Nghiên cứu đánh giá hàm lượng nitrat, nitrit trong các nguồn nước cấp cho các nhà máy xử lý nước của tỉnh quảng ninh bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử​

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HOÀNG THỊ PHƯƠNG LAN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG NITRAT,
NITRIT TRONG CÁC NGUỒN NƯỚC CẤP CHO CÁC
NHÀ MÁY XỬ LÍ NƯỚC CỦA TỈNH QUẢNG NINH
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC

THÁI NGUN - 2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HOÀNG THỊ PHƯƠNG LAN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG NITRAT,
NITRIT TRONG CÁC NGUỒN NƯỚC CẤP CHO CÁC
NHÀ MÁY XỬ LÍ NƯỚC CỦA TỈNH QUẢNG NINH
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ
Chuyên ngành: Hố phân tích
Mã số: 60.44.01.118

LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. TRƯƠNG THỊ THẢO

THÁI NGUYÊN - 2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được gửi tới cô giáo - TS. Trương Thị Thảo lời biết ơn
chân thành và sâu sắc nhất. Cô là người đã trực tiếp giao đề tài và tận tình chỉ bảo,
hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm q báu, giúp đỡ tơi trong q trình
nghiên cứu và hồn thành luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn các thầy cơ Khoa Hố học - Đại học Khoa học
Thái Nguyên, Khoa xét nghiệm - Trung tâm Y tế Dự phòng tỉnh Quảng Ninh, cán
bộ của 12 nhà máy xử lí nước tỉnh Quảng Ninh đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi.
Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn đơn vị cơ quan nơi tôi công tác đã tạo
điều kiện để tôi học tập, nghiên cứu hoàn thành tốt bản luận văn. Cuối cùng tơi xin
được cảm ơn những người thân trong gia đình, đã ln động viên, cổ vũ để tơi hồn
thành tốt luận văn của mình.
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 10 năm
2016
Tác giả

Hồng Thị Phương Lan

a
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................a
MỤC LỤC.................................................................................................................b
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.................................................................................d
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................e
DANH MỤC CÁC HÌNH.........................................................................................g
MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 1
Chương 1. TỔNG QUAN........................................................................................3
1.1. Điều kiện tự nhiên, dân cư tỉnh Quảng Ninh......................................................3
1.2. Giới thiệu về nitrat và nitrit................................................................................4
1.2.1. Chu trình sinh hóa của Nitơ trong mơi trường..........................................5
1.2.2. Tính chất lí, hóa học của nitrit, nitrat........................................................6
1.2.3. Độc tính của nitrit và nitrat.......................................................................8
1.3. Các phương pháp phân tích nitrit, nitrat trong phịng thí nghiệm.....................12
1.3.1. Các phương pháp xác định nitrit............................................................. 12
1.3.2. Các phương pháp xác định nitrat............................................................. 17
Chương 2. THỰC NGHIỆM................................................................................ 23
2.1. Phương pháp thực nghiệm................................................................................ 23
2.1.1. Phương pháp trắc quang xác định nitrit bằng thuốc thử aminobenzen
sufonamid và với N (1 naphtyl) 1.2 diamonietan dihidroclorua.......................23
2.1.2. Phương pháp trắc quang xác định nitrat dùng axit sunfosalixylic...........24
2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị............................................................................ 24
2.2.1. Hóa chất.................................................................................................. 24
2.2.2. Dụng cụ và thiết bị.................................................................................. 25
2.3. Nội dung thực nghiệm...................................................................................... 26
2.3.1. Pha chế các dung dịch làm việc............................................................... 26
2.3.2. Lấy mẫu và bảo quản mẫu....................................................................... 27

2.3.3. Các nội dung thực nghiệm....................................................................... 29

b
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




2.3.4. Ứng dụng phân tích mẫu thực tế............................................................. 40
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................. 41
3.1. Các điều kiện của phương pháp phổ hấp thụ phân tử.......................................41
3.1.1. Các điều kiện xác định nitrit.................................................................... 41
3.1.2. Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định nitrit, kết quả đánh giá
phương pháp...................................................................................................... 47
3.1.3. Các điều kiện xác định nitrat................................................................... 50
3.1.4. Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định nitrat, kết quả đánh giá
phương pháp...................................................................................................... 54
3.2. Ứng dụng phân tích mẫu thực tế....................................................................... 58
3.2.1. Xác định hàm lượng nitrit........................................................................ 58
3.2.2. Xác định hàm lượng nitrat....................................................................... 61
KẾT LUẬN............................................................................................................ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 69
PHỤ LỤC

c
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

BYT

Bộ y tế

BTNMT

Bộ tài nguyên môi trường

VSMT

Vệ sinh môi trường

TBA - OH

Tetrabutylamonium hydroxide

EDTANa

Dinatridihidro etylendinitrilo tetraaxetat

LOD

Giới hạn phát hiện

LOQ

Giới hạn định lượng

RSD

Độ lệch chuẩn tương đối

Abs

Mật độ quang

KPH

Khơng phát hiện

d
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Giới hạn cho phép hàm lượng nitrit và nitrat trong nước......................11
Bảng 2.1. Địa điểm và thời gian lấy mẫu quí 1 năm 2016....................................28
Bảng 2.2. Địa điểm và thời gian lấy mẫu quí 2 năm 2016....................................28

Bảng 2.3. Pha dung dịch khảo sát cực đại hấp thụ quang xác định nitrit..............29
Bảng 2.4. Pha các dung dịch khảo sát ảnh hưởng của các ion cản trở xác
định ion nitrit 31
Bảng 2.5. Pha dung dịch khảo sát khoảng tuyến tính xác định nitrit.................... 32
Bảng 2.6. Các cơng thức tính LOD, LOQ............................................................. 33
Bảng 2.7. Pha dung dịch khảo sát cực đại hấp thụ quang xác định nitrat..............35
Bảng 2.8. Pha dung dịch khảo sát khả năng Na3N khắc phục sự nhiễu của
-

NO2 trong xác định nitrat 37
Bảng 2.9. Pha dung dịch khảo sát ảnh hưởng của các ion cản trở xác định nitrat. 38
Bảng 2.10. Pha dung dịch khảo sát khoảng tuyến tính xác định nitrat....................39
-

Bảng 3.1. Độ hấp thụ quang dung dịch NO2 ở các giá trị pH khác nhau.............42
-

Bảng 3.2. Độ hấp thụ quang dung dịch NO2 khi thể tích thuốc thử khác nhau....43
-

Bảng 3.3. Độ hấp thụ quang dung dịch NO2 khi thời gian phản ứng khác nhau. .44
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định nitrit.........46
-

Bảng 3.5. Độ hấp thụ quang dung dịch NO2 ở các nồng độ khác nhau................47
Bảng 3.6. Nồng độ nitrit trong phép đo xác định LOD......................................... 48
Bảng 3.7. Kết quả đánh giá độ lặp lại của phép đo với mẫu thực khi xác
định nitrit.............................................................................................49
Bảng 3.8. Các điều kiện tối ưu xác định nitrit bằng phương pháp phổ hấp thụ
phân tử

50

Bảng 3.9. Độ hấp thụ quang dung dịch nitrat khi thời gian phản ứng khác nhau..51
Bảng 3.10. Độ hấp thụ quang dung dịch nitrat khi nồng độ ion nitrit trong
mẫu khác nhau

52

Bảng 3.11. Ảnh hưởng của ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định nitrat.........53
Bảng 3.12. Độ hấp thụ quang dung dịch nitrat ở các nồng độ khác nhau...............54

e
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Bảng 3.13. Nồng độ nitrat trong phép đo xác định LOD........................................ 56
Bảng 3.14. Kết quả đánh giá độ lặp lại của phép đo với mẫu thực khi xác
định nitrat.............................................................................................57
Bảng 3.15. Các điều kiện tối ưu xác định ion nitrat bằng phương pháp phổ
hấp thụ phân tử..................................................................................... 58
-

Bảng 3.16. Kết quả xác định hàm lượng NO2 trong mẫu nước quí 1 năm 2016....58
Bảng 3.17. Kết quả xác định hàm lượng ion nitrit trong mẫu nước quí 2 năm 2016
60
Bảng 3.18. Kết quả xác định hàm lượng ion nitrat trong mẫu nước quí 1
năm 2016.............................................................................................61

Bảng 3.19. Kết quả xác định hàm lượng ion nitrat trong mẫu nước quí 2
năm 2016.............................................................................................63
Bảng 3.20. Hàm lượng nitrat, nitrit trung bình quý 1 và quý 2 năm 2016, và
trung bình các năm 2012, 2013, 2014, 2015 trong nước mặt cấp
cho 12 nhà mày nước tỉnh Quảng Ninh................................................ 64

f
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1:

Phổ cực đại hấp thụ quang hợp chất màu NO2-...........................42

Hình 3.2:

Đồ thị ảnh hưởng của pH tới độ hấp thụ quang của hợp chất
màu xác định nitrit 43

Hình 3.1:

Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc thử đến độ hấp thụ quang
xác định nitrit

41

Hình 3.4:

Ảnh hưởng của thời gian tới độ hấp thụ quang xác định nitrit....45

Hình 3.5:

Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrit...............47

Hình 3.6:

Đường chuẩn xác định nitrit........................................................ 48

Hình 3.7:

Phổ cực đại hấp thụ quang hợp chất màu NO3-...........................51

Hình 3.8:

Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang dung dịch NO3- vào thời
gian phản ứng

Hình 3.9:

52

Ảnh hưởng nồng độ ion nitrit tới độ hấp thụ quang xác
định nitrat

53

Hình 3.10: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrat...............55
Hình 3.11: Đường chuẩn xác định nitrat........................................................55
Hình 3.12. Đồ thị nồng độ ion NO2- trung bình các năm 2012 đến 2016.....65
Hình 3.13. Đồ thị nồng độ ion NO3- trung bình các năm 2012 đến 2016......66

g
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




MỞ ĐẦU
Nước có một vai trị hết sức quan trọng để tạo nên sự sống của tất cả những
sinh vật. Tuy nhiên nếu chúng ta sử dụng nước không đảm bảo vệ sinh an tồn thì sẽ
dẫn đến sự ngộ độc, tác hại không tốt cho sức khỏe.
Việc dư thừa hàm lượng nitrit, nitrat trong nước uống gây ra các hậu quả về
mặt sức khỏe của người sử dụng. Nitrat vào cơ thể người sẽ tham gia phản ứng khử
ở dạ dày và đường ruột do tác dụng của các men tiêu hoá sinh ra nitrit.

Nitrat khi đi vào cơ thể sinh vật bị chuyển hóa thành nitrit dưới tác dụng của
các enzim. Nitrit ngăn cản các quá trình hình thành và trao đổi oxy của hemoglobin
trong máu dẫn đến việc thiếu hụt oxy trong máu, cơ thể sẽ bị giảm chức năng hơ
hấp, có các biểu hiện như khó thở, ảnh hưởng đến hệ hô hấp. Đối với trẻ dưới 6
tháng tuổi, nitrit làm chậm quá trình phát triển của trẻ, tích lũy trong cơ thể gây ra
các bệnh về đường hô hấp, bệnh da xanh rất nguy hiểm. Nitrit được khuyến cáo là
có khả năng gây bệnh ung thư ở người. Hàm lượng nitrit trong cơ thể cao sẽ bị
chống váng và có thể ngất khi đang làm việc. Trường hợp nhiễm độc trầm trọng
nếu không được cứu chữa kịp thời dẫn đến nguy cơ tử vong cao. Nitrit gây ra các
căn bệnh về tiêu hóa do gây ra sự kém hấp thụ các chất dinh dưỡng. Do đó, việc xác
định hàm lượng nitrit trong nước là rất cần thiết nhằm đảm bảo sự an toàn cho

người tiêu dùng [1,2,3,4,5,6]. Theo QCVN 01:2009/BYT [7], Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia về chất lượng nước ăn uống:
- Hàm lượng nitrat cho phép trong nước ăn uống không được vượt quá 50 mg/l.
- Hàm lượng nitrit cho phép trong nước ăn uống không được vượt quá 3

mg/l. Đây là một yếu tố khó xử lý trong cơng nghệ nước sạch hiện nay.
Tỉnh Quảng Ninh là một tỉnh miền núi, địa hình phức tạp, du lịch và công
nghiệp đều khá phát triển ở khu vực trung tâm nhưng các khu vực còn lại với 21 dân
tộc thiểu số, 47% dân số toàn tỉnh tập trung ở khu vực nông thôn, mật độ dân

1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




cư thấp, phân tán, trình độ khơng đồng đều [8]. Nhận thức của người dân nông thôn
về nước sạch và vệ sinh mơi trường (VSMT) cịn nhiều hạn chế.
Tại các nhà máy nước tỉnh Quảng Ninh, đa số sử dụng nguồn nước cấp cho
nhà máy là nước sông, hồ hay còn gọi là nước mặt. Nước mặt được khai thác từ các
dịng chảy tự do nên mang theo nó nhiều tạp chất và vi khuẩn ở những nơi mà
nguồn nước chảy qua. Nước mặt thường có đặc điểm độ đục cao, nhiều huyễn phù
hịa tan trong nước, có chứa nhiều oxi hòa tan và nhiều rêu tảo. Trong khi, quy trình
xử lí nước cấp của các nhà máy: Nước mặt → bể lắng sơ bộ, chắn rác → bể điều
hòa → keo tụ, tạo bơng (xử lí hóa chất) → bể lắng → bể lọc cát nhanh → khử trùng
clo → nước sạch. Xem xét kĩ qui trình này, nhận thấy qui trình xử lí chủ yếu tập
trung nhiều vào xử lí các ion kim loại nặng, việc xử lí triệt để nitrit chưa hoàn thiện
và chưa thực sự hiệu quả như hiện nay thì việc xác định hàm lượng nitrit và nitrat
trong nước nguồn có ý nghĩa quan trong.
Với những mục tiêu trên, việc đề xuất một phương pháp phân tích đơn giản,

nhanh và có độ nhạy cao có ý nghĩa rất quan trọng. Có thể sử dụng nhiều phương
pháp phân tích lượng vết nitrat và nitrit như: các phương pháp sắc ký, các phương
pháp điện hoá, phương pháp phân tích dịng chảy [2,3,4]... Phương pháp trắc quang
và đã và đang được sử dụng rộng rãi do có độ nhạy và độ chọn lọc cao, hơn nữa
phương pháp phân tích khá đơn giản cho phép phân tích hàng loạt mẫu.
Vì vậy, trong bản luận văn này, chúng tơi tiến hành nghiên cứu đánh giá
hàm lượng nitrat, nitrit trong các nguồn nước cấp cho các nhà máy xử lý nước
của tỉnh Quảng Ninh bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử.

2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Điều kiện tự nhiên, dân cư tỉnh Quảng Ninh
Quảng Ninh là một tỉnh ở địa đầu phía đơng bắc Việt Nam, có dáng một hình
chữ nhật lệch nằm chếch theo hướng đơng bắc - tây nam. Phía tây tựa lưng vào núi
rừng trùng điệp. Phía đơng nghiêng xuống nửa phần đầu vịnh Bắc bộ với bờ biển
khúc khuỷu nhiều cửa sông. Đặc thù là tỉnh miền núi - duyên hải với hơn 80% đất
đai là đồi núi, hơn hai nghìn hịn đảo nổi trên mặt biển. Vùng núi được chia làm hai
miền: vùng núi miền Đông từ Tiên Yên qua Bình Liêu, Hải Hà, Đầm Hà đến Móng
Cái. Vùng núi miền tây từ Tiên Yên qua Ba Chẽ, Hồnh Bồ, phía bắc thị xã ng
Bí và thấp dần xuống ở phía bắc huyện Đơng Triều.
Vùng trung du và đồng bằng ven biển gồm những dải đồi thấp bị phong hoá
và xâm thực tạo nên những cánh đồng từ các chân núi thấp dần xuống các triền
sông và bờ biển. Tuy có diện tích hẹp và bị chia cắt nhưng vùng trung du và đồng
bằng ven biển thuận tiện cho nông nghiệp và giao thông nên đang là những vùng

dân cư trù phú với ngành du lịch và cơng nghiệp phát triển.
Về hệ thống sơng ngịi của Quảng Ninh: có đến 30 sơng, suối dài trên 10 km
2

nhưng phần nhiều đều nhỏ. Diện tích lưu vực thơng thường khơng q 300 km ,
trong đó có 4 con sơng lớn là hạ lưu sơng Thái Bình, sơng Ka Long, sông Tiên Yên
và sông Ba Chẽ. Nước ngập mặn xâm nhập vào vùng cửa sông khá xa. Lớp thực vật
che phủ chiếm tỷ lệ thấp ở các lưu vực nên thường hay bị xói lở, bào mịn và rửa
trơi làm tăng lượng phù sa và đất đá trôi xuống khi có lũ lớn do vậy nhiều nơi sơng
suối bị bồi lấp rất nhanh, nhất là ở những vùng có các hoạt động khai khoáng như ở
các đoạn suối Vàng Danh, sơng Mơng Dương. Ngồi 4 sơng lớn trên, Quảng Ninh
cịn có 11 sơng nhỏ, chiều dài các sơng từ 15 - 35 km; diện tích lưu vực thường nhỏ
2

hơn 300 km , chúng được phân bố dọc theo bờ biển, gồm sông Đầm Hà, sông Đồng
Cái Xương, sông Đồng Mô, sông Mông Dương, sông Diễn Vọng,….
Tất cả các sông suối ở Quảng Ninh đều ngắn, nhỏ, độ dốc lớn. Lưu lượng và
lưu tốc rất khác biệt giữa các mùa. Mùa đơng, các sơng cạn nước, có chỗ trơ ghềnh

3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




đá nhưng mùa hạ lại ào ào thác lũ, nước dâng cao rất nhanh. Lưu lượng mùa khô
3

3

1,45m /s, mùa mưa lên tới 1500 m /s, chênh nhau 1.000 lần.
Quảng Ninh nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới có một mùa hạ nóng ẩm, mưa
nhiều; một mùa đơng lạnh, ít mưa và tính nhiệt đới nóng ẩm là bao trùm nhất.
Về dân số toàn tỉnh Quảng Ninh: đạt gần 1.177.200 người, mật độ dân số của
2

Quảng Ninh thấp, hiện là 193 người/km , phân bố không đều. 47% dân số tồn tỉnh
tập trung ở khu vực nơng thơn, miền núi. Hiện nay, các dân tộc thiểu số
- chủ nhân của miền núi, nơi có nhiều khó khăn, kinh tế và văn hố cịn chậm phát

triển, đang được quan tâm về nhiều mặt và đời sống đã có những thay đổi rõ rệt
[8]. Do đó, nhận thức của người dân về vệ sinh mơi trường (VSMT) và nước sạch

cịn nhiều hạn chế.
1.2. Giới thiệu về nitrat và nitrit
Nitơ tồn tại trong thiên nhiên chủ yếu dưới dạng phân tử hai nguyên tử N 2 và
là một nguyên tố khá phổ biến trong thiên nhiên, chiếm 78,03% thể tích của khơng
khí. Một cách gần đúng có thể coi thể tích của khơng khí gồm có 4 phần N 2 và một
phần O2. Trong phân tử N2, nitơ liên kết với nhau bằng ba liên kết cộng hoá trị. Để
phá vỡ liên kết này cần một năng lượng rất lớn khoảng 942 kJ/mol. Điều này giải
thích tính trơ của phân tử N 2. Nitơ có trong mọi sinh vật dưới dạng hợp chất hữu cơ
phức tạp như protein, axit nucleic, một số sinh tố và kích thích tố, chất màu của
máu, clorophin.... Nitơ là một trong những nguyên tố dinh dưỡng chính đối với thực
vật. Bởi vậy trong nông nghiệp, những lượng lớn hợp chất của nitơ được thường
xuyên cung cấp cho đất dưới dạng phân đạm để nuôi cây trồng. Trong nước mưa có
một lượng nhỏ axit nitrơ (HNO2) và axit nitric (HNO3) được tạo thành do hiện
tượng phóng điện trong khí quyển. Nitơ tồn tại ở nhiều trạng thái oxi hoá khác nhau

quan tâm hơn cả vì chúng là những ion có khả năng gây độc cho con người.

4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Ngồi các trạng thái trên nitơ cịn tồn tại ở trạng thái khí như N2, NO, N2O.
−

Trong các dạng tồn tại của nitơ thì NO3 , là dạng bền nhất và được tìm thấy nhiều
trong nước [9,10].
1.2.1. Chu trình sinh hóa của Nitơ trong mơi trường
Trong mơi trường nước, nitơ là chất dinh dưỡng vô cùng cần thiết cho nhiều
loại thực và động vật, nhưng sự dư thừa nitơ (hiện tượng phú dưỡng) sẽ dẫn đến sự
ô nhiễm, ảnh hưởng tới mơi trường nước.

Khí nitơ trong khí quyển có thể bị oxi hóa thành dạng có hoạt tính sinh học
hơn và nhiều hơn dưới dạng NO trong các cơn bão, sau đó bị hịa tan vào nước và
rơi xuống mặt đất cùng với nước mưa.
Các nguồn phát thải nitơ chủ yếu tới từ khí quyển, phân đạm dư thừa, nước
thải từ trang trại, cơ sở chăn nuôi, khu công nghiệp, dân cư, xe cộ…[11].
Một vài loại cây có khả năng cố định nitơ từ khí quyển, hầu hết tại mọi thời
+

-

điểm nitơ vô cơ (NH4 và NO3 ) trong đất thường chỉ tồn tại một lượng nhỏ do sự
hấp thụ nhanh của thực vật và vi sinh vật.
Nitơ hữu cơ có thể có nhiều hơn trong đất vì dạng này khơng thích hợp cho thực
+

vật sử dụng. Đầu tiên nitơ hữu cơ phân hủy thành NH 4 bởi các vi khuẩn gọi là q
+

-

trình khống hóa. NH4 sau đó bị ôxi hóa sinh ra NO3 trong môi trường có O2, với
-

NO2 và NO là các dạng trung gian. Nitơ được chuyển hóa vào đất dưới dạng các ion
-

+

NO3 , một vài trường hợp dưới dạng NH4 , sau đó tới được tầng nước ngầm.

Nitơ trở lại khí quyển từ đất hoặc từ biển thơng qua q trình đề nitơ hóa
-

gồm nhiều bước trong đó NO3 bị khử thành N2 bởi các vi khuẩn trong mơi trường
thiếu ơxi hình thành các sản phẩm trung gian như NO2, N2O, NO [12].
Nitơ cũng có thể trở lại khí quyển thơng qua q trình ôxi hóa amoni trong
+

-

môi trường thiếu ôxi, trong đó vi khuẩn ơxi hóa NH 4 cùng với NO2 sinh ra khí N2
và nước.

5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




1.2.2. Tính chất lí, hóa học của nitrit, nitrat
1.2.2.1. Tính chất lí, hóa học của nitrit
2

Trong muối nitrit ngun tử N ở trạng thái lai hóa sp , hai obitan lai hóa
tham gia tạo thành liên kết σ với hai ngun tử O và một obitan lai hố có cặp
electron tự do. Một obitan 2p cịn lại khơng lai hố của nitơ có một electron độc
thân tạo nên liên kết π khơng định chỗ với hai ngun tử oxy.

-

Nhờ có cặp electron tự do ở nitơ, ion NO 2 có khả năng tạo liên kết cho nhận với
ion kim loại. Một phức chất thường gặp là natricobantinitrit Na 3[Co(NO2)6]. Đây là
+

thuốc thử dùng để phát hiện ion K nhờ tạo thành kết tủa K3[Co(NO2)6] màu vàng.

Nitrit kim loại kiềm bền với nhiệt, chúng khơng phân hủy khi nóng chảy mà
0

chỉ phân hủy ở trên 500 C. Nitrit của kim loại khác kém bền hơn, bị phân hủy khi
0

0

đun nóng, chẳng hạn như AgNO2 phân hủy ở 140 C, Hg(NO2)2 ở 75 C [9, 10].
Axit nitrơ khơng bền, nhanh chóng bị phân hủy, nhất là khi đun nóng:
3 HNO2 → HNO3 +2NO + H2O
Bởi vậy khi khí NO2 tan trong nước thì thực tế tạo nên HNO3 và NO theo
phản ứng:
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
-4

Trong dung dịch nước, axit nitrơ là một axit yếu (K b= 4,5.10 ), hơi mạnh
hơn axit cacbonic. Do không bền, axit nitrơ rất hoạt động về mặt hóa học. Nó vừa
có tính oxi hóa vừa có tính khử.
Axit nitrơ oxi hóa được dung dịch HI đến I2, dung dịch SO2 đến H2SO4, ion
2+

3+

Fe đến ion Fe … cịn bản thân nó biến thành NO. Với những chất oxi hóa mạnh
như KMnO4, MnO2, PbO2, axit nitrơ bị oxi hóa đến axit nitric.
Các muối nitrit bền nhiệt hơn HNO 2 và có thể tồn tại độc lập. Phần lớn các
nitrit tan tốt trong nước, trừ AgNO2. Nitrit của các kim loại kiềm nóng chảy khơng
-

phân hủy. Cũng như ion NO2 , đa số muối nitrit không có màu.
Trong mơi trường axit, muối nitrit có tính oxi hóa và tính khử như axit nitrơ.

6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Muối NaNO2 được dùng rộng rãi trong cơng nghiệp hóa học, nhất là cơng
nghiệp nhuộm azo [9].
1.2.2.2. Tính chất lí, hóa học của nitrat
-

Trong muối nitrat, ion NO3 có cấu tạo hình đa giác đều với góc ONO bằng 120
0

0

2

và độ dài liên kết N-O bằng 1,218 A . Trong đó nguyên tử nitơ ở trạng thái lai hóa sp ,
ba obitan lai hóa tạo thành ba liên kết σ với ba nguyên tử oxi. Obitan 2p còn lại ở
nguyên tử nitơ tạo nên một liên kết π không định chỗ với nguyên tử oxi [3,9].

Muối nitrat khan của kim loại kiềm khá bền với nhiệt (chúng có thể thăng
o

hoa trong chân khơng ở 380 - 500 C). Cịn các nitrat của kim loại khác dễ phân hủy
khi đun nóng.
Nitrat là muối của axit kém bền HNO 3. HNO3 bị thủy phân dưới tác dụng của ánh
sáng, dung dịch có màu vàng. Trong nước, HNO3 là axit mạnh nên phân li hoàn toàn.

Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước và là chất điện li mạnh. Trong dung
-

dịch, chúng phân li hoàn toàn thành các ion. Ion NO 3 khơng có màu, nên màu của
một số muối nitrat là do màu của cation kim loại trong muối tạo nên.

Một số muối nitrat như NaNO3, NH4NO3,,.. hấp thụ hơi nước trong khơng
khí nên dễ bị chảy rữa. Các muối nitrat dễ bị phân hủy. Độ bền nhiệt của muối nitrat
phụ thuộc vào bản chất của cation tạo muối.
Muối nitrat của các kim loại hoạt động mạnh (kali, natri,...) bị phân hủy
thành muối nitrit và oxi. Muối nitrat của magie, kẽm, sắt, chì, đồng,... bị phân hủy
thành oxit kim loại tương ứng, NO2 và O2. Muối nitrat của bạc, vàng, thủy ngân,...
bị phân hủy thành kim loại tương ứng, khí NO2 và O2 [9].
2 NaNO3 → 2 NaNO2 + O2
2 Pb(NO3)2 → 2 PbO +4 NO2 + O2

Ở nhiệt độ cao, muối nitrat phân hủy ra oxi nên chúng là các chất oxi hóa

mạnh. Khi cho than nóng đỏ vào muối kali nitrat nóng chảy, than bùng cháy.

7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




-

Ion NO3 trong mơi trường axit có khả năng oxi hố như axit nitric.
Trong mơi trường trung tính muối nitrat hầu như khơng có khả năng ơxi hóa,
nhưng trong mơi trường kiềm có thể bị Al, Zn khử đến NH3.
-

-

-

4Zn + NO3 + 7 OH
→ 4 ZnO2 + NH3 + 2 H2O
Do tính chất oxi hóa trong mơi trường axit, nitrat cịn có khả năng tham gia
nitro hóa với một số chất hữu cơ như: axit sulfosalicilic, diphenylamin, antipyrin.
Khi chuyển về mơi trường kiềm sản phẩm của q trình nitro hóa sẽ có màu. Đây là
cơ sở cho phản ứng định lượng nitrat bằng phương pháp trắc quang [13].
1.2.3. Độc tính của nitrit và nitrat
Nồng độ nitrat, nitrit cao có ảnh hưởng bất lợi đến môi trường, động vật và
cả con người.
• Mơi trường:

Nồng độ nitrat cao trong nước gây ra hiện tượng eutrophication, còn được
gọi là phú dưỡng. Phú dưỡng chỉ tình trạng của một vực nước đang có sự phát triển
mạnh của tảo trong nước. Mặc dầu tảo phát triển mạnh trong điều kiện phú dưỡng
có thể hỗ trợ cho chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nước, nhưng sự phát triển của
chúng sẽ gây ra những hậu quả làm suy giảm mạnh chất lượng nước. Hiện tượng
phú dưỡng thường xảy ra với các hồ hoặc các vùng nước ít lưu thơng trao đổi. Khi
mới hình thành, các hồ đều ở trạng thái nghèo chất dinh dưỡng (oligotrophic) nước
hồ thường khá trong. Sau một thời gian, do sự xâm nhập các chất dinh dưỡng từ
nước chảy tràn, sự phát triển và phân hủy của sinh vật thủy sinh, hồ bắt đầu tích tụ
một lượng lớn tảo, nước hồ trở nên có màu xanh, một lượng lớn bùn lắng được tạo
thành do xác tảo chết. Dần dần, hồ trở thành vùng đầm lầy và cuối cùng là vùng đất
khô, cuộc sống của động vật thủy sinh trong hồ bị ngừng trệ.
• Động vật: Bị, cừu và dê,… là những động vật nhai lại. Khi các loại động vật

này ăn, uống thực phẩm chứa nitrat cao thì nitrat sẽ chuyển hóa thành nitrit, cả nitrat
và nitrit đều tích lũy trong dạ cỏ, việc tích lũy cả nitrat và nitrit trong dạ cỏ động vật
gây ra các triệu chứng nghiêm trọng và mãn tính, dẫn đến các vấn đề như: giảm cân,

8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




giảm sản lượng sữa, giảm sự ngon miệng, thở yếu, tim đập nhanh, đau bụng, nôn
mửa, các vấn đề về sinh sản (sẩy thai, đẻ non, bê non chết khi vừa sinh ra,...).
Trong nuôi trồng thủy sản: tôm, cá nước ngọt và các sinh vật thủy sinh khác.
Cá nước ngọt nhất là dòng cá trê rất dễ mắc phải bệnh máu nâu, nguyên nhân do
-

tích lũy quá mức nitrit trong nước. Tôm khi tiếp xúc với nồng độ NO 3 cao trong thời
gian dài sẽ bị cụt râu, mang bất thường và gan tụy bị tổn thương. Cơ quan gan tụy ở
tơm sản xuất enzyme tiêu hóa và chịu trách nhiệm thúc đẩy sự hấp thu các chất dinh
dưỡng. Khi bị tổn thương sự hấp thu sẽ giảm, dẫn đến tăng trưởng tôm thấp. Nitrit
không chỉ làm cá thiếu oxy vì tạo ra MetHb mà cịn tác động đến nhiều cơ quan
khác bởi nhiều cơ chế khác nhau. Ví dụ ở cá hồi thì nitrit gây giãn mạch, bằng
chứng là tăng sự rối loạn nhịp tim gây ra cao áp huyết; hoặc nitrit chuyển sang dạng
nitơ oxit (NO) làm cản trở q trình điều hịa; làm rối loạn q trình tiết hormon của
tuyến nội tiết như quá trình tổng hợp hormone sinh dục bị ức chế khi đó những
hormon này bị chuyển thành dạng amoni hoặc ure để thải ra ngồi. Nitrit khơng
dừng lại ở mang cá và máu mà cịn tích lũy trong gan, não và cơ. Lúc đầu khi lượng
-

nirit vào cơ thể cá sẽ được máu (HbO2) chuyển hóa thành nitrat (NO3 ) ít độc hơn và
q trình chuyển hóa này cũng xảy ra ở gan nhằm giải độc nitrit cho cơ thể nhưng
nếu nồng độ nitrit q cao thì cá có thể chết do nồng độ MetHb trong cơ thể tăng
cao [15].
• Con người: Hàm lượng nitrit và nitrat đi vào trong cơ thể con người thông

qua hai con đường: nội sinh và ngoại sinh. Con người tiếp xúc với nitrat chủ yếu là
đường ngoại sinh, trong khi đó với nitrit là đường nội sinh thơng qua sự trao đổi
chất nitrat. Lượng nitrit và nitrat ngoại sinh thông qua thực phẩm chế biến, rau quả
và nước uống. Hàm lượng nitrat cao trong cơ thể có thể gây ra các bệnh về hồng
cầu, dễ thấy nhất là bệnh xanh da ở trẻ nhỏ (bệnh Blue baby), người ta gọi đây là hội
chứng methemoglobin và dễ bị đe doạ đến cuộc sống đặc biệt đối với trẻ dưới 6
tháng tuổi, do dịch axit trong dạ dày trẻ nhỏ khơng đủ mạnh như của người trưởng
thành. Vì vậy, các loại khuẩn đường ruột dễ dàng chuyển hóa nitrat thành nitrit. Khi
nitrat vào cơ thể người, nó tham gia phản ứng khử ở dạ dày và đường ruột do tác
dụng của các men tiêu hoá sinh ra nitrit, nitrit sinh ra phản ứng với Hemoglobin tạo

9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




thành methemoglobinemia làm mất khả năng vận chuyển oxy của Hemoglobin.
2+

Thơng thường Hemoglobin chứa Fe , ion này có khả năng liên kết với oxi. Khi có
-

3+

mặt NO2 nó sẽ chuyển hố thành Fe làm cho hồng cầu khơng làm được nhiệm vụ
chuyển tải oxi. Nếu duy trì lâu sẽ dẫn tới tử vong.
2+

-

4HbFe (O2) +4NO2 + 2H2O → 2HbFe

3+

-

-

+ OH +4NO3 +O2

-

Nồng độ nitrit cao hơn 100 mgNO2 /l khi vào dạ dày, tại đây pH thấp, nitrit
được chuyển thành axit nitrơ có khả năng phản ứng được với amin hoặc amit sinh ra
nitrosamine - đây là hợp chất gây ung thư, mối quan hệ này chỉ mới được thử
nghiệm trên động vật và chưa được kiểm chứng trên người. Các hợp chất nitroso
được tạo thành từ các amin bậc II và axit nitrơ có thể trở nên bền vững hơn nhờ tách
lại proton trở thành nitrosamine, theo cơ chế sau: [2,3,4]
R1
N →

R

ON −NO2

2

H

Nitrosamin

Các amin bậc III trong môi trường axit yếu ở pH = 3 - 6 với sự có mặt của
ion nitrit chúng dễ dàng phân huỷ thành andehit và amin bậc II. Sau đó amin bậc II
tiếp tục chuyển thành nitrosamine, cơ chế như sau:

R1- CH2

R

N →

ON −NO2

2

R
3


Do độc tính của nitrit và nitrat mà các tổ chức y tế thế giới và các quốc gia
đều có những qui định về hàm lượng của các ion này trong nước. Ở Việt Nam, Bộ

10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Tài Nguyên Môi Trường, Bộ Y tế đã ban hành các quy chuẩn và tiêu chuẩn về hàm

lượng cho phép nitrit và nitrat như sau:
Bảng 1.1. Giới hạn cho phép hàm lượng nitrit và nitrat trong nước
Nước mặt (QCVN 08-MT:2015/BTNMT)

Ion

-

NO2 - N

-

NO3 - N
A1 - Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (sau khi áp dụng xử lý thông
thường), bảo tồn động thực vật thủy sinh và các mục đích khác như loại A2, B1 và B2.

A2 - Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ
xử lý phù hợp hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2.
B1 - Dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác
có u cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2 [14].
Bên cạnh các tác hại đã được nêu ở trên, thì theo những nghiên cứu gần đây
cho thấy rằng, nitrat và nitrit có thể bảo vệ tim. Các thức ăn giàu chất nitrat (các loại
rau, các loại thịt ướp muối, phơi khơ…) có thể giúp tăng cơ hội sống sót và tăng khả
năng phục hồi ở những người bị nhồi máu cơ tim. Nitrit tạo ra nitơ oxit, giúp mở lại
những động mạch bị đóng hay bị nghẽn vốn gây tổn hại về lâu dài cho tim. Vì vậy,
bổ sung nitrit điều độ trong thực đơn sẽ giúp cải thiện đáng kể những hậu quả của
chứng nhồi máu cơ tim [5].
Ngày nay, càng có nhiều nghiên cứu cho thấy nitrit có thể làm tăng lưu lượng
máu và bảo vệ mơ khỏi bị tổn thương
Nitrit được dùng điều chế làm thuốc giải độc xyanua, dưới dạng thuốc tiêm

150 mg/5 ml (cung cấp trong bộ thuốc giải độc xyanua) với cơ chế “lấy độc trị độc”
như sau:

11


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Natri nitrat được dùng cùng với natri thiosufat để điều trị ngộ độc xyanua.
Xyanua là một chất độc tác dụng rất nhanh, ức chế hô hấp tế bào do kết hợp với
cytochrom oxydase. Natri nitrit chuyển hemoglobin thành methemoglobin.
Methemoglobin kết hợp với xyanua tạo thành xyanmethemoglobin. Vì vậy, 8
cytochrom oxydase được bảo vệ không bị kết hợp với các ion xyanua. Do đó,
xyanmethemoglobin phân ly chậm nên xyanua được chuyển thành thioxyanat tương
đối ít độc hơn và bài tiết theo nước tiểu. Xyanua được enzim thiosulfat - xyanid
sulfide transferate (rhodanase) ở gan và thận chuyển thành thioxyanat.
Natrithiosulfat tạo thêm cơ chất cho phản ứng đó và thúc đẩy cho quá trình phản
ứng. Thiocyanat đào thải qua thận.
Natri nitrit đào thải theo nước tiểu (90 %) và mồ hôi (10 %) [5].
1.3. Các phương pháp phân tích nitrit, nitrat trong phịng thí nghiệm
1.3.1. Các phương pháp xác định nitrit
1.3.1.1. Phương pháp phân tích thể tích
Nitrit có thể được xác định dựa trên phản ứng oxi hóa nitrit thành nitrat bằng
dung dịch KMnO4. Điểm cuối của quá trình chuẩn độ được nhận biết bằng màu
hồng của kalipemanganat.
Phương trình chuẩn độ:
-

-

+

2 MnO4 + 5 NO2 + 6 H → 2 Mn

2+

-

+ 5 NO3 + 3 H2O

Trong môi trường axit ion NO2- bị phân hủy thành NO và NO2 theo phương trình:
-

+

NO2 + H + HNO2 → NO + NO2 + H2O
-

Do đó cần phải đảo ngược thứ tự phản ứng (nhỏ từ từ dung dịch NO 2 vào
-

dung dịch MnO4 trong môi trường axit)[15,16].
Phương pháp này có độ nhạy thấp và tính chọn lọc kém vì thường dung dịch
có rất nhiều ion có khả năng bị KMnO 4 oxi hóa. Hơn nữa hàm lượng nitrit khơng
lớn nên khó có thể áp dụng phương pháp chuẩn độ để xác định nitrit. Do đó phương
pháp chuẩn độ thường dùng để xác định lại nồng độ dung dịch chuẩn gốc.

12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




-

-

Nguyên tắc của phương pháp: oxi hoá NO2 thành NO3 bằng KMnO4 điểm
cuối của quá trình chuẩn độ được nhận biết khi màu tím của KMnO 4 chuyển thành
màu tím rất nhạt (gần như mất màu) [3].
1.3.1.2. Phương pháp phân tích trọng lượng
Nitrit có thể tạo thành muối khó tan với 2,4- điamino-6 oxypyridin và 2,4o

điamino - 5 - nitrozo - 6 oxypyridin. Sấy khô muối ở nhiệt độ 120 -140 C rồi xác
định trọng lượng của muối. Phương pháp phân tích này hầu như ít được nghiên cứu
vì thời gian phân tích q dài, khơng thích hợp khi cần phân tích nhanh. Ngồi ra,
người ta cịn xác định nitrit bằng phương pháp gián tiếp dựa trên phản ứng:
3HNO2 + AgBrO3 → AgBr↓ + 3HNO3
Lọc lấy kết tủa AgBr, đem rửa bằng dung dịch H 2SO4 (1:4) và sấy ở nhiệt độ
0

-

85-90 C rồi đem cân. Từ lượng AgBr kết tủa ta tính được NO 2 có trong dung dịch.
Phương pháp này chỉ áp dụng với những mẫu có chứa lượng lớn NO2[3].
1.3.1.3. Phương pháp trắc quang
Cơ sở của phương pháp trắc quang là dựa vào phản ứng tạo chất màu của

chất cần xác định với thuốc thử và dựa vào định luật Lambe - Beer để xác định hàm
lượng chất đó. Phương trình biểu diễn mối liên hệ giữa độ hấp thụ quang và nồng
độ chất phân tích có dạng:
A=ε.l.C
Trong đó: A là độ hấp thụ quang của phức màu,
l là chiều dày cuvet
C là nồng độ chất cần phân tích [10,17].
-

NO2 được xác định dựa trên cơ sở hình thành hợp chất màu azo tại pH thấp.
-

NO2 phản ứng với amin bậc I trong môi trường axit tạo thành muối điazoni ở giai
đoạn trung gian. Muối này khi tác dụng với hợp chất thơm sẽ tạo thành phức màu
azo tương ứng thích hợp cho phép đo quang.
* Thuốc thử Griess
Thuốc thử Griess là hỗn hợp axit sunfanilic và α- naphtylamin hòa tan trong
axetic 10%. Đầu tiên ion nitrit phản axit ứng với axit sunfanilic tạo thành muối điazo:

13
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




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

Độ hấp thụ quang được đo ở bước sóng 520nm. Phản ứng thường được tiến
0

hành ở pH khoảng 1,7 - 3 và ở khoảng nhiệt độ là 0 - 5 C. Nhiệt độ càng cao phản
ứng xảy ra càng nhanh nhưng lại dễ dàng bị phân huỷ thành các hợp chất khác.
Phương pháp có độ chọn lọc cao, khi có một lượng rất lớn (thường gấp 100 lần)
cloamin, clo, thiosunfat, natrithyophotphat và Fe

3+

thì sai số của phương pháp là

khoảng 10% [5].
Ngoài thuốc thử Griess, người ta cịn có thể sử dụng dẫn xuất của Griess như
hỗn hợp thuốc thử 4 - amino benzene sunfonamit (NH2C6H4SO2NH2) và N-(1-naphtyl)
- 1,2 diaminoetan hidroclorua (C 10H7NH-CH2-CH2-NH2.HCl). Khi sử dụng hỗn hợp

thuốc thử này có màu tím hồng ở pH = 1,9 ± 0,1 và cực đại hấp thụ ở 540 nm [16], [18]

Phương trình phản ứng:

14
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN