, sự khử U (VI) xảy ra theo hai bước:
U (VI) + e → U (V)
U (V) + 2e → U (III)
Khi có mặt của ion NO3 thì chiều cao của sóng thứ hai tăng lên tỉ lệ tuyến
tính với nồng độ NO3- trong khoảng 5.10-5 ÷ 4.10-4 M.
●) Phương pháp đo khí
Hassan là người đưa ra một phương pháp đo khí đơn giản thích hợp cho việc
xác định Nitrat.
Theo ông, đầu tiên loại NO 2- : nitrit được phân hủy bằng Urê (CO(NH 2)2)
hoặc axit sunfamic (HSO3NH2) để tạo ra khí N2 trong môi trường axit yếu. Trong
điều kiện này, Nitrat không tham gia phản ứng.
Các phản ứng xảy ra :
2KNO2 + CO (NH2)2 + 2HCl → 2N2 + CO2 + 3H2O + 2KCl
KNO2 + HSO3NH2
→ N2 + KHSO4 + H2O
Sau đó, đun nóng dung dịch và tạo môi trường axit mạnh thì Nitrat sẽ phản
ứng tạo thành khí N2O:
2KNO3 + CO(NH2)2 + 2HCl → 2N2O + CO2 + 3H2O + 2KCl
2KNO3+ HSO3NH2 + HCl → N2O + H2SO4 + H2O + KCl
Khí N2O được giữ lại trong trắc đạm kế bằng dung dịch KOH trên 50% [11].
●) Xác định NO3- bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao – HPLC

Chuyên ngành hóa phân tích

12

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
Nitrat được xác định bằng thiết bị HPLC (Jasco, Japan) với chế độ bơm tự
động. Để xây dựng đường chuẩn, dung dịch stock 100 mg N – NO 3-/L sử dụng để
chuẩn bị 50 mg N – NO3- /L được dùng cho các dung dịch pha loãng tiếp theo.
Loại trừ ảnh hưởng của NO2- bằng axit sunphamic 0,05 mol/L với tỉ lệ pha
loãng là 1:1. Có phần mềm được sử dụng để tích hợp kết quả các đỉnh peak cho
mẫu chuẩn và mẫu phân tích [27].

1.2.2.2. Phương pháp định lượng xác định đồng thời COD và NO3Phân tích trắc quang là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong các
phương pháp phân tích hoá lý. Bằng phương pháp này có thể định lượng nhanh
chóng với độ nhạy và độ chính xác cao, đồng thời đây là phương pháp đơn giản, ít
tốn kém và rất đáng tin cậy.
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành toán
học thống kê và tin học ứng dụng, Chemometrics - một nhánh của hóa học phân tích
hiện đại - đã phát triển nhanh chóng và được ứng dụng ngày một rộng hơn. Một
mảng quan trọng trong Chemometrics đang được nghiên cứu và sử dụng hiệu quả là
kĩ thuật hồi qui đa biến – thuật toán xác định đồng thời nhiều cấu tử trong hỗn hợp
mà không cần tách loại [7, 22]. Thuật toán này đã được ứng dụng rộng rãi để giải
quyết nhiều bài toán định dạng phức tạp. Kỹ thuật đa biến đặc biệt thích hợp
cho việc xác định thành phần hỗn hợp từ các dữ liệu quang phổ phức tạp. Về
nguyên tắc, chỉ cần xây dựng dãy dung dịch chuẩn có mặt tất cả các cấu tử cần xác
định với nồng độ biết trước trong hỗn hợp (các biến độc lập x), đo tín hiệu phân tích
của các dung dịch này dưới dạng một hay nhiều biến phụ thuộc y và thiết lập mô
hình toán học mô tả quan hệ giữa hàm y (tín hiệu đo) và các biến độc lập x (nồng độ

các chất trong hỗn hợp). Dựa trên mô hình này có thể tìm được nồng độ của các cấu
tử trong cùng dung dịch định phân khi có tín hiệu phân tích của dung dịch đó [7].
Nếu các cấu tử có mặt trong hỗn hợp cho tín hiệu đo có tính chất cộng tính
thì có thể sử dụng phương pháp hồi qui đa biến tuyến tính thông thường (multiple
linear regression- MLR) như phương pháp bình phương tối thiểu thông thường
hoặc hiệu quả hơn như bình phương tối thiểu từng phần, phương pháp hồi qui cấu
tử chính, …. Nhưng nếu trong hỗn hợp, các cấu tử có sự tương tác lẫn nhau làm mất
tính chất cộng tính ở tín hiệu đo thì phải sử dụng mô hình hồi qui đa biến phi tuyến
tính mà phổ biến là các phương pháp kết hợp với mạng nơron nhân tạo.
Tùy thuộc vào đặc điểm của hàm phụ thuộc, có thể chia các phương pháp hồi
qui đa biến tuyến tính thành 2 nhóm chính: các phương pháp hồi qui đa biến tuyến

Chuyên ngành hóa phân tích

13

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
tính sử dụng phổ toàn phần như phương pháp CLS, PLS, ... và phương pháp sử
dụng dữ liệu phổ riêng phần như ILS [7].
Ngoài ra, phương pháp PCA là phương pháp thống kê đa biến được sử dụng
thường xuyên nhất đối với phân tích dữ liệu các đối tượng môi trường. Trong phân
tích định lượng, phép hồi quy PLS được sử dụng thường xuyên, như mục đích giám
sát nước thải, đó là giám sát trực tiếp nước thải sử dụng quang phổ UV-Visible [27].
Các tác giả trong [27] đã sử dụng kĩ thuật hồi quy PLS và PCA kết hợp với quang
phổ UV-Visible và Near-IR để xác định đồng thời NO 3-, COD và TSS trong nước
thải. Hay các tác giả trong [28] sử dụng kĩ thuật phân tích đa biến kết hợp phổ UVVisible để phân tích NO2- và NO3- với RSD đạt được chỉ 3,4%. Các tác giả trong
[23], đã xác định đồng thời COD, AOX, tổng chất rắn lơ lửng, hợp chất hữu cơ hòa

tan, nitrat và nitrit bằng phương pháp trắc quang sử dụng kĩ thuật PCA, PLS cũng
thu được kết quả tốt với hệ số R2= 0,995 cho mô hình hiệu chuẩn. Các tác giả trong
[29, 24] cũng sử dụng kĩ thuật hồi qui PLS để xác định đồng thời COD, BOD 5,
ammonia (N-NH4), ortho photphat (P-PO4), sunphat (S-SO4), axít axetic (HAC) và
độ kiềm (Alk) thu được hệ số tương quan tốt giữa kết quả dự đoán từ PLS và giá trị
phân tích thực. Các tác giả trong [25] sử dụng N-PLS xác định đồng thời COD,
BOD, N-NO3-, N-NH4, P-PO4 cũng thu được kết quả tốt từ các mô hình hiệu chuẩn.
Còn các tác giả trong [26, 30, 31] tương ứng sử dụng PCA, PLS và PCA xác định
đồng thời COD, Nitrat, TSS và cũng thu được kết quả tốt với các hệ số tương quan
tương ứng là R2= 0,90, R2= 0,98, R2= 0,995; R2= 0,9622, R2= 0,9887, R2= 0,9278.
Trong khóa luận này chúng tôi tiến hành nghiên cứu phương pháp hồi quy đa
biến tuyến tính xác định đồng thời 2 chỉ tiêu COD và NO 3- trong nước thải sinh
hoạt. Đây là phương pháp đơn giản phổ biến có độ nhạy cao. Tất cả các yếu tố ảnh
hưởng đến độ nhạy của phương pháp đều được tối ưu hóa và xác định được vùng
tuyến tính của KHPh và NO3-. Ma trận chuẩn thực nghiệm được xây dựng bằng
cách đo độ hấp thụ quang của 25 mẫu với hàm lượng KHPh, NO 3- lần lượt nằm
trong khoảng tuyến tính của từng chỉ tiêu tương ứng, trong vùng bước sóng từ 190 –
300 nm. Sử dụng mô hình bình phương tối thiểu từng phần (PLS), bình phương tối
thiểu nghịch đảo (ILS), bình phương tối thiểu thông thường (CLS) và hồi qui cấu tử
chính (PCR) để xây dựng đường chuẩn đa biến từ đó xác định hàm lượng các chỉ
tiêu có trong nước thải.

Chuyên ngành hóa phân tích

14

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
2.1. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
2.1.1. Mục tiêu
Nghiên cứu phương pháp trắc quang kết hợp với thuật toán hồi qui đa biến
xác định đồng thời COD và NO3- trong nước thải sinh hoạt.
2.1.2. Nội dung nghiên cứu
1- Khảo sát các điều kiện tối ưu để tiến hành phương pháp trắc quang kết
hợp với thuật toán hồi quy đa biến xác định COD và NO3- trong nước thải sinh hoạt.
2- Xác định giá trị sử dụng của phương pháp hồi quy đa biến để ứng dụng
phân tích mẫu thực tế.
3- Ứng dụng phương pháp nghiên cứu vào phân tích một số mẫu nước thải
sinh hoạt thực tế, kết quả được đối chiếu với phương pháp trắc quang xác định riêng
rẽ và phương pháp chuẩn độ thể tích.

2.1.3. Phương pháp nghiên cứu
2.1.3.1. Phương pháp xác định đồng thời COD và NO3Cơ sở của phương pháp nghiên cứu là dựa vào tính cộng tính của phổ hấp
thụ của các chất: KHPh và NO 3- tại pH=4,5 trong dải bước sóng 190-300 nm để xác
định đồng thời 2 chỉ tiêu trên trong cùng một hỗn hợp bằng phương pháp hồi quy đa
biến tuyến tính.
Để xây dựng qui trình phân tích xác định đồng thời COD, NO 3- bằng phương
pháp trắc quang kết hợp với chemometrics cần giải quyết các vấn đề sau:
1. Khảo sát điều kiện tối ưu xác định đồng thời COD và NO3-.
2. Khảo sát khả năng xác định đồng thời hai chỉ tiêu.
- Khảo sát tính cộng tính và khoảng tuyến tính để lập ma trận nồng độ và xây
dựng phương trình hồi quy đa biến tuyến tính sử dụng phổ toàn phần.
- Dựa trên cơ sở các phương pháp hồi quy tuyến tính như : CLS, ILS, PLS và
PCR, sử dụng phần mềm Matlab để lập chương trình tính hệ số trong phương trình
hồi quy từ mẫu giả. Đánh giá khả năng ứng dụng của bốn phương pháp thông qua
sai số tương đối của các mô hình hồi quy, từ đó lựa chọn ra phương pháp thich hợp

để xác định đồng thời COD và NO3- trong các mẫu nước thải sinh hoạt.
- Đánh giá phương pháp phân tích đa biến thông qua: độ nhạy, độ chọn lọc,
giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng và độ chụm.

Chuyên ngành hóa phân tích

15

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
- Tính hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích đa biến.
3. Ứng dụng phân tích mẫu thực tế.
2.1.3.2. Phương pháp trắc quang và chuẩn độ xác định riêng rẽ COD và nitrat
để đối chiếu với phương pháp xác định đồng thời
a) Phân tích COD
♦ Phương pháp chuẩn độ bicromat (COD < 50 mg/l)
Nguyên tắc của phương pháp này là mẫu được đun hồi lưu với K 2Cr2O7 và
chất xúc tác Ag2SO4 trong môi trường H2SO4 đ.
Dùng kali bicromat là chất oxy hóa mạnh để oxy hóa các chất hữu cơ đặc
biệt là các chất hữu cơ phức tạp (có liên kết đôi, liên kết ba), sau đó chuẩn độ lượng
K2Cr2O7 dư bằng dung dịch FAS với chất chỉ thị là Ferroin. Điểm kết thúc chuẩn độ
là điểm khi dung dịch chuyển từ màu xanh lam sang màu nâu đỏ nhạt.
Các phương trình phản ứng:
Chất hữu cơ + Cr2O72- + H+ → 2Cr3+ + CO2 + H2O
K2Cr2O7 + 7H2SO4 + FeSO4(NH4)2SO4 → Cr2(SO4)3 + Fe2(SO4)3 + (NH4)2SO4 +
K2SO4 + H2O
COD của mẫu được tính theo công thức sau:
COD (mg/l) =

( A - B) x C FAS x 8 x 1000 x k
Vm

Trong đó:
A: Thể tích dung dịch FAS tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu trắng phương pháp, ml.
B: Thể tích dung dịch FAS tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu thực, ml.
CFAS: Nồng độ FAS được định chuẩn lại, (N), 8: Đương lượng gam phân tử của Oxy,
Vm: Thể tích mẫu, (ml), k: hệ số pha loãng
♦ Phương pháp trắc quang Bicromat (COD > 50 mg/l)
Theo phương pháp này mẫu sẽ được đun hồi lưu 2 giờ ở nhiệt độ 150 0C với
K2Cr2O7 trong môi trường H2SO4 đặc có Ag2SO4 làm xúc tác:
Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O

Chuyên ngành hóa phân tích

16

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
Ag2SO4 được dùng để thúc đẩy quá trình oxy hoá các chất hữu cơ phân tử
lượng thấp. Sau khi oxy hoá phân huỷ chất hữu cơ, chỉ số COD được xác định
thông qua xác định hàm lượng Cr 3+ sau phản ứng bằng phương pháp đo quang ở
bước sóng khoảng 600 nm (bước sóng hấp thụ cực đại của dung dịch Cr 3+).
● Xây dựng đường chuẩn
Phương pháp Bicromat xác định thông số COD có khoảng tuyến tính khá
rộng (0 – 1000 mg/l) [18].
Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn kali hydro phthalat có nồng độ tương

đương 0 - 500 mg O2/l, tiến hành xử lý, phá mẫu và đo quang như trên. Từ các giá
trị Abs thu được tương ứng với các nồng độ đã biết, xây dựng đường chuẩn A 600 –
COD. Đường chuẩn này được dùng để xác định COD trong quá trình thực nghiệm.
b) Phân tích NO3♦ Phương pháp chuẩn độ thể tích
Ta có thể xác định Nitrat theo phương pháp này dựa trên phản ứng khử NO 3về trạng thái oxy hóa thấp hơn bằng 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 Fe 2+
được cho dư so với lượng cần thiết vào dung dịch mẫu. Sau đó lượng dư Fe 2+ được
chuẩn độ bằng dung dịch K2Cr2O7 với chất chỉ thị là ferroin [11].
Các phản ứng xảy ra như sau:
NO3- + 3 Fe2+ + 4 H+ → NO↑ + 3 Fe3+ + 2 H2O
Fe2+ dư:

(1)

2 Fe2+ + Cr2O72- + 14 H+ → 6 Fe3+ + 2 Cr3+ + 7 H2O

(2)

♦ Phương pháp trắc quang tạo phức với Natri salixylat
Nitrat phản ứng với natri salixylat trong môi trường axit cho một phức có
màu vàng của muối axit nitrosalixylic, có hấp thụ quang cực đại ở 410 nm. Có thể
xác định nitrat ở nồng độ từ 0,1 đến 20 mg/l.
Trước hết ta cần quét phổ để chọn bước sóng hấp thụ cực đại λ max , sau đó đo
độ hấp thụ quang tại λmax này (theo lý thuyết là 410 nm).
Nồng độ Nitrat được xác định theo phương pháp đường chuẩn [13].

Chuyên ngành hóa phân tích

17

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
Trong phần kết quả, đối với các phương pháp xác định đã nêu, với các số
mẫu phân tích lặp lại (N ≥ 3), độ tin cậy thống kê P= 95%, nếu xem các số liệu đó
tuân theo phân bố Student thì chúng tôi đều tiến hành tìm giới hạn tin cậy cho hàm
lượng COD hoặc Nitrat trong các mẫu nước thải theo công thức:

µ = x ±t

S
N

Trong đó: µ : khoảng tin cậy của nồng độ COD hoặc NO3-, x : Nồng độ trung
bình, t: giá trị chuẩn student, N: số mẫu phân tích lặp lại, S: độ lệch chuẩn.

2.2. Hóa chất và thiết bị
2.2.1. Hóa chất, thiết bị
Hóa chất xác định COD:
Chất chuẩn để xác định COD là Kali hydro phthalat (KHPh)
+ Công thức phân tử: KHC8H4O4 - HOOCC6H4COOK
+ Công thức cấu tạo:
O
OK
OH
O

+ M = 204,233 g/mol.

+ Tính chất vật lý:
- Kali hydro phthalat, thường được gọi đơn giản là KHPh, là một hợp chất
thuộc loại muối axit, dạng bột trắng, tinh thể không màu, dễ tan trong nước. Tuy
nhiên, nó có tính hút ẩm nhẹ. Dung dịch KHPh bền và ổn định trong dung dịch có
pH = 4,4. Trong nước KHPh phân ly hoàn toàn thành cation K + và anion hydro
phthalat HPh có tính axit [16].
- Dung dịch chuẩn Kali Hidro Phthalat (để xác định COD) 1000 mg/l: sấy đến
khối lượng không đổi KHPh ở nhiệt độ 120 0C. Cân 850 mg KHPh, hoà tan và định
mức trong bình 1000 ml. Dung dịch này có giá trị COD tương đương 1000 mg/l.
- Hỗn hợp phản ứng:

Chuyên ngành hóa phân tích

18

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
Sấy lại K2Cr2O7 loại tinh khiết PA ở 103 0C trong 2 giờ. Cân chính xác 10,216
g K2Cr2O7 đã sấy đem hoà tan trong khoảng 200 ml nước cất, thêm 167ml H 2SO4
đặc và 33,3 g HgSO4. Làm lạnh và định mức đến 1000 ml.
- Thuốc thử axit:
Pha thuốc thử theo tỷ lệ 5,06 g Ag2SO4/500 ml H2SO4 đặc. Để dung dịch đã
pha 1-2 ngày trước khi sử dụng để lượng Ag2SO4 tan hoàn toàn.
- Dung dịch muối Mohr (sắt amoni sunphat) 0,25N gọi tắt là dung dịch FAS:
hòa tan 9,8 g FeSO4 (NH4)2 SO4 .6H2O PA, hòa tan trong 10 ml H2SO4đ (d=1,84
g/ml) rồi định mức trong bình 100 ml, them nước cất đến vạch mức.
- Chỉ thị feroin: hòa tan 1,5 g 1,10-octophenan throlin monohy drat với 0,7g
FeSO4 .H2O trong nước cất và định mức trong bình định mức dung tích 100 ml.

Định chuẩn dung dịch FAS được xác định lại bằng K2Cr2O7 thu được:
CFAS =

1
VK2Cr2O7
x 0,25 =
x 0,25 = 0,238 (N)
VFAS
1,05

Hóa chất xác định NO3-Dung dịch chuẩn gốc NO3- 1000 mg/l (tính theo N-NO3-) được chuẩn bị
bằng cách: cân chính xác trên cân phân tích 7,2143 (± 0,0001) g KNO 3 (trước đó đã
sấy khô tại nhiệt độ 1050C trong 2h). Sau đó hòa tan và định mức trong bình định
mức dung tích 1000 ml.
- Dung dịch đệm vạn năng: được pha từ 2 dung dịch:
+ Dung dịch A: Trộn 3,08 ml dung dịch H 3PO4 13M với 3,88 ml dung dịch
CH3COOH 10,3M và với 2,48 g H3BO3, sau đó chuyển vào bình định mức dung
tích 1 lít, thêm nước cất và lắc đều, cuối cùng định mức đến vạch bằng nước cất.
Mỗi axit đều có nồng độ như nhau là 0,04 mol/l.
+ Dung dịch B: là dung dịch NaOH 0,20 mol/l: cân chính xác 0,8 g NaOH
rắn (được giữ trong bình hút ẩm), hòa tan và định mức trong bình dung tích 100 ml.
Để pha dung dịch đệm vạn năng pH = 4,5: lấy 100 ml dung dịch A, thêm vào
đó 30 ml dung dịch B. Điều chỉnh pH bằng máy đo pH [17].
+ Ngoài ra còn có các hóa chất cần thiết khác: dung dịch Natri salixylat
0,5%, dung dịch Ag2SO4, dung dịch NaHCO3, KCl...

Chuyên ngành hóa phân tích

19

Trường ĐHKHTN


Khóa luận tốt nghiệp
Thiết bị và phần mềm máy tính
- Cân phân tích Scientech SA 210 độ chính xác ± 0,0001g.
- Máy đo pH: Metrohm 691: điện cực thuỷ tinh và điện cực calomen bão hoà.
- Bộ cất đun hồi lưu: sinh hàn, bình cầu, dây nối, bếp điện và nhiệt kế.
- Buret của Đức: độ chia nhỏ nhất: 0,1 ml, ở 200C sai số ± 0,05 ml.
- Máy trắc quang UV- VIS 1650 PC- Shimadzu -Nhật Bản (190nm - 900nm)
- Cuvet thạch anh: l= 1cm.
- Máy rung siêu âm.
- Máy phá mẫu COD.

Hình 2. Máy phá mẫu COD
(Phòng thí nghiệm Hóa học môi trường – ĐHKHTN- ĐHQGHN)
- Phần mềm xử lý Excel.
- Phần mềm Matlab 7.9: Chương trình hồi qui đa biến tuyến tính PLS, CLS,
ILS và PCR.
- Phần mềm xử lý thống kê Origin 7.5 và MINITAB 16.

2.2.2. Chuẩn bị mẫu phân tích
♦ Loại mẫu phân tích
Thông tin ban đầu về mẫu thực tế phân tích như trong bảng 2.

Chuyên ngành hóa phân tích

20

Trường ĐHKHTN