Phương pháp phân tích các chỉ tiêu môi trường

T hS. Đ IN H H Ả I H À
[- -■^nễ^ẨmêMẩỉĩẫ®^#&%ềWĨ£Ỉ

Phương pháp phân tích

CÁC CHỈ TIÊU

MÔI TRƯỜNG
•‘

ífằ NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT


T h S . Đ IN H H Ả I HÀ

Phương pháp phân tích

CÁC CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG

N H À X U Ấ T B Ả N K H O A H Ọ C VÀ KỸ T H U Ậ T


LỜI NÓI ĐẦU
Kinh tế càng phát triển kéo theo ô nhiễm moi trường ngày càng nhiều.
Nếu như chúng ta không có những chính sách phát triển bền vững - phát triển
kinh tế đi đôi với bảo vệ môi trường thì th ế hệ tương lai cua chúng ta sẽ phải
gánh chịu những hậu quả nặng nề như thiên tai, lũ lụt do thay đổi khí hậu toàn
cầu, các căn bệnh ung thư ngày càng nhiều do các chất thải độc hại được thải
ra môi trường một cách tùy tiện, sự suy giảm tầng ozon... Hiện nay có rất
nhiều nhà máy, khu cóng nghiệp hàng ngày thải ra môi trường hàng trăm khôi
nước thải gây ô nhiễm môi trường. Nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm do các hoạt

dộng này gây ra vù từ đó đưa ra hướng xử lý thích hợp, sách Phương Pháp
Phân Tích Các Chí Tiêu Môi Trường cung cấp các kiến thức cho kỹ sư mỏi
trường khả năng đánh giá chất lưựng nguồn nước, khí vù đất tại khu vực đó.
N goài ra sách Phương Pháp Phân Tích Các Chí Tiêu M ôi Trường còn
có th ế sứ dụng cho môn học Thực Hành Hỏa Kỹ Thuật M ôi Trường, Thực
Hành M ôi Trường Đất, Thực hành ô Nhiễm Không Khí dùng cho sinh viên
thuộc các chuyên ngành như Công nghệ Môi trường, Quản lý Môi trường,
Khoa học M ôi trường trong các trường Cao đẳng vù Đại học trên cả nước
cũng như cho các cán bộ thuộc cúc trung tăm nghiên cứu, phân tích chất lưựng
nước vù đất, các phòng thí nghiệm của các khu công nghiệp...
Đ ể hoàn thành cuốn sách này tác giả đã tham khảo nhiều nguồn tài liệu
khúc nhau, xin được chân thành gửi lời cám ơn đến các nhà khoa học, đặc biệt
là các thầy cô thuộc Khoa Công nghệ Và Quản lý Môi trường - trường Đại
học Dân Lập Vãn Lang Tp. Hồ Chí Minh đã phiên dịch tài liệu nước ngoài
"Standard Methods ” đ ể cưng cấp các nguồn dữ liệu quý giá giúp tác giả có thể
hoàn rlĩănh cuốn sách này.
Rất mong nhận được ý kiến đỏng góp đ ể lần xuất bản sau được hoàn
thiện hơrt.
Mọi ỷ kiến đống góp xin gửi về địa chí Chi nhánh Nhà xuất bản Khoa
học và K ỹ thuật: 28 Đồng Khởi, Q1, Tp. Hồ Chí Minh. Đt : (08) 38225062 38296628. Hoặc địa chỉ email của tác giã : haihak6@ yahoo.com.

Xin chân thành cảm ơn.

Tác giả

3


MỤC LỤC
Chương 1: Mở đầu

6

Bài 1: Lấy mẫu và bảo quản mẫu

6

Bài 2: Dung dịch chuẩn

19

Chương 2: Phân tích các thông sô" vật lý
Bài 3: pH, EC, độ mặn

26
26

’

Bài 4: Chất rắn

27

B ài 5: Độ

đục

29

Bài 6 : Độ màu

31

Chương 3: Phân tích các thông sô" th ể tích

33

Bài 7: Chloride

33

Bài 8 : Độ

acid

36

B ài 9: Độ kiềm

39

B ài 10: Độ cứng tổng cộng
Bài 11: Độ cứng canxi

42
47

Bài 12: Nitơ hữu cơ

49

Chương 4: Phân tích các thông sô" trắc quang

52

Bài 13: Sắt

52

Bài 14: Nitơ - nitrit (N -N 0 2‘)

57

B ài 15: Nitơ-nitrat ( N 0 3*)
Bài 16: Nitơ - amoniac (NH3)

60
63

Bài 17: Phosphat
68
Bài' 18: S u lfàt..................................................................................................................71
Bài 19: Mangan

73

Bài 20: Chlorine - C l 2

76

Chương 5: Phân tích các thông sô"sinh hoá
B ài 21: Oxy hòa tan (Dissolved oxygen demand - DO)

78
78

Bài 22: Nhu cầu oxy sinh học (biological oxygen demand - BOD)

81

B ài 23: Nhu cầu oxy hóa học (chemical oxygen demand - COD)

84

Chương 6 : Phương pháp phân tích các chỉ tiêu m ôi trường đất
Bài 24: Chuẩn bị mẫu đất

88

4

88


Bài 25: Xác định tỉ trọng, dung trọng và độ xốp đất

90

Bài 26: Phân tích hạt kết ãắi

93

Bài 27: Độ chua của đất

97

lỉài 28: Phân tích tổng scí muôi tan, clo

101

Bài 29: Phân tích mùn trong đất

103

Bài 30: Phân tích N tổng sô"trong đất

108

Bài 31: Phân tích Si, R 2O 3 trong đất

111

Bài 32: Phân tích Al3+ trao đổi trong đất

118

Bài 33: Xác định các dạng tồn tại của sắt trong đất

120

Bài 34: Xác định pH đất (Trích TCVN 5979 - 1995 - ISO
10390:1993)
Bài 35: Phân tích CaO, MgO trong đất

123
127

Chương 7: Phương pháp phân tích các chỉ tiêu môi trường khí

132

Bài 36: Xác định acid HC1 - phương pháp hấp thụ bằng nước cất

132

Bài 37: Xác định C 0 2- phương pháp hấp thụ C 0 2 bằng Ba(OH ) 2

134

Bài 38: Xác định sulfur dioxyt (SO 2) phương pháp hấp thụ
bằng tetraclomecurat

136

Bài 39: Xác định dioxyt nitơ (N 0 2) phương pháp hấp thụ
bằng NaOH 0,5N

140

Bài 40: Xác định amoniac phương pháp hấp ihụ bằng

H 2SO 4 0,01N14
Bài 41: Xác định hydrosulíua phương pháp hấp thụ
bằng cadimi sullầt

143
145

5


Chương 1

MỞ ĐẦU
BÀI 1: LÂ Y MẪU VÀ BẢO QUẢN MAU
1.1. Giới thiệu chung
ứ n g với nhu cầu của xã hội đòi hỏi chất lượng phân tích ngày càng cao
và yêu cầu của khách hàng cũng ngày càng đa dạng, kiểm soát và bảo đảm
chất lượng của phép phân tích QAQC (Quanlity Assurance and Quanlity
Control) là nhằm mục đích tăng độ tin cậy của khách hàng đốì với kết quả
của phép phân tích. Chính vì vậy mà yêu cầu về chất lượng của phép phân
tích đặt ra hàng đầu.
Mục đích của phép phân tích là tìm ra một cách định tính và định lượng
thành phần của các chất có trong môi trường. Trong phân tích môi trường có
một sô" mục tiêu cụ thể:
• Để chuẩn bị một ngân hàng dữ liệu nhằm xác định xu hưcmg sự biến đổi
một họp chất nào đó troneĩ môi trường.
• Xác định chính xác thành phần và nồng độ của một mẫu môi trường nào
đó nhàm đưa ra giải pháp công nghệ và xử lý nó.
Với đà phát triển này, thì hàng loạt các máy móc, thiết bị phân tích kỹ
thuật cao ra đòi góp phần tăng độ chính xác của một phép phân tích. Tuy nhiên,

sai số của một phép phân tích có thể đến từ nhiều nguồn: lấy mẫu, vận chuyển
và bảo quản mẫu, chọn lựa phương pháp phân tích, bản thân người phân tích,
không hiệu chinh thiết bị họp lý, xử lý và báo cáo số liệu không chính xác.
1.2. Láy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu
Chất lượng của một phép phân tích phụ thuộc rất nhiều vào quy trình
lấy mẫu. Theo thông kê có tới 6 6 % sai sô" của kết quả phân tích đến từ việc
lấy mẫu sai. Độ tin cậy của một kết quả phân tích phụ thuộc vào chiến lược
lấy mẫu, k ế hoạch lấy mẫu và sơ đồ lấy mẫu.
Trong phân tích môi trường người ta phân biệt làm 4 loại mẫu, ứng với
mỗi loại sẽ có sơ đồ lấy mẫu tương ứng:
s

Loại 1: mẫu đại diện (Representaíive) là loại mẩu mang nhiều tính chất.
Đ ể bảo đảm được tính đại diện của mẫu môi trường người ta phải xem xét
trạng thái tồn tại của mẫu ngoài môi trường đó.

Ví dụ: mẫu đồng thể (nước sông, hồ...)

6


Mẫu dị thể (chất thải rắn).
Mẫu tĩnh (nước trong ao, hồ).
Mẫu động (nước sông, biển).
s

Loại 2: mẫu chọn lựa (Selective) hoàn toàn phục thuộc vào k ế hoạch lây
mẫu. Chúng ta chọn lựa mẫu sao cho thỏa mãn một tính chất thích hợp
nào đó mà chúng ta dự định và bỏ qua các chi tiết khác.

s

Loại 3: mẫu bất kỳ (Random) khi tính đại diện không đảm bảo, lấy bất kỳ
nhưng phải xem xét cho thỏa mãn một sô" tiêu chí, nhu cầu đề ra.

s

Loại 4: mẫu hỗn hợp (Composite) hay còn gọi là mẫu trộn (mixed).

1.2.1. Thời gian lứu mẫu
Là khoảng thời gian cực đại từ thời điểm lấy mẫu đến lúc đo mẫu mà
mẫu không có sự biến đổi đáng kể nào, về mặt nguyên tắc nên đo mẫu càng
nhanh càng tốt sau khi lấy mẫu. Trong quá trình vận chuyển và lưu mẫu mọi
thao tác đều phải được ghi nhận.
1.2.2. M ột sô"tính chất của mẫu phân tích
Khi xây dựng chiến lược lấy mẫu phải xem xét đến các yếu tô" như: độ
bay hơi, tính nhạy với ánh sáng mặt trời, tính bền vững về nhiệt, tính phản
ứng hóa học...
Mọi nguyên nhân về sự nhiễm bẩn của mẫu phải được xem xét cẩn
thận: sự hòa tan của một sô" châ^t, của vật chứa mẫu vào mẫu, thành phần môi
trường bên ngoài (bụi, hóa chất khác), đặc biệt chất dễ bay hơi.
Một vài nguyên nhân gây biến đổi mẫu:
- Vi khuẩn, tảo và các vi sinh vật khác có thể tiêu thụ một sô" thành
phần có trong mẫu, chúng cũng có thể làm biến đổi bản chất của các
thành phần và tạo ra các thành phần mới. Hoạt động sinh học này gây
ảnh hưởng đến hàm lượng oxy hòa tan, cacbondioxyt, các hợp chất
nitơ, photpho và đôi khi có cả silic.
- Một sô" hợp chất có thể bị oxy hoá bởi oxy hoà tan trong mẫu hoặc
oxy không khí (thí dụ như các hợp chất hữu cơ, sắt II, sunfua).
- Một sô" chất kết tủa ví dụ như CaCU3, Al(OH)3, M g (P 0 4)2, hoặc bay

hơi ví dụ như oxy, thuỷ ngân, cyanua
- pH, độ dẫn điện, hàm lượng cacbondioxyt có thể bị thay đổi do hấp
thụ cacbondioxyt từ không khí.
- Các kim loại hoà tan hoặc ở dạng keo, một sô" hợp chất hữu cơ có thể
bị hấp phụ không thuận nghịch lên bình chứa hoặc lên các hạt rắn có
trong mẫu.
7


- Các sản phẩm polyme hoá có bị depolyme hoá, ngược lại các hợp
chất đơn giản có thể bị polyme hoá.
1.2.3. Đ iều kiện lưu trữ mẫu, mục đích phân tích
Mỗi một mẫu cần phải có c h ế độ bảo quản thích hợp, mục đích là tạo
ra môi trường lưu trữ tốt làm hạn c h ế tối thiểu phản ứng hóa học, sinh học đôi
với mẫu. Hầu hết các phản ứng enzyme xảy ra ở nhiệt độ 20-30°C (nhiệt độ
phòng) nên lưu trữ mẫu trong điều kiện lạnh và trong không gian tôi. Đôi khi
để lưu mẫu phải thêm vào những chất trợ như chất chông oxy hóa, chông keo
1.2.4. T iền xử lý mẫu
Mục đích của phép phân tích là mẫu ta đo phải phù hợp với tính đại
diện của mẫu môi trường. Trước khi đo thường có một sô" công đoạn phải thao
tác với mẫu để phù hợp với thiết bị đo và phương pháp đo như: lắc, pha
loãng, cô đặc, nghiền, cắt, lọc, trộn...
1.2.5. Lựa chọn phương pháp phân tích
Khi cân nhắc lựa chọn phương pháp phân tích thường dựa vào một sô"
gợi ý sau đây:
Những phương pháp phân tích mà ta tự xây dựng nên.
Những phương pháp được công bcí trong những tạp chí khoa học
chuyên ngành.
Những phương pháp do các tổ chức thương m ại cung cấp.
Những phương pháp được cang cấp trong sách chuyên ngành.

Những phương pháp do các tổ chức tiêu chuẩn hóa công bô" (ISO,
TCVN...).
1.2.6. Các yếu tô" cẩn cân nhắc khi lựa chọn phương pháp phân tích

8

>

Giới hạn phát hiện (LOD - Limit of detection): là lượng nhỏ nhất
của một chất cần phân tích trong mẫu môi trường mà phương pháp,
thiết bị nào đó có thể phát hiện được.

>

Độ nhạy của phương pháp phân tích (Sensitivity): biểu thị sự thay
đổi kí hiệu của phương pháp hay của máy khi có sự thay đổi về nồng
độ của chất cần phân tích trong mẫu. Độ nhạy của phương pháp phân
tích chính là độ dốc của đường chuẩn.

>

Độ chính xác của phương pháp phân tích (A ccuracy): là độ lệch
giữa giá trị đo được với giá trị được xác định thông qua đường chuẩn.
Biểu thị sai số của từng phép đo trong từng phương pháp hay thiết bị
sử dụng.


y=ax+
a = tg a

s

a
*--------------------------------►
H ình 1.1. Phương trình đường chuẩn.
>

Độ đ ú n g (P recision): là độ lệch giữa giá trị đo được với giá trị thực
của mẫu

>

Độ lặp lại (R eproducibility): là giá trị tuyệt đôi của độ lệch chuẩn
của một phép đo trong cùng điều kiện đo. Lập lại thí nghiệm nhiều
lần để tin tưởng hơn.

1.2.7. Các yếu tô" m ôi trường phòng thí nghiệm cần cân nhắc
- Ánh sáng m ặt trời, nhiệt độ, bụi, độ rung động, các trường điện từ...
- Phương cách thiết k ế phòng thí nghiệm: độ thông thoáng, độ ẩm...
- Phương cách định vị thiết bị đo: việc bô" trí các thiết bị, hóa chất...
- Phương cách lựa chọn các dụng cụ:
• Đốì với thiết bị phải được kiểm tra xem vận hành có tối không, phải
hiệu chỉnh thiết bị thường xuyên, bảo trì, kiểm tra tính sạch.
•

Đốì với hóa chất phải kiểm tra chất lượng hóa chất đó, điều kiện
bảo quản hóa chất.

•

Đổì với các vật dụng khác: kiểm tra độ sạch các vật dụng trước khi
đo.

1.2.8. Phương thức bảo quản mẫu
Phương thức bảo quản mẫu nước theo chỉ tiêu phân tích được trình bày
trong bảng sau:

9


Bảng 1.1. Phương thức bảo quản mẫu nước
Chí tiêu phân tích

Phương thức bảo quản

Độ cứng (hardness)

Không cần thiết

Calci (Ca2+)

Không cần thiết

Cloride (CO

Không cần thiết

Floride (F')
Đô dẫn điên

Không cần thiết
4°c

24 giờ

Màu

4°c

COD

1

28 giờ

4°c

H2S
DO

trữ tốì đa

4°c

Độ acid, độ kiềm
Mùi
Sulphate

Thời gian tồn

6

giờ

4"C; pH< 8

48 giờ
28 ngày

Thêm 2mg/l zinc acetate

7 ngày

(0,7mlH2S 0 4+ lm lN aN 3)/300ml;
1 0 - 2 0 °c

8 giờ

2ml/l H 2S 0 4

Dầu và mỡ

2 ml/l H 2S 0 4, 4°c

7 ngày
28 ngày

Carbon hữu cơ

2ml/l HC1, pH<2

7 ngày

NaOH, pH>12, 4°c, trong tối

24 giờ

Phenol

H2S04, pH<2, 4°c

24 giờ

n -n h 3
N -N 0 2; N -N 0 3
Phosphate
Fe, Mn

H 2S 0 4, pH< 2 , 4°c
H 2S 0 4, pH< 2 , 4°c

7 ngày
Phân tích ngay

4°c

48 giờ
6 tháng

Cyanide

HNƠ 3, pH< 2 , 4°c

ị

Cách bảo quản và thời gian lưu trữ trên chỉ có tính hướng dẫn, việc
phân tích thực hiện càng sớm càng tốt.
1.3. Đo mẫu
1.3.1. Các nguyên nhân dẫn đến k ết quả sai khi đo mẫu
- Năng lực của người phân tích, phương pháp chuẩn độ, tiến hành thí
nghiệm không theo trình tự, sự nhiễm bẩn trong lúc đo, các nhiễu: là
sự hiện diện của các thành phần khác trong mẫu môi trường mà có
thể gây ra ảnh hưởng đến mục đích đo của chất cần phân tích, về mặt
nguyên tắc thì nhiễu cần được loại bỏ ở công đoạn tiền xử lý mẫu.
- Sai sô" do các phản ứng oxy hóa.
-S a i sô" thiết bị: thiết bị hoạt động không đúng như mong đợi, không
hiệu chỉnh, mẫu đo không phù hợp với thiết bị đó.

10


- Sai sô do lây mẫu.
- Sự mất mát và phân hủy trong lúc đo: bị phân hủy do phản ứng oxy
hóa, nhiệt độ, bay hơi, bị hấp thụ trên bề mặt của các vật dụng phân
tích.
1.3.2. K iểm tra tính thích hợp của phương pháp phân tích
Lập lại thí nghiệm nhằm mục đích giúp cho người phân tích tin tưởng
phương pháp đang thực hiện là đúng, điều này có nghĩa là người phân tích
đang tiến hành đúng trình tự phân tích.
Thí nghiệm thu hồi (Recovery test): khi bản chất của chất cần phân tích

trong môi trường ta đã xác định rõ ta sẽ làm thí nghiệm thu hồi bằng cách
thêm vào mẫu đó một lượng xác định đúng chất cần thiết đó, ta sẽ đo mẫu
trước và sau khi thêm, sự khác biệt giữa hai lần đo sẽ cho ta thông tin về sự
hiện diện của mẫu khi so sánh với đường chuẩn.
Đo mẫu không (blank): là mẫu không chứa chất cần phân tích.
Dùng những phương pháp khác nhau để đo.
Thay đổi đầu dò.
> Yêu cầu về năng lực: một sô" yêu cầu chung với người phân tích là tính
cẩn thận, ngăn nắp, gọn gàng, kỷ luật cao.
Trước khi phân tích: phải hiểu rõ mục đích của phương pháp đo, lịch sử
của mẫu, định ra kê hoạch cho phép đo.
Trong lúc phán tích: quan sát cẩn thận, ghi nhận các hiện tượng xảy ra
trong quá trình đo, các sự cô" bất thường xảy ra. Kiểm tra lại các điều kiện
phòng thí nghiệm, lau chùi thiết bị, ghi nhận số liệu trong quá trình đo.
Sau khi phân tích: quản lý dữ liệu đo được một cách phù hợp, chỉ ra
ngay những sai sô", mẫu nên được lưu giữ một thời gian cho đến khi kết quả
được tin tưởng, sắp xếp lại khu vực thí nghiệm để sẩn sàng cho phép đo tiếp
theo.
1.4. Các phương pháp ứng dụng trong phân tích mối trường
1.4.1. Phương pháp phân tích bằng quang hóa
❖

Bức xạ điện từ

Là một dạng năng lượng được truyền đi trong không gian với vận tốc
lứn. Hai lý thuyết nói lên đặc tính của bức xạ điện từ:
- Bước sóng: bức xạ điện từ là một dạng dao động sóng hình sin được
đặc trưng bởi một scí đại lượng ví dụ: nhịp độ, bước sóng, tần sô" sóng,
chu kì, biên độ dao động.
- Bước thẳng: xem bức xạ điện từ là chùm của những hạt mang năng

lượng được gọi là proton E=h.v, mỗi hạt có mang một năng lượng h:

11


hằng sô" Frăng, v: tần sô" dao động sóng. Năng lượng của proton E tỉ lệ
thuận với tần sô" dao động của sóng.
Phân loại bức xạ:
Bức xạ tia f : bước sóng X = 0,005-1,5Ả
Bức xạ tia X: bước sóng X = 0,1-1005Ả
Bức xạ hấp thu tia cực tím nằm trong vùng chân không: bước sóng
X = 10-180nm thu được do sự kích hoạt những electron ngoài cùng, ứ n g đụng
trong phân tích môi trường đốì với mẫu khí.
Bức xạ trong vùng cực tím: X = 180-780nm, ánh sáng nhìn thấy được.
Bức xạ hồng ngoại IR: X = 0,78-300nm được phát ra do những dao động
rung và quay của phân tử. Phân tích cấu trúc của những phân tử phức tạp nhất
là những phân tử hữu cơ.
Những vùng còn lại: là vi sóng, sóng radio.
Khi bức xạ điện từ phát ra truyền qua môi trường vật chất sẽ có một sô"
hiện tượng xảy ra:
>

>
>

>

>

>

Hiện tượng hấp thu bức xạ: mẫu môi trường sẽ hấp thu một phần
năng lượng bức xạ điện từ. Kết quả là năng lưựng bức xạ sẽ bị
yếu đi, làm căn cứ phân tích định tính và định lượng mẫu mỏi
trường.
Hiện tượng truyền suốt: làm mẫu o để điều chỉnh máy phân tích
Hiện tượng tán xạ: khi bức xạ điện từ truyền đến bề mặt của mộl
vật thể rắn, bức xạ điện từ bị đổi phương truyền ra những hướng
khác nhau.
Hiện tượng nhiễu xạ (diffraction): khi cho bức xạ điện từ qua một
khe hẹp, bức xạ điện từ sẽ được phân tán ra thành nhiều chùm tia
khác nhau với những bước sóng nhất định mà có phạm vi hẹp
hơn.
Hiện tượng khúc xạ (reữaction): cho bức xạ điện từ qua hai môi
trường khác nhau, bức xạ điện từ sẽ bị thay đổi phương truyền
theo một quy luật nhất định.
Hiện tượng phản xạ: đổi phương truyền ánh sáng.

Cấu tạo thiết bị quang học - spectrophotometer
1

3

4

------------------

5
1

Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo của Spectrophotometer

12


1. Nguồn phát ra bức xạ điện từ (Radiation Source): là dạng cụ phát ra
bức xạ tro ne một vùng bước sóng mà ta mong; muôn.
2. Dụng cụ chứa mẫu (Sample Compartment) hay còn gọi là Curvet có
nhiều hình dạng như tròn, vuông.

'ỉ . . ?
;;**■;'$Ệ:
,4'ỉỹ'SkỂỈỆệĩmì
,Ị1

Hình 1.3. Cuvet đựng mẫu
3.
Thiết bị trộn và tách sóng (Wave length selection): có chức năng thu
hẹp bức xạ điện từ, tăng cường cường độ của bức xạ tại vị trí thu hẹp (khuếch
đại bức xạ lên vì sau khi qua 2 sẽ bị yếu đi). Trong thực t ế máy quang phổ 3
cổ thể là bộ lọc (fifter) hoặc máy đơn sắc (monochromater)

Bộ lọc
Hình 1.4. Thiết bị trộn và tách sóng.
4.

Detector: ghi nhận tín hiệu và chuyển hóa tín hiệu năng lượng ánh

sáng thành tín hiệu điện (tê bào quang điện).

Hình 1.5. T ế bào quang điện.

13


5. Thiết bị điều tuyến tín hiệu (Data/Signal pressesing): hiển thị dữ liệu
dưới dạng sô" hóa.
❖ Phổ hấp thu phân tử (Motercular uv-vis)
Vùng ứng dụng 180-3000nm.
Một sô"khái niệm chung liên quan đến quang phổ hấp thu: khi các phân
tử của mẫu môi trường nhận được một phần năng lượng bức xạ nó sẽ chuyển
lên trạng thái kích thích và tồn tại ở trạng thái này rất ngắn (10 ' 7 - 10‘8s). Đ ể
giải thích hiện tượng hấp thu này người ta dung một sô" khái niệm:
- Độ truyền suốt (Transmittance) %T = P/Po X 100%.
- Độ hấp thu (Absorbance) A = -logT = -log p/p 0 = log Po/P.
- Độ hấp thu phân tử (Molar Absorptivity) và định luật B eer
A=abc
A: độ hấp thu của vật chất.
b: chiều dày Curvet.
c: nồng độ vật chất trong môi trường nào đó.
a: hằng sô"phụ thuộc tính chất môi trường.
Định luật.Ẹ eer đúng với mẫu loãng CíO.OlM (do những phân tử của
môi trường đậm đặc có khoảng cách gần nhau, dễ va chạm dẫn tới không còn
cơ hội hấp thu năng lượng bức xạ).
ứ n g dụng cụ thể: chuẩn độ quang học, Sợi quang (gồm hai sợi dây
truyền bức xạ điện từ).

Hình 1.6. Một vài loại máy Spectrophotometer.
1.4.2. Phương pháp phân tích sắc ký
Đại cương về phương pháp sắc ký

❖ Đặc điểm của phương pháp sắc ký
Phương pháp sắc ký do nhà bác học người Nga Mikhail Tsvvett (18721919) phát minh vào năm 1903. ô n g đã dùng cột chứa oxyt nhôm tách các
pigment của lá cây xanh thành các vùng màu riêng biệt và ông đã đặt tên cho
phương pháp này là sắc ký (chromatography).

14


R usslan B oĩan isĩ
M ikhaiỊ ĩ s iv e r r (1872*1919)

thíĩtghiệmsắc kỷ cản Tsw*tt

Hình 1.7. Thí nghiệm của nhà bác học Mikhail Tswelt
Sắc ký là một phương pháp dùng để phân tách những thành phần gần
giông nhau trong một mẫu môi trường phức hợp. Trong kỹ thuật sắc ký, mẫu
được hòa tan vào trong pha động (mobile sample) có thể là một dòng khí,
chất lỏng hay là một dòng chất lỏng siêu tới hạn (nhiệt độ, áp suất cô" định).
Pha động này được đẩy qua một pha tĩnh mà không trộn lẫn pha động. Pha
tĩnh có thể cô" định trên một cột hoặc trên bề mặt của chất rắn. Thành phần
của hai pha được chọn lựa sao cho các thành phần khác nhau của mẫu môi
trường sẽ phân bô" lẫn nhau giữa pha động và pha tĩnh. Các thành phần được
lưu giữ mạnh hơn bởi pha tĩnh sẽ chuyển động một cách chậm chạp hổn so
với dòng pha động, và ngược lại những thành phần đưực lưu giữ bởi pha tĩnh
yếu hớn sẽ chuyển động nhanh hơn. Kết quả là những thành phần khác nhau
sẽ được tách rời ra.
Bảng 1.2. Phân loại các dạng sắc ký.
Loại

P hư ơng p h áp

P ha tĩnh

T r ạ n g thái cân
bằng

Sắc ký lỏng
(pha động là
chất lỏng)

Sắc ký lỏng-lỏng
(sắc ký phân bô")

Những chất lỏng
được hấp thụ trên
bề mặt chất rắn

Sự phân bô" giữa
các
chất
lỏng
không
trộn
lẫn
nhau

Sắc ký lỏng-liên
kết pha

Những phần tử

hữu cơ liên kết
trên bề mặt chất
rắn

Sự phân bô" giữa
chất lỏng và bề
mặt liên kết pha đó

15


Sắc ký lỏng-rắn

Những

(sắc ký hấp thu)

hoăc chất rắn
Nhựa trao đổi ion

Sắc ký trao đổi
ion

Sắc ký khí
(pha động là
chất khí)

hạt

nhồi

Hấp phụ

Sắc ký ngoại cỡ

Những hạt nhồi có
khoét lỗ

Sắc ký khí-lỏng

Những chất lỏng
được hấp thụ trên
bề măt chất rắn

Sự phân bô" giữa
khí và lỏng

Sắc ký liên kết

Những phân tử
hữu cơ đính trên
bề mặt chất rắn
Chất rắn

Sự phân boT giừa
khí và bề mặt liôn
kết pha đó
Hấp phụ vật lý đơn
thuần
Sự phân bcí giữa

dòng tới hạn và hề
mặt liên kết pha

pha
Sắc ký khí-rắn

Những phân tử
hữu cơ đính trên
bề măt chất rắn

Sắc ký dòng
tới hạn

Bộ tiêm mẫu

Bộ trộn

Bơm
cao áp

Đầu dò

i i
•s —

-------I "

s ,
m

_____________ >«|

Dung môi
Hình 1.8. Mô hình máy sắc ký lỏng.

16


C ác đại lượng cơ bản trong sắc ký
Một quá trình sắc ký được đặc trưng bởi rất nhiều các đại lượng đặc
trưng thủy động học của cột sắc ký, các đại lượng đặc trưng cho sự lưu giữ,
đại lượng đặc trưng cho sự phân tách và một sô» đại lượng khác. Trong phần
này chúng tôi chỉ đề cập tới một sô" đại lượng đặc trưng quan trọng của một
quá trình sắc ký.

Hình 1.9. Sắc ký đồ.
Trong đó:
-

tRi,

tR2: Thời gian lưu của câu tử thứ nhất và thứ 2.

- tM: Thời gian lưu chết.
- w 1, w2: Bề rộng đáy của mũi sắc ký.
1.4.3. Phương pháp phân tích khôi lượng
Phương pháp phân tích khôi lượng là một phương pháp của phân tích
định lượng dựa trên sự đo chính xác khôi lưựng của chất cần xác định, hoặc
của thành phần nó được tách ra ở trạng thái tinh khiết hóa học, hoặc dưới hựp
chất thích hợp (thường các thành phần này không đổi và biết chính xác).

Trong phương pháp này người ta thường cân một lượng mẫu chính xác
(được gọi là lượng cân) cần phân tích, rồi hòa tan nó thành dung dịch. Nếu
đối tượng là dung dịch thì lấy một thể tích chính xác của nó. Sau đó kết tủa
hựp phần cần xác định dưới dạng một hợp chất rất ít tan, đôi khi dưới dạng
đơn chất. Lọc rửa, sây vả nung để chuyển thành một hợp chất bền có thành
phần hóa học xác định (tức là có công thức hóa học ở một dạng nhất định)
được gọi là dạng cân. Cuối cùng đem cân kết tủa đã được sấy hoặc nung đó
trên cân phân tích, dựa vào khôi lượng của nó để tính hàm lượng châ t cần xác
định.
I OA ỉ MỌC QUOC GIA H/À
Ị Ị p ư n g Ì TAM THÔNG TIN THƯ Vlb.N

i M 0 j0 ơ ữ _ m L Ì

17


Ví dụ:
- Đ ể xác định hàm lượng của sắt có trong mẫu quặng, người ta cân
chính xác một lượng mẫu quặng và chuyển hoàn toàn sắt về dạng
Fe3+, kết tủa Fe3+ dưới dạng F e (0 H ) 3.xH 20 . Lọc, rửa và nung kết này
đến khôi lượng không đổi để chuyển kết tủa hoàn toàn về dạng
Fe 2C>3. Cuối cùng cân lượng kết tủa sau khi nung này và tính ra hàm
lượng của sắt.
- Xác định độ ẩm của mẫu đất, xác định chất rắn lơ lửng trong mẫu
nước...
1.4.4. Phương pháp chuẩn độ th ể tích
Phương pháp này thường dùng để xác định nồng độ của một chất bằng
cách dùng một chất khác đã biết nồng độ kết hợp với chỉ thị thích hợp dựa
trên lượng thể tích dung dịch phản ứng tại điểm đổi màu của chỉ thị.

Áp dụng định luật bảo toàn đương lượng: Các chất phản ứng với nhau
theo các lượng tỷ lệ với đương lượng của mỗi chất trong phản ứng đó.
C n i X V j = Cn2 X V 2

Trong đó: C n: nồng độ đương lượng.
V: thể tích dung dịch.
Tùy thuộc vào loại phản ứng dùng làm cơ sở cho mỗi phương pháp mà
phương pháp thể tích được đật tên theo đó. Các phương pháp phân tích thể
tích chia làm 4 loại dựa vào phản ứng mà chúng dùng để xác định điểm tương
đương:
Phương pháp kết tủa: có phản ứng tạo thành hợp chất ít tan (kết tủa).
Phương pháp trung hòa : có phản ứng acid - baz
Phương pháp oxy hóa khử: có phản ứng giữa các chất khử và chất oxy
hoá.
Phương pháp Complecxon: có phản ứng tạo phức giữa ion kim loại với
complexon.

18


BÀI 2: DUNG DỊCH CHUAN
1. Đ ại Cương
Trong quá trình phân tích nước và nước thải thường gặp nhiều dung
dịch chuẩn mà nồng độ ghi dưới hình thức sô" hữu tỉ thay vì sô" thập phân hay
số nguyên. Sự việc trên được giải thích bởi hai lý do:
Kết quả báo cáo: Các số liệu được yêu cầu ghi th ế nào để người thiết
k ế (thường là những người không chuyên môn trong ngành hóa) dễ hình
dung. Do đó đơn vị thường sử dụng là mg/1, đơn vị này được dùng phổ cập.
Tính toán: Đốì với người làm công tác xét nghiệm, công thức càng dễ
dàng, dễ nhớ càng giảm thời gian tính toán, càng tránh được những nhầm lẫn

có thể xảy ra.
T ừ hai lý do trên, việc chọn nồng độ dung dịch chuẩn được tiến hành
như một thông lệ sao cho: 1 lít dung dịch định phân luôn luôn tương ứng với
lg chất cần định lượng. Điều này cũng có nghĩa lm l dung dịch chuẩn sẽ
tương ứng với lm g chất cần định lượng. Rõ ràng việc pha c h ế dung dịch
chuẩn không phụ thuộc vào bản châ't chuẩn mà tùy thuộc vào khôi lượng
đương lượng (KLĐL) chất cần chuẩn.
Thí dụ phản ứng
Định lượng
amonias
Định lương nitơ
dạng amonia
Định lượng độ
kiềm dạng CaCƠ3
Định lượng cacbon
dioxyt
Định lượng độ acid
dạng C aC 0 3
Định lượng clorua
Định lượng NaCl
Định lượng oxy
hóa

KLĐL
Chất cần chuẩn
KLĐLNH3= 17

Dung dịch
chuẩn
Acid

Nồng độ dung
dich chuẩn
N/17

KLĐLn-nh3= 14

Acid

N/14

KLĐLCaco3=50

Acid

N/50

KLĐLc 0 2=44

Kiềm

N/44

KLĐLcaco3=50

Kiềm

N/50

KLĐLC|= 35,45

A gN 0 3

KLĐLN.C1=58,4

AgN0 3
Khử

N/35,45
N/58,44
N /8

KLĐL 02 = 8

Sau cùng công thức tính toán hàm lượng chất cần định lượng trong 1 lít
mẫu cũng trở nên đơn giản và dễ nhớ.

19


■s
,
,
m ỉ d u n g dịch c h u ẩ n
Nồng đô/hàm lương chât khảo sát (mg/1) = -------------- -------------m ỉ m âu

(1)

Một vài trường hợp như định phân oxy hòa tan với thể tích m ẫu ấn định
trước, nồng độ dung dịch chuẩn sẽ được hiệu chỉnh với mục đích tối giản việc

tính toán. Lúc đó lm l dung dịch chuẩn khi dùng sẽ tương ứng với lmg/1 oxy.
2. Chuẩn bị dung dịch chuẩn
Không phải xác định lại nồng độ dung dịch chuẩn sau khi pha chế, hóa
chất chuẩn phải có độ tinh khiết cao và việc cân các loại hóa chất cần cẩn
thận, đúng theo khôi lượng tính toán. Sau khi rót vào các bình định mức có
thể tích riêng biệt, việc đong đo pha c h ế đòi hỏi mức độ chính xác cao. Thực
tế nhiều trường hơp không có sô" liệu về độ tinh khiết hoặc khó đo lường
chính xác vì hóa chất dễ bay hơi, hút ẩm, biến châ"t nhanh trong không khí.
Dung dịch sau khi pha xong phải định lượng lại với một đung dịch chuẩn cơ
sở mà nồng độ đã biết rõ và đảm bảo.
3. Định chuẩn một dung dịch với m ột dung dịch chuẩn cơ sở
3.1 Pha c h ế và xác định lại nồng độ dung dịch NaOH N/50
Dung dịch NaOH thường được sử dụng trong phép định phân độ acid
dưới dạng C a C 0 3 có phân tử lượng M=100, đương lượng gam = 50. Do đó
nồng độ yêu cầu là N/50. Tuy nhiên NaOH thương mại thường ở dạng viên
khó cân chính xác, độ hút ẩm cao, dễ biến chất do C 0 2 trong không khí. Vì
th ế dung dịch NaOH N/50 thường được pha loãng từ dung dịch chuẩn có Iiồng
độ NaOH IN để có độ chính xác cao.
Dung dịch cơ sở là

H 2SO 4

N/10

3.1.1. T hiết bị và dụng cụ
Cân kỹ thuật sai scí ±0.01g.
Becher 500ml.
Bình định mức 1000 ml.
Buret.
Erlen 125ml.

3.1.2. Hóa chất
NaOH tinh khiết dạng viên.
Dung dịch chuẩn cơ

20

sở H 2SO 4

N/10.


3.1.3. Thực hành
a. Tính sư khởi
NaOH tinh khiết có phân tử gam M=40 trung hòa l,008g H +, sô" đương
lượng gam = 1 .
Đ ể pha c h ế 01 lít đun£ dịch NaOH IN, khôi lượng NaOH tính được là
M /l= 4 0 /l= 4 0 g .
Đ ể loại bỏ các yếu tô" có thể làm giảm nồng độ thực í ế, hệ sô" an toàn
được tăng 5%.
Khôi lượng NaOH cần t h i ế t : 40x1,05 =42g.
b. C ách làm
Dùng becher cân 42g NaOH viên bằng cân kỹ thuật
Hòa tan lượng NaOH trong 500ml nước cất, rót vào bình định mức
lOOOml. Trán sạch becher nhiều lần với nước cất. Nhập chung nước rửa vào
bình định mức.
T hêm nước cất cho đủ lOOOml.
Dùng pipet hút 5ml dung dịch trên ra erlen định phân bằng dung dịch
chuẩn H 2SO 4 N/10. Chỉ thị màu phenolphathalein đổi từ hồng nhạt sang mất
màu. Nồng độ NaOH pha ch ế theo công thức:
N 1V ,=N 2V 2

(2)

Trong đó:
N,: Nồng độ dung dịch acid chuẩn cơ sở N/10.
V !: T hể tích dung dịch

H 2SO 4

N/10 đã dùng (ml).

N 2: Nồng độ dung dịch NaOH pha chế.
v 2: T hể tích dung dịch NaOH trích ra để định phân (ml).
Kết quả tính đưực thường lớn hơn nồng độ mong muôn. Áp dụng công
thức (2) tính lượng nước cần để pha loãng dung dịch NaOH trên thành
lOOOml dung dịch NaOH IN.
Từ dung dịch NaOH IN vừa có, pha ch ế lOOOml dung dịch NaOH
N/50.
3.2. Pha c h ế và xác định lại nồng độ dung dịch H 2SO 4 N/50
Dung dịch acid sulíuric thường được sử dụng trong phương pháp định
phân độ kiềm dưới dạng C a C 0 3, do đó nồng độ yêu cầu là N/50. Đặc tính của
acid sulíuric đậm đặc là dễ hút ẩm, khó đo lường và dễ gây phỏng, do đó
dung dịch H 2 S O 4 N/50 thường được pha loãng từ dung dịch H 2SO 4 IN lưu trữ.
Dung dịch chuẩn là NaOH IN và NaOH n/50 đã pha loãng trong phần trên.

21


3.2.1. T hiết bị và dụng cụ
Xem lại phần 2.

3.2.2. Hóa chất
Acid sulfuric P-A, độ tinh khiết 96-98%. Khôi lượng riêng đ=1.841 . 8 6 g/cm3.
Dung dịch NaOH IN.
3.2.3. Thực hành
a. Tính sơ khởi
Áp dụng công thức tính gần đúng :V=100M N/b p d.
Trong đó:
V: Thể tích acid sulíuric đậm đặc tính toán (ml).
M: Phân tử g am acid sulíuric (g).
N: Nồng độ muôn pha.
b: Trị sổ* đương lượng,
p: Độ tinh khiết (%).
d: Khôi lượng riêng (g/cm3).
Tương tự như trên hệ sô" an toàn được tăng thêm 2%.
T hể tích acid sulfuric đậm đặc cần thiết: V(ml)=vxl,02.
b. Cách làm
Dùng pipet và quả bóp cao su hút cẩn thận V(rnl) acid sulĩuric đậm đặc
và 500ml nước cất định sẩn trong bình định mức lOOOml.
Dùng bình xịt rửa sạch acid sulfuric còn đọng trong pipet, rót tất cả
nước rửa nhập chung.
Thêm nước cất cho đủ lOOOml.
Dùng pipet trích dung dịch ưên ra erlen. Định phân bằng dung dịch
NaOH IN đã pha c h ế trong giai đoạn trên. Chỉ thị màu phenolphthalein
chuyển từ không màu sang màu hồng nhạt bền. Nồng độ dung dịch H 2 S O 4
được tính từ công thức ( 2 ).
Pha loãng dung dịch trên thành lOOOml H 2SO 4.
Với dung dịch H 2SO 4 IN vừa có, pha chê lOOOml H 2SO 4 N/50.

22

3.3. Dung dịch chuẩn Fe
3.3.1. Dung dịch lưu trữ sắt
Đổ 20ml H 2SO 4 đậm đặc vào 50ml nước cất và thêm vào l,404g
Fe(NH 4) 2(S 0 4 ) 2.6 H 20 . Pha thành lOOOml với nước cất (l,OOml = 200|ig Fe).
3.3.2. Dung dịch ch u ẩ n : chuẩn bị mỗi khi sử dụng.
Lấy 50ml dung dịch lưu trữ sắt cho vào bình định mức lOOOml, thêm
nước cất tới vạch định mức (l,OOml = 10,00|ig Fe).
3.4. Dung dịch chuẩn N-NO 3 : (lm l

N-NO 3)

= 2 ỊÀ g

3.4.1. Dung dịch N-NO 3 lưu trữ: (lm l = 2 |ig N-NO 3)
Hòa tan 0,7218^ Anhydrous Potassium Nitratc KNO 3 + nước cất = 1 lít.
3.4.2. Dung dịch N-NO 3 chuẩn: (lm l = 0,002mg = 2 |ig N-NO 3).
Pha loãng lOml dung dịch lưu trữ thành 500ml để có lm l dung dịch
chuẩn = 2 ịig N-NO 3.
3.5. Dung dịch chuẩn N-NH 3(lm l= 10

ụ.

g N-NH 3)

3.5.1. Dung dịch lưu trữ NH3 : ( lm l= lm g N= 1000

JLÍ

g N-NH 3)

Hòa tan 3,819g NH 4CI (đã sấy khô ở 100°C), thêm nước cất cho đủmột
lít (lm l = lm gN= 1,22 mg NH 3).
3.5.2. Dung dịch chuẩn N-NH3: (lm l = 10

JU

g N-NH 3)

Pha loãng lOml dung dịch lưu trữ với nước cất cho
(lml=0,010 mgN =0.0122mg NH3).

đủ một lít

3.6. Dung dịch phosphat chuẩn
3.6.1. Dung dịch lưu trữ
Hòa tan 219,5 mg KH 2PO 4 khan (sây khô ở 105° c một giờ) trong nước
cât và định mức thành 1000 ml (1,00 ml=50,0 JU g P-PO 4).
3.6.2. Dung dịch chuẩn
Dùng 50 ml dung dịch chuẩn pha loãng thành 1000 ml. Dung dịch này
có nồng độ 1,00 ml =2,5 jU g p -P 0 4.
3.7. Dung dịch sulfat chuẩn: (1,00 ml= 100

ụ,

g SO42’)

Lấy chính xác 10,4 ml H 2SO 4 O.O2 OON chuẩn + nước cất = lOOml hoặc
147,9 mg N a S 0 4 khan +nước cất pha thành 1000 ml.

23


4. Công thức tính pha dung dịch theo các nồng độ
4.1. Đ ôì vđi chất rắn
- Pha theo nồng độ mol CM(mol/lít):

CM

AVpha. 100
p

1000

Trong đó:
Iĩìct: khôi lượng mẫu cần cân pha, g.
C m- nồng độ hoá chất cần pha, mol/lít.
M a: phân tử lượng của chất cần pha,
Vpha: thể tích mẫu cần pha, ml.
p : độ tinh khiết của hoá chất.
- Pha theo nồng độ đương lượng CN (N):

c iV.ĐVPha 100
p

1000

Trong đó:
rrict: khôi lượng mẫu cần cân pha, g
CN: nồng độ đương lượng hoá châ^t cần pha, N.

Đ: số đương lượng của hoá chất cần pha.
Vpha: thể tích mẫu cần pha, ml.
p : độ tinh khiết của hoá chất.
- Pha theo nồng độ ppm:
__ c pptn

pha

^

dựngcân

10 0

mct — -------- -------------;---------- —
—
10'
M
p
1U
iVl dạngxácđịnh
r
Trong đó:
Cppm : sô" mg châ^t tan trong một lít.
mcl: khối lửờng mẫu cầii cân pha, g.
Vpha: thể tích mẫu cần pha, lít.
p : độ tinh khiết của hoá chất.%.
Mdạngcan- phân tử lượng của dạng cân.
Mdụng xác định • phân tử lượng của dạng cần xác định.
- Pha nồng độ %:

m _ C(%).vphud 100

11Lct — ---------------.-- --100
p
Trong đó:
c% : nồng độ phần trăm của dung dịch cần pha.
d : tỉ trọng của dung dịch, với dung dịch loãng xem d

24


Vpha: thể tích dung dịch cần pha, ml.
P: độ tinh khiết của hoá chất.
4.2. Đ ỏi với chất lỏng
- Pha theo nồng độ mol C M (mol/lít)
V
v "

c„ M V m

p .\ ú

Trong đó:
V jj : thể tích hoá chất đậm đặc cần hút để pha (ml).
C m * nồng độ hoá chất cần pha (mol/lít).
VPha : thể tích mẫu cần pha (ml).
p : độ tinh khiết của hoá chất cần pha, (vd p = 99).
d : khôi lượng riêng của dung dịch cần pha (g/ml).
- Pha theo nồng độ đương lượng C N (N)

„

Hây

c y a iv ,

Trong đó:
v đđ: thể tích hoá chất đậm đặc cần hút để pha, ml.
C N : nồng độ đưưng lượng hoá chất cần pha, N.
Vpha: thể tích mẫu cần pha, ml.
p :độ tinh khiêt của hoá chất cần pha
d : khôi lượng riêng của dung dịch cần pha.
Đ = M/z
CTjvf == C n/ z
- Pha theo nồng độ %
c 2^:
CA
Trong đó:
C j : nồng độ phần trăm của dung dịch có nồng độ cao ban đầu (P)
c2: nồng độ phần trăm của dung dịch cần pha.
vđđ: thể tích dung dịch có nồng độ cao ban đầu ml.
Vpha : thể tích dung dịch cần pha, ml.
Với các dung dịch có nồng độ xấp xỉ nhau, có thể xem dj% d2.

25