Phân tích đánh giá hàm lượng amoni và nitrat trong một số mẫu than bùn trên địa bàn quận liên chiểu thành phố đà nẵng để làm phân bón bằng phương pháp trắc quang phân tử UV VIS

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA
----------

Trần Thị Thúy
Phân tích đánh giá hàm lượng amoni và nitrat
trong một số mẫu than bùn trên địa bàn quận
Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng để làm phân
bón bằng phương pháp trắc quang phân tử
UV – VIS.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN KHOA HỌC


1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA

----------***----------

-----***-----

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Trần Thị Thúy
Lớp: 09 CHP
1. Tên đề tài: Phân tích đánh giá hàm lượng amoni và nitrat trong một số mẫu than
bùn trên địa bàn quận Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng để làm phân bón bằng phương
pháp trắc quang phân tử UV – VIS.
2. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị
2.1. Thiết bị
Tất cả các thiết bị sử dụng do Nhật Bản và cộng hòa Pháp sản xuất.
Cân phân tích Precisa XT 220 – A.
Máy đo quang của CH Pháp PRIM.
Máy khuấy từ Pháp HI 190M.
2.2. Dụng cụ
Bình định mức 25ml, 50ml, 100ml, 500ml, 1000ml.
Cốc có mỏ 100ml, 250ml.
Bình tam giác.
Pipet 1ml, 2ml, 10ml, 25ml.
Phễu lọc, đũa thủy tinh, giấy lọc.
Bếp điện và một số dụng cụ khác.
2.3. Hóa chất


2
Các hóa chất đều thuộc loại tinh khiết hóa học và tinh khiết phân tích của các
nước: Pháp, Nga:
Muối KNO3, NH4Cl, natri kali tactrat, KCl, phenol.
Dung dịch netle (muối HgCl2, KI).
Kiềm: NaOH rắn.
Axit: H2SO4 đậm đặc.

3. Nội dung nghiên cứu
Khảo sát số lần chiết amoni và nitrat trong than bùn.
Xây dựng đường chuẩn amoni và nitrat.
Xác định hệ số chiết tách amoni và nitrat trong than bùn.
Xác định hệ số khô kiệt.
Đánh giá sai số thống kê của phương pháp.
Xây dựng quy trình phân tích đánh giá hàm lượng amoni và nitrat trong than
bùn để làm phân bón bằng phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS.
Áp dụng quy trình xác định hàm lượng amoni và nitrat ở một số mẫu than bùn
trên địa bàn quận Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng.
4. Giáo viên hướng dẫn: Thạc sĩ Lê Thị Mùi
5. Ngày giao đề tài: ngày 01 tháng 10 năm 2012
6. Ngày hoàn thành: ngày 10 tháng 05 năm 2013
Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hướng dẫn

(ký và ghi rõ họ tên)

(ký và ghi rõ họ tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày …. tháng …. năm 2013
Kết quả điểm đánh giá:….…….…..
Ngày …… tháng …… năm 2013
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(ký và ghi rõ họ tên)

Lời cảm ơn
Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến
cô Lê Thị Mùi – người cô đầy tâm huyết đã trực tiếp truyền thụ cho em những kiến
thức quý báu từ những ngày đầu làm quen với ngành học, cho đến hôm nay – khi em
học tập, nghiên cứu và hồn thành khóa luận tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm
ơn cơ!
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình đã ủng hộ rất lớn về mặt tinh thần cho em
trong thời gian học tập tại giảng đường Đại học và trong thời gian em làm khóa luận
tốt nghiệp.
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 05 năm 2013
Sinh viên

Trần Thị Thúy


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.....................................................................................................................2
1. Tính cấp thiết của đề tài..................................................................................................2
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .....................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................4
1.1. Nitrat, amoni và dư lượng của nó trong than bùn ....................................................4
1.1.1. Giới thiệu về amoni .................................................................................................4
1.1.1.1. Cấu tạo và tính chất vật lý ....................................................................................4
1.1.1.2. Tính chất hóa học ..................................................................................................4
1.1.2. Giới thiệu về nitrat ....................................................................................................5
1.1.2.1. Cấu tạo ....................................................................................................................5
1.1.2.2. Tính chất vật lý ......................................................................................................5
1.1.2.3. Tính chất hóa học ..................................................................................................6
1.1.2.4. Tính chất sinh học .................................................................................................7
1.1.3. Nguồn gốc xuất hiện nitrat, amoni trong than bùn ...............................................7

1.1.4. Vai trò của nitrat và amoni ......................................................................................9
1.1.5. Tác hại lượng dư của amoni và nitrat.....................................................................9
1.1.5.1. Tác hại của dư lượng amoni ................................................................................9
1.1.5.2. Tác hại của dư lượng nitrat ............................................................................... 10
1.2. Các phương pháp xác định hàm lượng amoni và nitrat ...................................... 11
1.2.1. Các phương pháp xác định hàm lượng amoni.................................................... 11
1.2.1.1. Phương pháp chuẩn độ....................................................................................... 11
1.2.1.2. Phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS ................................................... 11
1.2.2. Các phương pháp xác định nitrat ......................................................................... 11
1.2.2.1. Phương pháp điện hóa........................................................................................ 11
1.2.2.2. Phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS ................................................... 11
1.3. Giới thiệu về phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS .................... 13
1.3.1. Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS ...................... 13
1.3.2. Các điều kiện tối ưu của một phép đo quang ..................................................... 13


1.3.2.1. Sự đơn sắc của bức xạ điện từ .......................................................................... 13
1.3.2.2. Bước sóng tối ưu – bước sóng cực đại λ max ................................................... 13
1.3.2.3. Khoảng tuyến tính của định luật Lambert – Beer .......................................... 13
1.3.2.4. Các yếu tố khác................................................................................................... 14
1.3.3. Các phương pháp phân tích định lượng .............................................................. 14
1.3.3.1. Phương pháp đường chuẩn ................................................................................ 14
1.3.3.2. Phương pháp thêm chuẩn .................................................................................. 15
1.4. Sơ lược về than bùn và ứng dụng của nó ............................................................... 16
1.4.1. Sự hình thành và phân loại than bùn .................................................................. 16
1.4.2. Tính chất vật lý của than bùn ............................................................................... 17
1.4.3. Thành phần hóa học của than bùn ....................................................................... 17
1.4.4. Thành phần nguyên tố của than bùn.................................................................... 18
1.4.5. Ứng dụng của than bùn ......................................................................................... 18
1.4.5.1. Làm chất đốt........................................................................................................ 18

1.4.5.2. Làm chất kích thích sinh trưởng ....................................................................... 18
1.4.5.3. Làm chất hấp phụ ............................................................................................... 19
1.4.5.4. Làm phân bón ..................................................................................................... 19
1.4.6. Than bùn ở Việt Nam và trên thế giới ............................................................... 20
1.4.6.1. Than bùn trên thế giới ........................................................................................ 20
1.4.6.2. Than bùn ở Việt Nam......................................................................................... 21
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 24
2.1. Dụng cụ, thiết bị, hóa chất ....................................................................................... 24
2.1.1. Thiết bị .................................................................................................................... 24
2.1.2. Dụng cụ ................................................................................................................... 24
2.1.3. Hóa chất .................................................................................................................. 24
2.2. Cách pha các loại dung dịch .................................................................................... 25
2.2.1. Dung dịch chuẩn NH4Cl 10 mg nitơ/l (mgN/l) .................................................. 25
2.2.2. Dung dịch chuẩn KNO3 100 mgN/l..................................................................... 25
2.2.3. Dung dịch KCl 0,1 N............................................................................................. 25
2.2.4. Dung dịch netle ...................................................................................................... 25


2.2.5. Muối Seignetle 50% .............................................................................................. 25
2.2.6. Axit đisunphophenic.............................................................................................. 25
2.2.7. Dung dịch NaOH 10% .......................................................................................... 25
2.3. Những vấn đề cần nghiên cứu ................................................................................. 25
2.4. Thí nghiệm nghiên cứu điều kiện của phương pháp phân tích ........................... 26
2.4.1. Thí nghiệm nghiên cứu điều kiện của phương pháp phân tích định lượng
amoni .................................................................................................................................. 26
2.4.1.1. Khảo sát số lần chiết than bùn bằng dung dịch KCl 0.1 N ........................... 26
2.4.1.2. Xác định hệ số chiết tách NH4+ ........................................................................ 26
2.4.1.3. Xây dựng đường chuẩn NH4 + ........................................................................... 27
2.4.2. Thí nghiệm nghiên cứu điều kiện của phương pháp phân tích định lượng
nitrat ................................................................................................................................... 27

2.4.2.1. Khảo sát số lần chiết than bùn bằng nước cất ................................................. 27
2.4.2.2. Xác định hệ số chiết tách NO3- ......................................................................... 27
2.4.2.3. Xây dựng đường chuẩn NO3 - ............................................................................ 28
2.4.3. Xác định hệ số khô kiệt......................................................................................... 29
2.4.4. Đánh giá sai số thống kê của phương pháp ........................................................ 29
2.4.5. Quy trình phân tích ................................................................................................ 31
2.4.5.1. Phân tích mẫu than bùn...................................................................................... 31
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN................................................................. 32
3.1. Kết quả nghiên cứu điều kiện của phương pháp phân tích định lượng nitrat.... 32
3.1.1. Kết quả khảo sát số lần chiết than bùn bằng nước cất ...................................... 32
3.1.2. Đường chuẩn xác định nitrat ................................................................................ 33
3.1.3. Kết quả xác định hệ số chiết tách nitrat trong than bùn .................................... 34
3.1.4. Kết quả xác định hệ số khô kiệt nitrat ................................................................. 37
3.1.5. Kết quả đánh giá sai số thống kê của phương pháp .......................................... 37
3.1.6. Quy trình xác định hàm lượng nitrat trong một số mẫu than bùn. .................. 37
3.1.7. Kết quả xác định hàm lượng nitrat trong một số mẫu than bùn trên địa bàn
quận Liên Chiểu................................................................................................................ 38
3.2. Kết quả nghiên cứu điều kiện của phương pháp phân tích định lượng amoni .. 40


3.2.1. Kết quả khảo sát số lần chiết than bùn bằng dung dịch KCl 0.1 N ................. 40
3.2.2. Đường chuẩn xác định amoni .............................................................................. 40
3.2.3. Kết quả xác định hệ số chiết tách amoni trong than bùn .................................. 41
3.2.4. Kết quả xác định hệ số khô kiệt amoni ............................................................... 43
3.2.5. Kết quả đánh giá sai số thống kê của phương pháp .......................................... 44
3.2.6. Quy trình xác định hàm lượng amoni trong một số mẫu than bùn.................. 44
3.2.7. Kết quả xác định hàm lượng amoni trong một số mẫu than bùn trên địa bàn
quận Liên Chiểu................................................................................................................ 45
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 47
1. Kết luận ......................................................................................................................... 47

2. Kiến nghị ....................................................................................................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................47


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Hàm lượng các chất dinh dưỡng của một số mẫu than bùn ở vùng Đông
Nam Bộ ........................................................................................................... 22
Bảng 1.2. Đặc tính của mẫu than bùn Bàu Sấu – Hòa Khánh – Liên Chiểu – Đà Nẵng. .. 23
Bảng 1.3. Đặc tính của mẫu than bùn ở Ninh Bình...................................................... 23
Bảng 3.1. Mật độ quang của dung dịch màu sau ba lần chiết. .................................... 33
Bảng 3.2. Giá trị mật độ quang của các mẫu chuẩn ..................................................... 33
Bảng 3.3. Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở Bàu Tràm. ................................... 34
Bảng 3.4. Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở Bàu Sấu. ...................................... 34
Bảng 3.5. Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở Bàu Vàng. ................................... 35
Bảng 3.6. Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở Bàu Mạc. ..................................... 35
Bảng 3.7. Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở Vịnh Xuân Dương...................... 35
Bảng 3.8. Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở hồ phường Hòa Khánh Bắc. ..... 36
Bảng 3.9. Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở hồ gần nhà máy xi măng Cosevco. ..... 37
Bảng 3.10. Hệ số khô kiệt nitrat. .................................................................................... 37
Bảng 3.11. Sai số thống kê của phương pháp phân tích định lượng nitrat................ 37
Bảng 3.12. Kết quả phân tích hàm lượng nitrat trong mẫu than bùn. ........................ 38
Bảng 3.13. Mật độ quang của dung dịch màu sau ba lần chiết................................... 40
Bảng 3.14. Giá trị mật độ quang của các mẫu chuẩn................................................... 40
Bảng 3.15. Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở Bàu Tràm................................. 41
Bảng 3.16. Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở Bàu Sấu. .................................. 41
Bảng 3.17. Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở Bàu Vàng................................. 42
Bảng 3.18. Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở Bàu Mạc. ................................. 42
Bảng 3.19. Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở Vịnh Xuân Dương.................. 42
Bảng 3.20. Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở hồ phường Hòa Khánh Bắc. . 43
Bảng 3.21. Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở hồ gần nhà máy xi măng

Cosevco........................................................................................................... 43
Bảng 3.22. Hệ số khô kiệt amoni. .................................................................................. 43
Bảng 3.23. Sai số thống kê của phương pháp phân tích định lượng amoni. ............. 44
Bảng 3.24. Kết quả phân tích hàm lượng amoni trong mẫu than bùn. ...................... 45


1

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cấu tạo tứ diện đều của ion amoni...................................................................4
Hình 1.2. Sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo quang .......................................... 13
Hình 1.3. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ .............................................. 14
Hình 1.4. Đường chuẩn của phương pháp đo quang.................................................... 15
Hình 2.1. Máy đo quang PRIM....................................................................................... 24
Hình 2.2. Máy khuấy từ HI 190M .................................................................................. 24
Hình 2.3. Bàu Tràm .......................................................................................................... 31
Hình 2.4. Bàu Mạc............................................................................................................ 31
Hình 2.5. Hồ gần nhà máy xi măng Cosevco................................................................ 32
Hình 2.6. Vịnh Xuân Dương ........................................................................................... 32
Hình 2.7. Bàu Sấu............................................................................................................. 32
Hình 2.8. Bàu Vàng .......................................................................................................... 32
Hình 2.9. Hồ ở Phường Hịa Khánh Bắc ....................................................................... 32
Hình 3.1. Đồ thị đường chuẩn xác định NO3- ............................................................... 34
Hình 3.2. Đồ thị đường chuẩn xác định NH4+ .............................................................. 41


2

LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là một quốc gia có nền kinh tế chủ yếu là nơng nghiệp. Do Việt Nam nằm
trong vùng khí hậu nhiệt đới, bốn mùa mưa thuận gió hịa, đất đai màu mỡ, phì nhiêu, đặc
biệt là đất bùn chiếm một lượng rất lớn và phân bố đều khắp các vùng trong cả nước. Hiện
nay, có nhiều mỏ than bùn đang được thăm dị, tìm kiếm và nghiên cứu để đưa vào sử dụng.
Đặc điểm của than bùn là giàu nitơ, nghèo lân và rất nghèo kali, thường chua. Mà
nitơ là một trong những nguyên tố quan trọng, cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của
thực vật nói chung, cây trồng nói riêng. Nó có trong tất cả các protit đơn giản và phức tạp,
trong nhiều vitamin, enzim của cơ thể thực vật.
Bón phân cho đất tức là tăng cường các loại chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho và
kali và các vi chất dinh dưỡng như Bo, Cl, Mn, Fe, Zn, Cu, Mo và Se mục đích là để thúc
đẩy cây cối phát triển.
Việc xác định amoni và nitrat trong than bùn để làm phân bón rất quan trọng. Nhu
cầu nitơ của mỗi loại cây trồng khác nhau thì khác nhau, nhu cầu đó đối với các giai đoạn
khác nhau của cùng một loại cây trồng cũng không giống nhau. Trong thời kì phát triển
cây trồng cần rất nhiều nitơ, nhất là các cây lấy thân, lá. Cung cấp đủ nitơ (cùng các điều
kiện khác), hiệu suất quang hợp sẽ tăng lên, tạo điều kiện cho các quá trình tích lũy các
chất dinh dưỡng trong cây. Khi thừa nitơ, thời kì sinh trưởng kéo dài, gluxit tiêu hao sẽ lớn
hơn gluxit tích lũy, làm giảm hiệu quả sản xuất.
Vì vậy việc xác định amoni và nitrat trong than bùn để sử dụng làm phân bón là vấn
đề chúng tôi quan tâm trong đề tài này.
Để khảo sát hàm lượng amoni và nitrat trong than bùn phục vụ làm phân bón chúng
tơi thực hiện đề tài: “Phân tích đánh giá hàm lượng amoni và nitrat trong một số mẫu
than bùn trên địa bàn quận Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng để làm phân bón bằng
phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS”.


3
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Các kết quả thu được của đề tài góp phần xây dựng một phương pháp phân tích thích
hợp để xác định hàm lượng amoni và nitrat trong than bùn phù hợp điều kiện phịng thí

nghiệm.
Trên cơ sở đó áp dụng vào phân tích một số mẫu than bùn thực tế để đánh giá hàm
lượng amoni và nitrat trong than bùn trên địa bàn quận Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng.
Thông qua kết quả phân tích có thể xác định được mẫu than bùn nào có thể dùng để làm
phân bón.


4

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Nitrat, amoni và dư lượng của nó trong than bùn
1.1.1. Giới thiệu về amoni [18]
1.1.1.1. Cấu tạo và tính chất vật lý
Ion amoni NH4+ có cấu tạo hình tứ diện đều với bốn nguyên tử hidro ở đỉnh và
nguyên tử nitơ trung tâm. Mô tả cấu tạo hình tứ diện đều của ion NH4+ được thể hiện trên
hình 1.1.

Hình 1.1. Cấu tạo tứ diện đều của ion amoni.
Do đó muối amoni có nhiều tính chất giống với muối của kim loại kiềm như dạng
tinh thể, độ hịa tan. Ion NH4+ khơng màu nên các muối amoni đều khơng màu và dễ tan
trong nước.
1.1.1.2. Tính chất hóa học [18]
- Muối amoni bị thủy phân trong dung dịch cho môi trường axit
NH4+ + H2O ↔ NH3 + H3O

(K = 5,5.10 -10)

- Các muối amoni đều ít bền với nhiệt, tùy thuộc vào bản chất của axit tạo muối mà

phản ứng nhiệt phân của muối amoni cũng khác nhau.
- Nếu là muối của axit tính oxi hóa như HNO2, HNO3 khi được đun nóng thì axit
được giải phóng sẽ oxi hóa NH3 thành N2 hay oxit của nitơ


5
NH4NO2 → N2 + 2H2O
NH4 NO3 → N2O + 2H2O
- Nếu là muối của axit dễ bay hơi thì khi đun nóng sẽ phân hủy theo q trình ngược
với phản ứng kết hợp
NH4Cl → NH3 + HCl
(NH4)2CO3 → NH3 + NH4HCO3
- Ở nhiệt độ thường: NH4 HCO3 → NH3 + CO2 + H2 O
- Nếu là muối của axit khó bay hơi và nhiều nấc thì đun nóng sẽ biến thành muối
axit và giải phóng amoniac
(NH4)2SO4 → NH4HSO4 + NH3 ↑
NH4HSO4 → H2SO4 + NH3↑
H2SO4

→ SO3 ↑ + H2O

3SO3 + 2NH3 → 3SO2 + N2 + 3H2O
- Muối của amoni trong thực tế được dùng nhiều để làm phân đạm, quan trọng hơn
hết là các muối NH4 Cl, NH4NO3, (NH4 )2SO4.
1.1.2. Giới thiệu về nitrat [13]
1.1.2.1. Cấu tạo
Ion nitrat là ion gồm nhiều nguyên tử với công thức phân tử NO3− và khối lượng
phân tử là 62,0049 g/mol. Ion nitrat là bazơ liên hợp của axit nitric, gồm một nguyên tử
nitơ trung tâm bao quanh bởi ba nguyên tử ôxy giống hệt nhau xếp trên một mặt phẳng tam
giác.

1.1.2.2. Tính chất vật lý [17]


6
Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước và là chất điện ly mạnh. Trong dung dịch,
chúng phân ly hồn tồn thành ion. Ion nitrat 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 rửa.

1.1.2.3. Tính chất hóa học [13]
Nitrat là muối kém bền của axit HNO3
HNO3 không bền, bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng
4HNO3 → 4NO2 + O2 + H2O
Trong nước, HNO3 là axit mạnh
HNO3 + H2O → H3O+ + NO3 Hỗn hợp axit nitric và axit clohidric theo tỉ lệ 1: 3 được gọi là nước cường thủy hay
nước cường toan. Đây là một trong những chất có tính oxi hóa mạnh nhất, dùng để chuyển
những hợp chất khó tan thành dung dịch. Các sulfua, thioanhidrit, các kim loại quý, các
hợp kim...không tan trong axit nhưng tan trong nước cường thủy. Tác dụng hòa tan mạnh
của nước cường thủy dựa trên khả năng oxi hóa mạnh của clo mới sinh.
HNO3 + 3HCl → NOCl + Cl2 + 2H2O
Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước. Khi bị nung nóng chúng bị phân hủy
2NaNO3 → 2NaNO2 + O2
NH4NO3 → N2 O + 2H2O
2Pb(NO3)2 → 2PbO + 4NO2 + O2
Trong mơi trường axit, nitrat có tính oxi hóa mạnh thể hiện qua thế oxi hóa khử
NO3- + 2e + 3H+ → HNO2 + H2 O

E0 = 0,94 V

NO3- + e + H+ → NO2 + H2O

E0 = 0,96 V

NO3- + 3e + 4H+ → NO + 2H2O

E0 = 0,99 V

Do tính chất oxi hóa trong mơi trường axit, nitrat có khả năng tham gia nitrơ hóa
với một số chất hữu cơ như axit sulfosalixilic, diphelnilamin, antypirin. Khi chuyển về môi


7
trường kiềm, sản phẩm của q trình nitrơ hóa sẽ có màu. Đây là cơ sở để định lượng nitrat
bằng phương pháp trắc quang.
1.1.2.4. Tính chất sinh học [13]
Đối với thực vật, nitrat hấp thụ đất và nước và là nguồn thức ăn cần thiết. Trong thời
kỳ phát triển, nếu thiếu nitrat thực vật sẽ hạn chế sự sinh trưởng. Tuy nhiên, khi hàm lượng
nitrat trong môi trường khá lớn, nitrat sẽ kết hợp với SO2 trong khơng khí và O3 tạo thành
chất có tác động hủy hoại đời sống cây trồng.
Trong các hợp chất chứa nitơ thường hiện diện ở mơi trường sống thì nitrat ln
đóng vai trị quan trọng vì hàm lượng của nó là một yếu tố để đánh giá mức độ ô nhiễm.
Nồng độ nitrat cao trong đất và nước ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh vật ở đó. Nó
sẽ làm chết các lồi cá ở sông hồ, tác động đến đời sống các động vật gặm nhấm sinh sống
nơi mặt đất. Đối với con người, nhiễm độc nitrat ít gây tử vong, nhưng nó là nguyên nhân
gây ra một số bệnh ung thư, hiện tượng quái thai và sinh non. So với người lớn và trẻ em
thì trẻ em sơ sinh đặc biệt dễ bị nhiễm độc. Nó gây ra tình trạng thiếu máu hay còn gọi là
triệu chứng methemoglobinemia. Nitrat xâm nhập vào cơ thể con người do sử dụng thực
phẩm có chứa nhiều nitrat như thịt hộp có chứa nhiều chất tạo màu và chất bảo quản, các

loại rau củ có dư lượng phân bón chứa nitrat. Chính vì tính độc hại của nitrat nên người ta
cần phải có những quy định chặt chẽ nhằm kiểm sốt sự có mặt của nó. Để đánh giá sự
trong sạch của mơi trường sống, nhằm đảm bảo an toàn sức khỏe của người dân nên nhiều
phương pháp xác định nitrat ra đời.
1.1.3. Nguồn gốc xuất hiện nitrat, amoni trong than bùn [18]
Nitơ trong than bùn khơng có nguồn gốc từ khống mà chủ yếu là do nguồn gốc
hữu cơ và nguồn cố định từ khơng khí cung cấp.
Đạm phần lớn nằm trong thành phần của các hợp chất hữu cơ trong than bùn, hàm
lượng dự trữ của đạm trong than bùn phụ thuộc trước hết vào lượng mùn trong than bùn.
Nitơ được cố định sinh học từ khí quyển bởi các vi khuẩn, nấm, tảo, mà chủ yếu là
vi khuẩn. Chúng có khả năng cố định nitơ từ dạng nguyên tố thành nitơ ở dạng hợp chất
phức tạp khác nhau và NH4 +.


8
Trong điều kiện thống khí, NH4 + ban đầu sinh ra do q trình khống hóa nitơ hữu
cơ sẽ liên tục chuyển hóa và biến thành NO3-. Qúa trình này diễn ra theo 2 giai đoạn:

NH4 + +

3
O2 → NO2- + H2O + 2H+
2

NO2- +

1
O2 → NO3 2

Từ nguồn phân bón nhân tạo vơ cơ và hữu cơ: Nguồn nitơ từ phân bón vơ cơ và hữu

cơ là một trong những nguồn làm xuất hiện nitơ trong than bùn. Do lượng phân bón chứa
nitơ đưa vào đất càng lớn và thường xuyên nên đã ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng nitơ
trong than bùn. Thơng qua q trình rửa trơi nitơ trong đất sẽ bị rửa trôi theo nước xuống
các ao, hồ và tích tụ trong than bùn.
Nguồn nitơ từ nước mưa khí quyển: Nitơ trong khí quyển đi vào than bùn theo nước
mưa, do hiện tượng quang hóa các phân tử nitơ bị tách thành các ion, sau đó là liên kết với
oxi tạo thành axit nitrit. Do đó nitơ trong nước mưa khí quyển có 2 dạng: amoni và nitrat.
Hàm lượng nitơ nhận được từ nguồn này cũng rất khác nhau, nó phụ thuộc vào mùa trong
năm và vùng địa lý khác nhau
+ Nitơ được hình thành từ các trận mưa giơng có sấm sét
N2 + H2 → NH3
N2 + O2 → NO → NO2
+ Sau đó nhờ sự hoạt động của các vi khuẩn có trong đất và dưới tác dụng của các
yếu tố hóa học các điều kiện cần thiết, NH3 được chuyển hóa thành các dạng khác của nitơ
mà cây trồng có thể hấp thụ được.
NH3 → HNO2 → HNO3 → Ca(NO3)2
+ Qúa trình cố định nitơ phân tử theo 2 hướng cơ bản: con đường khử và con đường
oxy hóa:
 Con đường khử theo chuỗi biến hóa sau:
N2 → HN = NH → H2N – NH2 → NH3 → NH4 OH
 Con đường oxy hóa:


9
N2 → N2O → HNO2 → NH4OH
Trong thiên nhiên nitrat là sản phẩm từ sự thối hóa hồn tồn chất hữu cơ có gốc
nitơ trong chu trình nitrogen và là nguồn chủ yếu cung cấp nitơ cho vi sinh vật và cây xanh.
Nitrat là một dạng đạm trong than bùn được tạo thành do q trình nitrat hóa có sự tham
gia của vi sinh vật nên NO3 - có trong than bùn. Thường thì lượng nitrat này khơng đủ để
ni lớn cây trồng, nên người ta phải bón phân chứa NO3- thêm cho đất. Tuy nhiên, lượng

nitrat tồn tại trong than bùn khơng ổn định, nó phụ thuộc vào chu trình tăng trưởng của cây
xanh. Nếu cây xanh cần nhiều nitrat thì lượng nitrat tích tụ trong đất ít và ngược lại.
1.1.4. Vai trò của nitrat và amoni [18]
Đạm là thành phần dinh dưỡng quan trọng của thực vật, thành phần cấu tạo nên
protit, chất diệp lục, men và các chất hữu cơ khác cấu tạo nên tế bào thực vật. Đạm điều
tiết các hoạt động sống của cây, tham gia trong các chất kích thích sinh trưởng, các vitamin.
Đạm có hoạt tính sinh học rất cao, người ta thấy đạm có trong các enzim xúc tiến các q
trình biến đổi sinh hóa trong cơ thể sống. Vì vậy, nitơ có tính quyết định tới sinh trưởng và
phát triển của thực vật, là nguyên tố quyết định năng suất của cây trồng.
Thiếu đạm cây bị vàng và rụng sớm; thiếu đạm cây sinh trưởng và phát triển kém,
còi cọc, chồi bị thui chột. Cây thiếu đạm buộc phải hoàn thành chu kỳ sống nhanh, thời
gian tích lũy ngắn, giảm năng suất.
1.1.5. Tác hại lượng dư của amoni và nitrat
1.1.5.1. Tác hại của dư lượng amoni [18]
Thừa đạm do cây phải hút nhiều nước để giảm nồng độ NH4+ trong cây nên tỉ lệ
nước trong lá cao. Thân lá vươn dài, mềm mại, che bóng lẫn nhau, ảnh hưởng đến quang
hợp, cây dễ bị ộp đổ.
Đạm hữu cơ hòa tan (amin, amit) trong cây nhiều cây dễ bị mắc bệnh.
Thừa đạm tỉ lệ diệp lục trong lá cao, lá có màu xanh tối, lại hấp dẫn côn trùng nên
thường bị sâu bọ phá hoại mạnh.
Thừa đạm quá trình sinh trưởng và sinh dưỡng kéo dài, quá trình ra hoa và kết quả
bị chậm lại, lâu thu hoạch.


10
Thừa đạm làm cho chất lượng nông sản kém, giá trị sinh học thấp: dư thừa NO3-,
NH4 + trong rau quả.
Thừa đạm cây khơng dùng hết nên có thể gây ô nhiễm đất.
Amoni thực ra không quá độc đối với cơ thể con người. Nhưng trong quá trình khai
thác, xử lý nó chuyển hóa thành nitrit và nitrat. Nitrit là chất độc rất có hại cho cơ thể.

1.1.5.2. Tác hại của dư lượng nitrat
Phân bón hóa học tốt cho cây trồng, theo đánh giá của Viện Dinh Dưỡng cây trồng
quốc tế (IPNI), phân bón đóng góp khoảng 30-35% tổng sản lượng cây trồng. Nhưng khơng
phải tất cả lượng phân bón trên được cho vào đất, được phun lên lá... cây sẽ được hấp thụ
hết. Phân đạm chỉ hấp thụ khoảng 30-45%, phân lân từ 40-45% và phân kali 40-50% tùy
theo chân đất, giống cây trồng, thời vụ, phương pháp bón... Nếu lượng phân bón vơ cơ
chưa sử dụng hết thì một phần bị rửa trôi theo nước mặt và chảy vào các ao hồ, sông, suối
gây ô nhiễm nguồn nước mặt, một phần bị trục di (thấm rút theo chiều dọc) xuống tầng
nước ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của nhiệt độ hay quá trình phản ứng nitrat
hóa gây ơ nhiễm khơng khí, nguồn đất và nước.
Bản chất của NO3- tự nó khơng ảnh hưởng gì đến sức khỏe của con người và thú
vật, nhưng khi xâm nhập vào cơ thể con người, có thể biến dạng thành NO2 -, rất độc [14].
+ Tiềm năng gây ung thư
Ung thư dạ dày: NO2- sinh ra từ NO3- dễ tác động với các amin tạo thành
nitrosamine, một hợp chất gây ung thư.
Ung thư thực quản: chất này theo tuyến nước bọt vào thực quản tích tụ ở đây và gây
bệnh.
+ Tăng nguy cơ sẩy thai và gây quái thai.
+ Làm hạ huyết áp.
+ Nitrit sinh ra phản ứng với hemoglobin tạo thành methaemoglobinemia làm mất
khả năng vận chuyển oxy của hemoglobin
4HbFe 2 + O2 + 4NO2- + 2H2O → 2HbFe3 + OH- + 4NO3 - + O2
Sự tạo thành methaemoglobinemia đặc biệt thấy rõ ở trẻ em. Khi mắc bệnh, trẻ xanh
xao, chậm lớn, gầy yếu và dễ bị đe dọa đến cuộc sống đặc biệt là trẻ dưới 6 tháng tuổi [13].


11
1.2. Các phương pháp xác định hàm lượng amoni và nitrat [3, 4, 6, 7, 10]
1.2.1. Các phương pháp xác định hàm lượng amoni
1.2.1.1. Phương pháp chuẩn độ

Cho NaOH đặc vào bình cất có chứa mẫu amoni, khi đó có phản ứng:
NH4 + + OH- → NH3 + H2O
Dùng axit dư (nồng độ xác định) để hấp thụ amoniac theo phản ứng:
HCl + NH3 → NH4Cl
Sau đó dùng NaOH chuẩn độ lượng axit dư với chỉ thị metyl da cam.
Phản ứng chuẩn độ:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

1.2.1.2. Phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS
+ Nguyên tắc của phương pháp:
Trắc quang phân tử UV – VIS là phương pháp phân tích dựa trên sự so sánh độ hấp
thụ ánh sáng của dung dịch nghiên cứu với dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định.
Phương pháp này chủ yếu được sử dụng để xác định lượng nhỏ các chất, tốn ít thời gian
hơn so với các phương pháp khác lại cho kết quả có độ chính xác cao.
+ Phương pháp dùng thuốc thử Netle
Thuốc thử Netle tạo dung dịch màu vàng với amoni. Dựa vào mật độ quang dung
dịch đo được để xác định nồng độ amoni trong dung dịch.
Phản ứng phân tích:
NH4+ + 2K2[HgI4 ] + 2OH- → [(Hg)2NH2 ]I↓ + 5I- + 4K+ + 2H2O
Mật độ quang đo tại bước sóng 400 nm.
Xác định nồng độ amoni bằng phương pháp thêm chuẩn hay đường chuẩn.
1.2.2. Các phương pháp xác định nitrat
1.2.2.1. Phương pháp điện hóa
Sử dụng điện cực chọn lọc với ion nitrat để đo thế của dung dịch với điện cực
calomen (Hg/Hg2Cl2/Cl-) hay điện cực bạc clorua (Ag, AgCl/Cl -).
Các anion khác như Cl -, SO4 2- ảnh hưởng đến việc xác định hàm lượng nitrat
1.2.2.2. Phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS
+ Phương pháp dùng thuốc thử netle

12
Chuyển ion nitrat thành ion amoni rồi chuẩn độ như mục 1.2.1.1
Hợp kim Davarda (hợp kim 50%Cu, 45%Al, 5%Zn) tác dụng với kiềm tạo hidro
mới sinh. Hidro mới sinh này sẽ khử ion nitrat thành ion amoniac.
Phương trình phản ứng:
NO3- + 8H → NH3 + 2H2O + OHTiến hành đo mật độ quang với thuốc thử netle ở bước sóng 400 nm.
+ Phương pháp dùng thuốc thử natri salixilat
Ion nitrat và thuốc thử natrisalixilat tác dụng với nhau trong môi trường kiềm tạo
thành dung dịch có màu vàng. Đo mật độ quang của dung dịch tại bước sóng khoảng 415
nm để xác định hàm lượng nitrat trong dung dịch.
C6H4(COONa)(OH) + NO3- → C6H3(COONa)(OH)(NO2)o-nitrosalixilat natri
→ C6H3(COONa)(OH)(NO2)p-nitrosalixilat natri
Xác định nồng độ nitrat theo phương pháp đường chuẩn hoặc thêm chuẩn.
Độ chính xác của phương pháp bị ảnh hưởng của Ca2+, Mg2+
+ Phương pháp dùng thuốc thử 2,6 đimetylphenol
Trong dung dịch axit sunfuric hoặc axit photphoric, ion nitrat phản ứng với thuốc
thử 2,6 đimetylphenol tạo dung dịch có màu vàng. Đo mật độ quang của dung dịch tại bước
sóng 415 nm sau khi phản ứng xảy ra 10 phút.
Xác định nồng độ nitrat bằng phương pháp đường chuẩn hay thêm chuẩn.
+ Phương pháp dùng thuốc thử phenol đisunfuric
Ion nitrat có trong mẫu tác dụng với thuốc thử axit phenolđisunfuric tạo nitrophenol
khi kiềm hóa tạo dung dịch có màu vàng.
Đo mật độ quang của dung dịch tạo thành tại bước sóng 415 nm
Phản ứng phân tích:
C6H3(HSO3 )OH + 3HNO3 → C6H2 (OH)(NO2)3 + 2H2SO4 + H2O
C6H2(OH)(NO2 )3 + OH- → C6H2(NO2)3O- + H2O
(dung dịch có màu vàng)
Xác định nồng độ nitrat bằng phương pháp đường chuẩn hay thêm chuẩn.

13
Dựa trên các tài liệu tham khảo và các điều kiện thực tế của phịng thí nghiệm, chúng
tơi chọn phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS để phân tích hàm lượng amoni, nitrat
trong than bùn.
1.3. Giới thiệu về phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS [5]
1.3.1. Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS
Đây là phương pháp dựa trên sự so sánh cường độ màu của dung dịch nghiên cứu
với cường độ màu của dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định.
Cơ sở lý thuyết của phương pháp là định luật Lambert – Beer:
I = Io . 10 -ε.l.C
→ Mật độ quang:

D = lg (Io /I) = ε.l.C

Hay:

D = K.C

Trong đó: Io : cường độ ánh sáng tới; I: cường độ ánh sáng ló; ε: hệ số tắt phân tử hay hệ số
hấp thụ phân tử, ε là đại lượng xác định, phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ, vào bước
sóng λ của bức xạ đơn sắc và vào nhiệt độ; l: bề dày của cuvet đựng dung dịch, đo bằng
cm; C: nồng độ dung dịch, đo bằng mol/l; D: mật độ quang; K: hệ số tỷ lệ, K = ε.l.
Sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo quang được thể hiện ở hình 1.2.
Nguồn

Bộ phận

Cuvet

bức xạ

tạo tia

đựng

liên tục

đơn sắc

dung dịch

Detectơ

Chỉ thị
kết quả

Hình 1.2. Sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo quang
1.3.2. Các điều kiện tối ưu của một phép đo quang
1.3.2.1. Sự đơn sắc của bức xạ điện từ
Định luật Lambert – Beer càng chính xác hay là sự phụ thuộc D = f (C) càng tuyến
tính nếu bức xạ đơn sắc chiếu vào dung dịch càng đơn sắc.
1.3.2.2. Bước sóng tối ưu – bước sóng cực đại λ max
Mỗi một chất chỉ hấp thụ ánh sáng cực đại tại một bước sóng nhất định gọi là λmax .
Do đó, định luật Lambert – Beer càng chính xác cho chất phân tích tại giá trị λmax .
1.3.2.3. Khoảng tuyến tính của định luật Lambert – Beer


14
Định luật Lambert – Beer cho sự phụ thuộc D = f (C) chỉ tuyến tính trong một

khoảng giá trị nồng độ nhất định, gọi là khoảng tuyến tính Cmin - Cmax , phụ thuộc vào máy
đo, dung dịch phân tích (hình 1.3).
D

Cmin

Cmax

C

Hình 1.3. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ
1.3.2.4. Các yếu tố khác
Khả năng hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu ngoài sự phụ thuộc vào nồng độ còn
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thuốc thử: một chất phân tích X có thể tạo phức màu với
nhiều thuốc thử khác nhau nhưng trong đó bao giờ cũng có một thuốc thử tối ưu; thời gian
tạo phức màu: hầu như trong thực tế thì mỗi dung dịch phức màu chỉ bền trong một khoảng
thời gian nhất định; môi trường pH: dùng axit, dung dịch đệm để tạo mơi trường.
1.3.3. Các phương pháp phân tích định lượng
1.3.3.1. Phương pháp đường chuẩn
Xây dựng đường chuẩn D = f (C)
Nguyên tắc: chuẩn bị một dãy dung dịch chất chuẩn cần phân tích có nồng độ chính
xác khác nhau, tăng dần: C1 , C2 , C3 , C4, C5,…
Thêm thuốc thử phân tích, tạo mơi trường phù hợp.
Đo mật độ quang cho các dung dịch chuẩn ta được các giá trị D1 , D2 , D3 , D4 , D5 ,…
Xây dựng đồ thị D = f (C) theo dạng tuyến tính bậc một: y = a.x + b.

D
D5

D4

Dx


15

Hình 1.4. Đường chuẩn của phương pháp đo quang
Chuẩn bị dung dịch phân tích trong điều kiện tương tự như dung dịch chuẩn, đưa
vào máy đo mật độ quang Dx, dựa vào phương trình của đồ thị để xác định Cx.
Đặc điểm của phương pháp:
Ưu điểm: dễ làm, rất thuận tiện khi phân tích hàng loạt nhiều mẫu, có độ chính xác
cao, thường có thể loại bỏ được sai số hệ thống.
Nhược điểm: dung dịch chuẩn thường có thành phần khơng giống như dung dịch
mẫu phân tích nên có thể có những ảnh hưởng mà ta khơng xác định được, nhiều thao tác
nên tốn thời gian.
1.3.3.2. Phương pháp thêm chuẩn
Đo mật độ quang Dx cho dung dịch phân tích có nồng độ Cx : Dx = K.Cx.
Thêm vào dung dịch phân tích một lượng chính xác chất chuẩn phân tích Cch, đưa
vào máy đo mật độ quang, được giá trị D: D = K.(Cx + Cch).
Dx
Cx

D Cx  Cch



Cx =

Dx.Cch
D  Dx

Ưu điểm của phương pháp là loại bỏ được ảnh hưởng của các thành phần khác có
trong dung dịch phân tích, dễ viết chương trình cho máy. Tuy nhiên, phương pháp này