Nitrat

Khóa luận Tốt Nghiệp

SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 1


MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nitrat là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng sản phẩm cũng như nguồn nước. Nitrat đi vào cơ thể con người là một chất tiền ung thư, làm hạ đường huyết, gây xẩy thai, quái thai ở phụ nữ có mang cũng như bệnh xanh da ở trẻ em. Đối với môi trường nước, nitrat là một trong những yếu tố gây ra hiện tượng phú dưỡng làm ảnh hưởng và đe dọa nghiêm trọng đến hệ sinh thái trong môi trường. Hiện nay, đã có rất nhiều phương pháp định lượng nitrat như trắc quang, điện hóa và sắc ký. Đặc biệt là ở các phòng thí nghiệm đơn giản thì trắc quang là một trong những phương pháp chủ đạo. Trong bộ môn thực hành phân tích môi trường tại trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng, chúng tôi gặp rất nhiều khó khăn trong việc xác định hàm lượng nitrat trong mẫu nước. Phương pháp trắc quang với thuốc thử axit phenol disunfonic cũng như thuốc thử natri salixylat bị cản trở bởi nhiều yếu tố ảnh hưởng như ion NO2-, Cl-, Ca2+, Mg2+...nên việc phân tích đạt độ chính xác không cao. Phương pháp chuẩn trên thế giới hiện nay trong việc xác định nitrat như ASTM 3867 – 99 và Standard Methods for the Examination of water and wastewater 4500 – NO3-. Các phương pháp này kết hợp sử dụng cột khử Cd cùng với máy quang trắc UV-VIS có thể cho hiệu suất phân tích trên 91±1% và không có nhiều các yếu tố ảnh hưởng. Vì vậy, chúng đáp ứng yêu cầu cho các mẫu có hàm lượng nitrat thấp từ 0.01 đến 1 mg NO 3-/l. Để hiểu rõ hơn nguyên tắc làm việc của cột khử Cd và khảo sát các điều kiện tối ưu cho quy trình phần tích thực tế, chúng tôi đã chọn đề tài “ Nghiên cứu và khảo sát các điều kiện tối ƣu chế tạo cột khử Cadimi trong phân tích nitrat” dưới sự hướng dẫn của ThS. Phạm Thị Hà.


Trang 2


2. NỘI DUNG ĐỀ TÀI -

Xử lý hạt Cadimi và nhồi cột khử Cd-Cu.

-

Khảo sát các điều kiện tối ưu xác định cột khử.

-

Đánh giá hiệu suất thu hồi quá trình phân tích.

-

Đánh giá sai số thông kê của phương pháp.

-

Áp dụng quy trình phân tích để xác định hàm lượng nitrat trong một số sản phẩm sữa trên thị trường.


Trang 3


CHƢƠNG 1:

TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về nitrat 1.1.1. Sự tồn tại của nitrat 1.1.1.1. Nitrat trong đất Toàn bộ nitơ trong chu trình nitơ sinh học diễn ra chủ yếu qua hoạt động cố định đạm của các vi khuẩn sống trong cây, các tảo lục và các vi khuẩn cộng sinh trong rễ của một số loài thực vật (ví dụ Rhizobium có ở trong nốt sần của rễ một số loài họ đậu). Những sinh vật này có khả năng chuyển hóa N2 thành NH4+, mặc dù chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ dòng nitơ trên toàn cầu, quá trình cố định đạm là nguồn cung cấp nitơ cao nhất cho cả 2 nơi sống ở cạn và ở nước. NH4+ chỉ được các thực vật sử dụng hạn chế, hầu hết nitơ được tích luỹ dưới dạng NO3-. Thường thì lượng nitrat này không đủ để tạo dưỡng dưỡng chất nuôi lớn cây trồng, nên người ta phải bón phân chứa nitrat thêm cho đất . Tuy nhiên, lượng nitrat trong đất không ổn định, nó phụ thuộc vào chu trình sinh trưởng của cây xanh. Nếu cây xanh cần nhiều nitrat thì lượng nitrat tích tụ trong đất ít và ngược lại. 1.1.1.2. Nitrat trong nước Nitrat phân bố trong nước không đều nhau. Do tác động của quá trình nitrat hóa trong nước khiến cho hàm lượng nitrat bên trên có hàm lượng cao hơn có khi tới vài chục mg/l. Trong khi đó lớp nước ở tầng trong và sâu hơn thì hàm lượng nitrat lại rất nhỏ, có khi chỉ vài mười hay vài chục mg/l. Nitơ có trong nước thải dưới 4 hình thức khác nhau:  Nitơ hữu cơ (amino acids, proteins, purines, pyrimidines và nucleic acids)  Ammoniac  Nitrit  Nitrat Trong một mẫu nước thải chưa xử lý, phần lớn thường là amôniac và các nitơ hữu cơ, các chất này bị ôxy hoá thành nitrit và sau đó là nitrat trong môi trường. Việc sử dụng phân bón chứa nitơ quá mức, việc xử lý kém hay không hiệu quả các chất thải vào môi trường đã làm cho môi trường nước ngày càng bị ô nhiễm nặng. Vì vậy, nitrat là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất lượng môi trường nước. SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 4


Khi bón phân đạm cho cây trồng sẽ có một lượng nhỏ tích tụ trong đất và tan vào trong nước ngầm. Vì vậy, không chỉ trong nước thải mà cả trong nước ngầm cũng có thể có nitrat. 1.1.1.3. Nitrat trong sản phẩm từ động vật Các sản phẩm từ thịt tham gia vào quá trình lên men tạo ra H2S, NH3. Các chất này không những gây biến đổi thực phẩm mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Trong thịt, nitrit làm chậm quá trình phát triển của botulinal toxin, độc tố làm hư thịt, làm gia tăng màu sắc và hương vị của thịt ướp, làm chậm quá trình ôi, trở mùi, mất mùi của sản phẩm thịt. Các muối nitrit sodium hay potassium, hay nitrat sodium, potassium thường được sử dụng để xử lý, ướp thịt làm jambon, xúc xích... Các chất này tỏ ra rất hữu hiệu trong việc ngăn cản sự phát triển hoặc để diệt vi khuẩn, đặc biệt là khuẩn clostridium botulinum trong đồ hộp . Trong quá trình ướp, một chuỗi phản xảy ra biến nitrat thành nitrit, rồi thành oxid nitric. Nito oxit kết hợp với myoglobin (chất màu làm cho thịt không ướp có màu đỏ tự nhiên) làm thành nitric oxid myoglobin, có màu đỏ sậm (như màu lạp xưởng). Màu đỏ sậm này sẽ biến thành màu hồng nhạt đặc trưng khi gia nhiệt trong quá trình chế biến hay xông khói thịt. Cơ chế tạo màu đỏ của thịt khi có mặt của nitrite, nitrate: KNO3

 KNO2

Trong môi trường pH thấp: KNO2  HNO2 HNO2  NO Nito oxit kết hợp với myoglobin tạo sản phẩm có màu đỏ sẫm NO + myoglobin  Nomyoglobin (màu đỏ sẫm) 1.1.1.4. Nitrat trong thực vật Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng, nitơ là một trong những yếu tố dinh dưỡng cơ bản cần thiết. Trong quá trình trồng rau quả, người trồng sử dụng phân đạm bón cho cây nhằm mục đích kích thích sự phát triển của cây. Khi cung cấp không đủ hàm lượng nitơ cần thiết, quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng sẽ bị hạn chế hoặc ngưng hoàn toàn. SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 5


Quá trình trao đổi nitơ xảy ra trong toàn bộ đời sống cây trồng nhưng thay đổi tùy thuộc vào từng giai đoạn sinh trưởng và phát triển khác nhau. Trong điều kiện dinh dưỡng nitơ tối ưu, tốc độ sinh trưởng của cây trồng được thúc đẩy nhanh hơn và quá trình hóa già có thể chậm lại. Khi lượng NO3- trong cây thiếu hụt, nó sẽ được đáp ứng bằng cách oxy hóa NH3. Đây là quá trình nitrat hóa. Quá trình này xảy ra mạnh trong điều kiện ẩm độ của đất đạt 60-70%, nhiệt độ từ 25-30oC và pH = 6,2-9,2. Các chất hữu cơ và vô cơ chứa đạm dưới nhiều dạng khác nhau, tùy theo dạng đạm, chúng được chia thành các dạng NO3-, NO2-, NH4+ ... Một số cây trồng có khả năng tích lũy một lượng lớn NH3 trong suốt giai đoạn sinh trưởng của nó mà không gây hại cho cây. Các kết quả phân tích cho thấy có sự liên quan giữa năng suất thu hoạch và hàm lượng nitrat (lượng đạm bón càng cao thì năng suất cây trồng cũng tăng cao) nhưng lại tích lũy một lượng thừa nitrat trong nông phẩm Khi bón phân cho cây, các loại phân đạm được sử dụng sẽ bị các vi khuẩn trong đất chuyển hoá thành NH4+ và NO3- để cho cây hấp thụ. Nitrat và amoni một phần chủ yếu được cây hấp thụ, một phần giải phóng ra ngoài khí quyển dưới dạng N2, NH3 và phần còn lại tích tụ trong đất và tan trong nước ngầm. 1.1.2. Nitrat và sự phú dưỡng Phú dưỡng là hiện tượng thường gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn nước thải. Biểu hiện phú dưỡng của các hồ đô thị là nồng độ chất dinh dưỡng N, P cao, tỷ lệ P/N cao do sự tích luỹ tương đối P so với N, sự yếm khí và môi trường khử của lớp nước đáy thuỷ vực, sự phát triển mạnh mẽ của tảo và nở hoa tảo, sự kém đa dạng của các sinh vật nước, đặc biệt là cá, nước có màu xanh đen hoặc đen, có mùi khai thối do thoát khí H2S v.v... Nguyên nhân gây phú dưỡng là sự thâm nhập một lượng lớn N, P từ nước thải sinh hoạt của các khu dân cư, sự đóng kín và thiếu đầu ra của môi trường hồ. Sự phú dưỡng nước hồ đô thị và các sông kênh dẫn nước thải gần các thành phố lớn đã trở thành hiện tượng phổ biến ở hầu hết các nước trên thế giới. Hiện tượng phú dưỡng hồ đô thị và kênh thoát nước thải tác động tiêu cực tới hoạt động văn hoá của dân cư đô thị, làm biến đổi hệ sinh thái nước hồ, tăng thêm mức độ ô nhiễm không khí của đô thị.


Trang 6


1.1.3. Độc tính của nitrat đối với sức khỏe con người Trong các cây lương thực như lúa mì, ngô, đậu xanh thì hàm lượng nitrat thấp. Còn trong các loại rau ăn, nhất là bắp cải, súp lơ có hàm lượng nitrat cao. Hàm lượng nitrat trong lương thực, rau quả liên quan chặt chẽ tới lượng phân đạm sử dụng. Nếu bón phân vừa đủ, cây cối phát triển tốt và lượng nitrat dư thừa trong đất còn rất ít, không đáng kể. Nếu bón phân vượt quá lượng đạm cần thiết thì lượng nitrat dư thừa trong đất tăng lên. Lượng nitrat dư thừa này sẽ đi vào các nguồn nước mặt, nước ngầm gây ô nhiễm, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. NO3- khi vào cơ thể người tham gia phản ứng khử ở dạ dày và đường ruột do tác dụng của các men tiêu hoá sinh ra NO2-. Nitrit sinh ra phản ứng với Hemoglobin tạo thành methaemoglobinemia làm mất khả năng vận chuyển oxi của Hemoglobin. Thông thường Hemoglobin chứa Fe2+ , ion này có khả năng liên kết với oxi. Khi có mặt NO2- nó sẽ oxi hoá Fe2+ thành Fe3+ làm cho hồng cầu không làm được nhiệm vụ chuyển tải O2. Nếu duy trì lâu sẽ dẫn tới tử vong. 4HbFe2+(O2) + 4NO2- + 2H2O  2HbFe3+ + OH- + 4NO3- + O2 Sự tạo thành methaemoglobinemia đặc biệt thấy rõ ở trẻ em. Trẻ em mắc chứng bệnh này thường xanh xao ( bệnh Blue baby ) và dễ bị đe doạ đến cuộc sống đặc biệt là trẻ dưới 6 tháng tuổi. Ngoài ra, NO2- trong cơ thể dễ tác động với các amin tạo thành nitrosaminemột hợp chất tiền ung thư. Các hợp chất nitroso được tạo thành từ amin bậc hai và axit nitrơ ( HNO2) có thể trở nên bền vững hơn nhờ tách loại proton để trở thành nitrosamine.

Các amin bậc ba trong môi trường axit yếu ở pH = 3- 6 với sự có mặt của ion nitrit chúng dễ dàng phân huỷ thành anđehit và amin bậc hai. Sau đó amin bậc hai tiếp tục chuyển thành nitrosamin:


Trang 7


Các amin bậc hai thường xuất hiện trong quá trình nấu rán thực phẩm giàu protein hay quá trình lên men. Nitrit có trong rau quả vào khoảng 0,05 - 2 mg/kg. Khi dùng thực phẩm hay nguồn nước chứa hàm lượng nitrit vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây ngộ độc, ở liều lượng cao có thể gây chết người. Vì vậy những thực phẩm và các nguồn nước có chứa nitrat và nitrit cao cần phải loại bỏ và việc xác định hàm lượng nitrat của chúng có ý nghĩa rất quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước, chất lượng nông sản và rau quả. Bảng 1.1. Hàm lượng Nitrat cho phép trong một số loại rau quả tươi theo tiêu chuẩn của tổ chức Y Tế Thế Giới (WHO)

Loại sản phẩm

Hàm lƣợng (mg/kg)

Loại sản phẩm

Hàm lƣợng (mg/kg)

Dưa hấu

60

Hành tây

80

Dưa bở

90

Cà chua

150

Ớt ngọt

200

Dưa chuột

150

Măng tây

200

Khoai tây

250

Đậu quả

200

Cà rốt

250

Ngô rau

300

Hành lá

400

Cải bắp

500

Bầu bí

400

Su hào

500

Cà tím

400

Su lơ

500

Xà lách

1500


Trang 8


Bảng 1. 2. Quyết định của Bộ Trưởng Bộ Y Tế về “ Danh mục tiêu chuẩn vệ sinh đối với lương thực, thực phẩm “. Số 867/1998/QĐ-BYT

STT

Chỉ số quốc tế

Tên phụ gia

Tên thực phẩm

Giới hạn tối đa cho phép

có dùng phụ gia

trong thực phẩm

Thịt hộp, thịt 1

252

nguội, lạp

Kali nitrat

xưởng, jambon Thịt hộp, thịt

2

249

nguội, lạp

Kali nitrit

500mg/kg, dùng một mình hay kết hợp với Natri nitrat 125mg/kg, dùng một mình hay kết hợp với Kali nitrit

xưởng, jambon Thịt hộp, thịt 3

250

nguội, lạp

Natri nitrit

xưởng, jambon Thịt hộp, thịt 4

251

nguội, lạp

Natri nitrat

xưởng, jambon

125mg/kg, dùng một mình hay kết hợp với Kali nitrit 500mg/kg, dùng một mình hay kết hợp với Kali nitrat

Theo đánh giá của tổ chức y tế thế giới WHO thì hàm lượng NO3- trong nước ngầm sử dụng cho cấp nước sinh hoạt ở hầu hết các nước phát triển đang tăng lên. Bảng 1. 3. Tiêu chuẩn hàm lượng nitrat trong nước uống của một số tổ chức trên thế giới

STT

Tổ chức

Hàm lƣợng NO3(mg/l)

1

WHO

45

2

Canada

10

3

EEC

50

4

CHLB Đức

50


Trang 9


Bảng 1.4. Tiêu chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước ăn uống ( QCVN 0.1: 2009/BYT)

STT

26

Tên chỉ

Đơn

Giới hạn

Phƣơng pháp

tiêu

vị tính

tối đa

thử

Hàm lượng

Mg/l

50

TCVN 6180-

nitrat

1996 (ISO 78901988)

1.1.4. Tính chất hóa học của nitrat [1] Các muối nitrat đều tan trong nước và không có màu. Các muối của ion kiềm mạnh có tính trung tính, còn với ion kiềm yếu thì có tính axit. Các muối của axit nitric thì dễ bị phân hủy khi đun nóng. Các muối của kim loại kiềm thì chuyển thành muối nitric. 2NaNO3  2NaNO2 + O2 Nitrat bị phân hủy và tạo khí nito oxit khi nung mạnh nitrat của tất cả các kim loại quý và một số kim loại khác thì kim loại tự do sẽ được giải phóng. Hg(NO3)2  Hg + 2NO2 + O2 Trong môi trường axit, các ion nitrat có tính oxi hóa mạnh. Độ hoạt tính của ion tăng lên khi pH của môi trường tăng. NO3- + e- + H+  NO2 + H2O NO3- + 3e- + 4H+  NO +H2O NO3- + 8e- + 10H+  NH4+ + 3H2O Chúng oxi hóa hầu như tất cả các kim loại và không kim loại, chuyển các nguyên tố từ trạng thái có mức oxi hóa thấp lến trạng thái có mức oxi hóa cao... Do tính chất oxi hóa trong môi trường acid, nitrat còn có khả năng nitro hóa với một số chất hữu cơ như: acid sulfosalicilic, diphenylamin, antipyrin. Khi chuyển về môi trường


Trang 10


kiềm sản phẩm của quá trình nitro hóa sẽ có màu. Đây là cơ sở cho phản ứng định lượng nitrat bằng phương pháp trắc quang. Hỗn hợp axit nitric với axit clohidric theo tỉ lệ 1:3 gọi là nước cường toan. Nước cường toan là một trong những hỗn hợp có tính oxi hóa mạnh, dùng để chuyển những hợp chất khó tan thành dung dịch. Tác dụng mạnh của hỗn hợp này dựa trên cơ sở sau: -

Thứ nhất do sự oxi hóa, một mặt của clo được giải phóng, thứ hai axit nitric tác dụng với axit clohidrit taọ thành nitrozil clorua. HNO3 + 3HCl  NOCl + Cl2 + 2H2O

-

Thứ hai là do sự tạo thành phức của các ion clo. Au + HNO3 + 3HCl + HCl  HAuCl4 + NO + 2H2O 3Pt + 4(HNO3 + 3HCl) + 6HCl  3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O

1.2. Các phƣơng pháp định tính nitrat [1] 1.2.1. Phản ứng khử nitrat bằng kẽm hoặc nhôm Tùy thuộc vào môi trường của mẫu phân tích mà ta tiến hành phản ứng khử với kim loại kẽm hoặc kim loại nhôm. Đối với môi trường kiềm mạnh, ta sử dụng kẽm kim loại còn bột nhôm cần tiến hành trong môi trường kiềm yếu. Vì phản ứng này xảy ra rất mãnh liệt. 4Zn + NO3- + 7OH8Al



+ 3NO3- + 11OH- 

4ZnO22- + NH3 + H2O 8AlO2-

+ 3NH3 + H2O

Khí NH3 tạo thành sẽ làm giấy tẩm chỉ thị phenolthalein chuyển sang màu hồng. Các ion có chứa nitơ như CN -, SCN-, [Fe(CN)6]3- cũng bị phân hủy thành NH3 trong điều kiện này. Vì vậy, cần loại trừ bằng Ag2SO4 được thêm vào dung dịch nghiên cứu đã được axit hóa bằng axit axetic. Lọc bỏ các kết tủa xianua, thioxianua và các muối bạc khác. Phần ion bạc dư được loại trừ bằng NaOH. Trong môi trường axit yếu với pH=3 (không có mặt NO2-), nitrat bị khử thành nitrit và được phát hiện bằng bất cứ phản ứng nào định tính NO2- . 1.2.2. Phản ứng với thuốc thử Diphenylamin Ion nitrat tạo sản phẩm màu xanh với diphenylamin trong môi trường axit H 2SO4. Sản phẩm tạo thành là do axit nitric oxi hóa diphenylamin. SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 11


Phương pháp chỉ được dùng để định tính nitrat khi không có mặt ion nitric vì nó cũng tạo ra phản ứng này. Ngoài ra phương này cũng chịu nhiều yếu tố cản trở. Diphenylamin dễ bị oxi hóa bởi các ion như MnO4-, Cr2O72- ,ClO3-, BrO3-, [Fe(CN)6]31.2.3. Phản ứng với sắt (II) sunfat Ion nitrat tạo phức màu vàng nâu với tinh thể nhỏ sắt(II) sunfat trong môi trường axit mạnh. Khi lấy 2 giọt dung dịch sắt(II) sunfat và một tinh thể nhỏ vào một ống nghiệm. Sau đó thêm vào 1 giọt H2SO4 đặc thì tại ranh giới giữa 2 chất lỏng xuất hiện màu vàng nâu. Thí nghiệm này dựa trên phản ứng của muối sắt (II) sunfat khử nitrat đến nito oxit, chất này tạo phức với với muối sắt tạo phức [Fe(NO)]SO4 làm dung dịch nhuốm màu nâu. Thí nghiệm cần tiến hành trong môi trường axit mạnh, có thể dùng tinh thể FeSO 4 hoặc dung dịch FeSO4 đặc. Các ion nitric cũng cho phản ứng tương tự như nitrat trong môi trường axit yếu như dung dịch axit axetic. Sản phẩm phức tạo thành rất không bền và dễ phân hủy khi đun nóng. Vì vậy cần tiến hành phản ứng khi nguội. Ngoài ra, các ion ClO-, I-, Br- và các anion khác cũng ngăn cản quá trình tiến hành của phản ứng. 1.3. Các phƣơng pháp định lƣợng nitrat Có thể nói từ khi con người nhận thấy tác hại của sự nhiễm độc nitrat đối với môi trường sống và sức khỏe, đã có vô số phương pháp xác định nitrat ra đời. Tùy từng đối tượng cụ thể và hàm lượng nitrat có trong đó mà ta sử dụng những phương pháp thích hợp. Ở nước ta, phương pháp trắc quang vẫn là phương pháp chủ lực và phổ biến. Bên cạnh đó, phương pháp điện hóa, sắc ký là những phương pháp được xem là mới mẻ trong lĩnh vực định lượng nitrat. 1.3.1. Phương pháp phân tích thể tích  Nguyên tắc


Trang 12


Người ta có thể xác định nitrat theo phương pháp này dựa trên phản ứng khử NO3- về các trạng thái oxi hoá thấp hơn bằng các chất khử thích hợp. Sau đó tiến hành phép chuẩn độ (có thể sử dụng chuẩn độ trực tiếp hay chuẩn độ ngược). Với phép chuẩn độ ngược thì một lượng chính xác dung dịch chuẩn Fe 2+ được cho dư so với lượng cần thiết vào dung dịch mẫu. Sau đó lượng dư Fe 2+ được chuẩn độ bằng dung dịch Cr2O72- với chất chỉ thị là ferroin. Các phản ứng xảy ra như sau: NO3- + 3Fe2+

+ 4H+  NO + 3Fe3+ + 2H2O

2Fe2+ + Cr2O72- + 14H+  6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O Phản ứng giữa Fe2+ và NO3- xảy ra nhanh hơn khi đung nóng dung dịch và có mặt của lượng dư axit H2SO4 65%.  Ưu điểm Đơn giản, dễ thực hiện. Cho phép xác định lượng NO3- với nồng độ cao.  Nhược điểm Do NO sinh ra phản ứng với oxi không khí tạo thành các chất có khả năng bị khử hay bị oxi hoá bởi Fe2+ nên trong quá trình phản ứng và chuẩn độ phải được tiến hành trong môi trường khí CO2. Độ chính xác không cao do sai số của chất chỉ thị. 1.3.2. Các phương pháp điện hóa 1.3.2.1. Phương pháp điện cực màng chọn lọc ion  Nguyên tắc Nồng độ nitrat tỉ lệ thuận với thế đo được được từ hệ gồm 2 điện cực là điện cực so sánh và điện cực màng chọn lọc ion. Các ion sẽ di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp. Bằng phương pháp này, ta có thể xác định được hàm lượng nitrat trong khoảng từ 10-1 – 10-5M.  Ưu điểm Phương pháp này đơn giản, nhanh chóng và ít tốn kém.  Nhược điểm Phương pháp có nhiều yếu tố cản trở.


Trang 13


Sự có mặt của ion Cl-, HCO3-, NO2-, CN-, S2-, Br-, I- sẽ gây ảnh hưởng đến thế điện cực. Ngoài ra thế điện cực chỉ phụ thuộc vào hoạt độ mà không phải nồng độ. Vì vậy ta cần chọn môi trường nền thích hợp để thu được kết quả chính xác nhất. 1.3.2.2. Phương pháp cực phổ 

Phương pháp sử dụng dòng xúc tác  Nguyên tắc Ion NO3- tạo thành một sóng đặc trưng trong nền zirconyl clorua ZrOCl2, sóng

này bị giảm khi cho thêm lượng dư FeSO4 vào do hiệu ứng xúc tác của ion Fe(II). Ghi dòng I1 trước và dòng I2 sau khi thêm FeSO4. Sự sai biệt ΔI giữa dòng I1 và I2 tỉ lệ với hàm lượng nitrat. Bằng cách xây dựng đồ thị chuẩn dựa vào giá trị ΔI ta có thể phân tích mẫu chứa hàm lượng Nitrat – Nitơ trong khoảng 0.1 – 25ppm. Độ tin cậy của phương pháp là 95%.  Ưu điểm Cho phép xác định NO3-ở hàm lượng nhỏ. Qui trình phân tích đơn giản, hóa chất rẻ tiền.  Nhược điểm Trong dung dịch nền ZrOCl2, Nitrit cho sóng cực phổ hoàn toàn giống Nitrat khi thêm FeSO4. Do đó nhất thiết phải loại trừ lượng NO2- ban đầu có trong mẫu phân tích. Tuy nhiên, một số trường hợp cho kết quả xác định cao bất thường, do ảnh hưởng của ion Fe(III) hiện diện trong dung dịch. 

Phương pháp cực phổ gián tiếp Đây là phương pháp dựa trên sự khử những hợp chất Nitro tạo thành từ phản

ứng Nitro hóa giữa NO3- và các chất có chứa vòng thơm. Phương pháp này được thực hiện tương tự như phương pháp trắc quang nghĩa là sau khi sản phẩm Nitro hóa tạo thành thay vì hiện màu để đo quang thì dùng phương pháp cực phổ để xác định. Ở đây, các thuốc thử hữu cơ thông dụng trong phương pháp trắc quang để xác định như acid sulfosalicilic, phenol, 2,6 – xylenol được sử dụng trong phép phân tích bằng cực phổ.  Nguyên tắc


Trang 14


Trong môi trường axit, nitrat tham gia phản ứng nitro hóa với các hợp chất có chứa vòng thơm. Sản phẩm của quá trình Nitro hóa sẽ bị khử trên điện cực giọt thủy ngân. Cường độ dòng giới hạn khuếch tán tỉ lệ với nồng độ của các Nitroaromatic, do đó cũng sẽ tăng theo hàm lượng của NOcó trong dung dịch. Phản ứng giữa ion NO3- với 2,6 – xylenol : HNO3 + H2SO4  NO2+ + HSO4- + H2O OH

OH

H3C

CH3

H3C +

NO2

CH3

-

NO 2

Phản ứng khử trên điện cực giọt thủy ngân OH H3C

OH CH3

H3C + 5H

NO2

+

CH3

+ 4e

+ H2O NH2OH

+

Tuy nhiên trong một số trường hợp không phải lúc nào ta cũng quan sát được 2 sóng khử một cách rõ rệt. Dạng sóng cực phổ thu được không những tùy thuộc vào thế điện cực, hợp chất thơm sử dụng mà còn tùy thuộc vào hàm lượng của chất điện hoạt hoặc độ tinh khiết trong dung dịch. Với thuốc thử acid sulfosalicilic dạng sóng thu được gồm 2 bước. Nhưng khi dùng thuốc thử 2,6 – xylenol trên cực phổ đồ chỉ có một sóng khử. Riêng đối với chất thơm tùy thuộc vào đối tượng phân tích mà ta quan sát được 2 hoặc 1 sóng  Ưu điểm Độ nhạy cao, cho phép xác định đến 10-6 M và khoảng tuyến tính rộng từ10-6 10-3 M. SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 15


Phép phân tích được thực hiện mà không cần quan tâm đến mẫu đục hoặc có màu. Đối với mẫu phân tích có chứa nhiều protein như các mẫu sinh học, phép phân tích cực phổ tỏ ra ưu điểm hơn hẳn các phương pháp trắc quang. Trong phương pháp quang phản ứng hiện màu xảy ra trong môi trường kiềm mạnh nên rất dễ tạo thành kết tủa hidroxit kim loại gây khó khăn cho việc phân tích. Trong phương pháp cực phổ chất điện ly nền là axit, là môi trường hòa tan tốt các ion kim loại ảnh hưởng nên nhược điểm của phương pháp trắc quang được khắc phục. Mặc dù một số yếu tố gây ảnh hưởng đến kết quả phân tích trong phép đo quang cũng có hiệu ứng tương tự trong phương pháp cực phổ nhưng biện pháp loại trừ chúng đơn giản và ít tốn kém hơn. Nitrit thường là ion gây nhiễu nhiều nhất trong phép phân tích trắc quang xác định nitrat, lại không gây ảnh hưởng trong phương pháp cực phổ này. Quy trình phân tích đơn giản dễ thực hiện.  Nhược điểm Oxi tạo sóng khử trong vùng thế khảo sát nhưng có thể loại trừ đơn giản bằng cách dùng khí trơ như N2 hoặc Ar để đuổi. Cũng như phương pháp quang, phương pháp cực phổ bị ảnh hưởng mạnh bởi ion Cl - do nitrat tham gia phản ứng oxi hóa khử với anion clorua tạo nitrosylclorua. 

Phương pháp cực phổ xung vi phân xác định đồng thời nitrat và nitrit  Nguyên tắc Trong dung dịch nền NH4Cl, cường độ dòng khử Yt(III) thành Yt(II) tỷ lệ với

hàm lượng nitrat có trong mẫu phân tích. Sóng khử của Yt(III) xuất hiện trong khoảng thế từ -1.6 đến -1.1V (so với SCE), với tốc độ quét thế là 2mV/s, thời gian giọt rơi là 1s. Thế của pic khi có mặt NO3- tại -1.43V (SCE). Phương pháp này cho phép xác định nitrat trong khoảng nồng độ từ 2.0*10-5M đến 1.6*10-4M.  Ưu điểm Phương pháp xác định được NO3- ở nồng độ 10ppb. Trong điều kiện thí nghiệm thích hợp ta có thể xác định đồng thời ion nitrat và nitrit khi chúng tồn tại trong dung dịch phân tích. Ion NO2- có tác dụng tăng dòng khử của


Trang 16


Yt(III) hoàn toàn giống như ion NO3- nhưng lại cho pic có thế từ -1.33V đến - 1.37V (SCE).  Nhược điểm Các ion F- , SO4

2-

,CO3

2-

thường làm thế của pic dịch chuyển về phía âm hơn

chủ yếu là do các ion này tạo phức tan với Yt(III). Sự có mặt của ion PO43- làm kết tủa Yterbium (III). Quy trình phân tích đơn giản, độ nhạy và độ chọn lọc cao nhưng hóa chất hiếm và đắt tiền, khó áp dụng trong thực tế. 

Phương pháp đường dòng thế  Nguyên tắc Trên điện cực carbon pyrolytic sự khử xúc tác điện hóa nitrat thành nitrit xảy ra

nhờ sự có mặt của lớp kim loại Cu – Cd trên bề mặt điện cực này tạo ra từ quá trình điện phân muối Cu2+ và Cd2+ . Dòng khử xuất hiện tại thế -1.0V (SCE) sẽ tỷ lệ với hàm lượng nitrat. Trong dung dịch nền 0.1M NaH2PO4, 10μM CdCl2 và 50μM CuCl2 đường chuẩn tuyến tính trong khoảng hàm lượng nitrat từ 62ppb – 62ppm. Với nồng độ lớn hơn, bằng cách thay đổi thành phần chất điện ly nền 0.1M HCl, 0.2mM CdCl2, 1.0mM CuCl2 khoảng tuyến tính sẽ được mở rộng đến 620ppm.  Ưu điểm Phương pháp này tương tự như phương pháp trắc quang sử sụng cột khử Cd có phủ đồng nhưng nhờ lớp Cd - Cu được điện phân ngay trên bề mặt điện cực mà hoạt tính khử nitrat đến khả năng tối ưu, kết quả phân tích có độ lặp lại cao. Khoảng tuyến tính rộng, giới hạn phát hiện thấp.  Nhược điểm Nitrit gây ảnh hưởng đến kết quả phân tích, ngoài ra nếu có mặt ion Fe3+ sẽ tạo kết tủa với NaH2PO4, kết tủa này có thể hấp phụ lên bề mặt điện cực gây sai số lớn. 1.3.3. Phương pháp sắc ký trao đổi ion  Nguyên tắc Cơ sở của IEC là sự cạnh tranh các nhóm tích điện trái dấu trên chất trao đổi giữa ion NO3- và ion NO2- chứa trong pha động gồm dung dịch mẫu phân tích, đệm Lithium borate gluconate và dung môi acetonnitrile tại pH = 6.5. Pha động sẽ tương tác với SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 17


pha tĩnh là cột sắc ký trao đổi ion Waters IC-PacTM Anion HC 150 x 4.6 mm column. Hệ thống sắc ký này làm việc với tốc độ dòng là 1ml/phút với detecto là máy đo quang UVVIS tại bước sóng 205nm. Dung tích mẫu là 40 µL. Dựa vào thời gian lưu của ion NO3- và ion NO2- trong dung dịch chuẩn ta có thể xác định được đỉnh Nitrate/Nitrite trong mẫu cần phân tích trong tập hợp các chất mà sắc ký trao đổi ion tách ở 2 pic tương ứng. Nồng độ 2 ion có thể được xác định các phương pháp tính toán định lượng phổ biến trong phương pháp sắc ký như sau: phương pháp chuẩn hóa diện tích, phương pháp tính theo hiệu số hiệu chỉnh, phương pháp lập đường chuẩn và phương pháp chuẩn nội.  Ưu điểm Hiệu quả, độ chọn lọc cao, ứng dụng rộng rãi. Thể tích mẫu nhỏ.  Nhược điểm Hệ thống máy móc đắt. Cần loại trừ màu của dung dịch phân tích. 1.3.4. Phương pháp trắc quang 1.3.4.1. Phương pháp trắc quang với thuốc thử hữu cơ  Nguyên tắc Thuốc thử axit phenol disulfonic Trong môi trường acid sulfuric đậm đặc, nitrat tham gia phản ứng với acid phenoldisulfonic tạo thành phức không màu nitrophenoldisulfonic. Ở môi trường bazơ mạnh phức này có màu vàng và được đo tại bằng máy đo quang tại bước sóng λ = 410nm. Cường độ màu tỉ lệ với nồng độ ion NO3- có trong mẫu phân tích. Phương trình phản ứng:


Trang 18

Khóa luận Tốt Nghiệp OH

OH SO3H

SO3H

O 2N + NO3

-

-

+ OH

SO3H

SO3H

axit phenoldisulfonic

OH O2 N

O SO3 H

-

ON

SO3

-

+ 3H2 O

+ 3OH SO3 H

-

SO3

-

Sản phẩm tạo thành có các nhóm ion ( SO3-) làm mạch cacbon phân cực mạnh. Vì vậy các electron hóa trị sẽ bị kích thích mạnh hơn nên chúng có khả năng hấp thụ các bước sóng cao hơn. Dung dịch có màu bền trong vòng 15-20 phút. Thuốc thử natri salixylat Trong môi trường acid sulfuric đậm đặc, nitrat tham gia phản ứng với natri salixylat tạo thành phức màu p-nitrosalixylat natri hoặc sản phẩm có thể là o-nitrosalixylat natri. Ở môi trường bazơ mạnh phức này có màu và được đo tại bằng máy đo quang tại bước sóng λ = 410nm. Cường độ màu tỉ lệ với nồng độ ion NO3- có trong mẫu phân tích. Phương trình phản ứng

Trong môi trường kiềm, phức chất phân ly thành ion gốc axit làm phân tử trở nên phân cực. Vì vậy, các electron hóa trị chuyển động hỗn loạn hơn nên phức chất có


Trang 19


cường độ màu tăng và hấp thụ ánh sáng ở bước sóng dài. Dung dịch phức bền màu trong trong vòng từ 10-15 phút.  Ưu điểm Cho phép xác định NO3- với hàm lượng lớn. Phương pháp đơn giản để thực hiện và rẻ tiền.  Nhược điểm Phép phân tích dùng thuốc thử hữu cơ bị hạn chế bởi nhược điểm chung thường gặp khi sử dụng phương pháp trắc quang: mẫu xác định nếu bị đục hoặc có màu sẽ gây ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Do đó cần xử lý mẫu thận trọng trước khi thực hiện phản ứng tạo màu. Ion Cl- gây cản trở nhiều nhất trong quá trình xác định nitrat. Trong môi trường axit mạnh, ion clo tác dụng với ion NO3- tạo hợp chất nitrosylclorua gây mất nitrat có trong mẫu. Cl- + NO3- + 4H+  Cl2 + NOCl + H2O Ảnh hưởng của Cl- có thể được loại trừ bằng cách thêm một lượng tương đương Ag2SO4. Ngoài ra còn phải kể đến nitrit là ion gây cản trở thường gặp nhất trong các phương pháp định lượng nitrat. Ion này cần được loại trừ bằng axit Sunfamin, urê, hay thiurê. Việc chuẩn bị thuốc thử cũng có ảnh hưởng đến kết quả phân tích vì phenoldisulfonic có thể có màu hoặc không màu tùy thuộc vào phenol và quá trình điều chế. Trong quá trình điều chế thuốc thử nếu có sự tạo thành axit phenolmonosulfonic thì sẽ làm giảm kết quả xác định. Phức chất tạo thành bền trong môi trường kiềm. Vì vậy dung dịch dễ bị vẩn đục làm ảnh hưởng đến kết quả đo quang do các ion kim loại bị thủy phân. Trước khi tạo phức, cần tiến hành che các ion kim loại bằng dung dịch EDTA.


Trang 20


1.4. Cột khử Cd-Cu trong phân tích nitrat Năm 1960 Potzl và Reiter sử dụng thành công cadmium trong việc khử nitrat về nitrit khi phân tích nitrat trong nước biển. Năm 1963 Morris và Riley sử dụng cột chứa cadmium ở dạng hỗn hống cho phản ứng khử. Hiệu suất đạt 91 ± 1%. Kỹ thuật này ít chịu ảnh hưởng của muối và các ion khác trong thành phần của nước biển. Hiệu năng cột khử giảm dần do việc hình thành Cd(OH)2 (có thể có CdCO3). Năm 1964 Grasshoff phát triển tiếp phương pháp của Morris và Riley bằng cách tăng chiều dài cột và sử dụng thêm NH4Cl để tạo phức với Cd2+ để kéo dài thời gian sống của cột khử.

Hình 1. Mô hình cột khử Morris và Riley sử dụng để phân tích nitrat trong nước biển

Năm 1965 Stricland và Parsons tiến hành thay thế NH4Cl bằng EDTA đồng thời hạt cadmium được xử lý trước khi tạo hỗn hống. Ngày nay phương pháp này tuy có những biến đổi nhất định nhưng vẫn dựa trên những nền tảng ban đầu. SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 21


1.4.1. Nguyên lý hoạt động Nitrate (NO3-) bị khử gần như định lượng về nitrite (NO2-) bằng kim loại cadmium (Cd). Phương pháp này sử dụng Cd dạng viên xử lý với đồng sulfate (CuSO4) và nạp vào trong một cột thủy tinh. Các quá trình diễn ra trong cột khử như sau:  Quá trình khử NO3 NO3  H 2O  2e  NO2  2OH  ( E 0 NO  / NO  = 0.010V). 3

2

 Quá trình oxi hóa Cd theo phương trình sau: Cd + 1/2O2 + H2O  Cd(OH)2 Kết tủa Cd(OH)2 và CdO bám vào cột khử, làm giảm hiệu suất khử nên được hòa tan bằng cách tạo phức với EDTA trong dung dịch rửa cột sau mỗi lần thí nghiệm. Cd(OH)2 + H2Y2-  CdY2- + 2H2O Như vậy quá trình qua cột diễn ra một phản ứng tổng quát như sau: NO3- + Cd + Y4- + H2O  NO2- + CdY2- + 2OHĐịnh lượng tổng ion NO2- sau cột khử bằng phương pháp trắc quang tại bước sóng λ = 520nm qua phẩm màu azo do phản ứng diazonium hóa giữa ion nitrit với sulfanilamide và α-naphthylamine hydrochloride. -

Bước 1: Sực tạo thành muối diazonium từ phản ứng giữa NO2  và muối của

amin thơm bậc nhất:

HO 3S

NH2

+

NaNO2

HCl

HO 3S

N

N + NaCl +H2O

- Bước 2: Sự ghép cặp của muối diazonium là tác nhân thân điện tử với hợp chất thơm có tính thân hạch tương đối cao như amin, phenol để tạo thành hợp chất azo có màu:


Trang 22

Khóa luận Tốt Nghiệp NH2 H 2N HO 3S

SO3H

N N

N N +

Quá trình phản ứng với thuốc thử diễn ra trong môi trường acid mạnh pH = 22.5 (có thể điều chỉnh dung dịch về pH này nhờ việc cho thêm các acid mạnh như HCl hoặc H2SO4). Nồng độ nitrat bằng nồng độ tổng nitrite trừ đi nồng độ nitrite trong mẫu khi không dùng cột khử. Hiệu suất cột khử được xác định theo công thức như sau: H

, nNO  nNO  2

2

nNO

.100%

3

nNO  : Số mol NO2 trong dung dịch đi ra cột khử. 2

n

, NO2

: Số mol NO2- trong dung dịch đi vào cột khử.

nNO  : Số mol NO3 trong dung dịch đi vào cột khử. 3

H

: Hiệu suất cột khử cadimi.

1.4.2. Ưu điểm Phương pháp này có thể áp dụng cho những mẫu có nồng độ nitrate từ 0.01 đến 1.0 mg NO3-/L và đặc biệt hữu ích đối với những mẫu có nồng độ nitrate < 0.1 mg/L do các phương pháp xác định nitrate khác không có độ nhạy phù hợp. Ít các yếu tố ảnh hưởng. 1.4.3. Nhược điểm Sự khử định lượng nitrat thành nitrit bằng cột Cd có phủ đồng giảm dần theo thời gian sử dụng cột. Do đó cần thiết phải tiến hành phục hồi cột một cách định kỳ. Các hợp chất lơ lửng có thể làm nghẹt cột. Khi nồng độ vượt vài mg/L, các ion kim loại Sb3+, Au3+, Bi3+, Fe3+, Pb2+, Hg2+, Ag+, chloroplatinate (PtCl62-), and metavanadate (VO32- ) làm giảm hiệu suất khử nitrate trên cột. Ion Cu2+ có thể gây sai số âm do xúc tác phân hủy muối diazonium. Khắc phục cản nhiễu này bằng cách thêm EDTA vào mẫu. SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 23


Dầu mỡ nếu hiện diện trong mẫu sẽ che phủ bề mặt Cd, nên chiết loại dầu mỡ bằng hexane hay hexane : methyl-tert-butyl ether 80 : 20. Dư lượng chlorine (Cl2) có tác dụng oxyhóa là giảm hiệu năng của cột khử Cd. Thêm thiosulfate để loại dư lượng chlorine dư.


Trang 24


CHƢƠNG II:

THỰC NGHIỆM

2.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 2.1.1. Hóa chất  Hạt Cd  Tinh thể CuSO4.5H2O

 Tinh

thể

EDTA

(đinatri

etylendiamintetraaxitcacbonxylic)

 Tinh thể NaNO3

 Tinh thể axit sulfanilic

 Tinh thể NaNO2

 Tinh thể α-Naphtylamin

 Tinh thể KMnO4

 Dung dịch CHCl3

 Tinh thể H2C2O4

 Dung dịch NH4OH

 Tinh thể NH4Cl

 Dung dịch H2SO4 đậm đặc

 Dung dịch HCl đậm đặc

 Bông thủy tinh

 Dung dịch CH3COOH đậm đặc 2.1.2. Dụng cụ  Buret  Bình tam giác có nút nhám  Pipet các loại 2ml, 5ml, 10ml, 20ml  Ống đong 100ml  Cốc có mỏ các loại 50ml, 100ml, 400ml  Phễu chiết 250ml (1 cái)  Bình định mức các loại 50ml, 100ml, 500ml, 1000ml 2.1.3. Thiết bị  Máy đo quang UV-VIS

 Máy đo pH

 Máy khuấy từ

 Bếp điện


Trang 25


2.2. Pha chế dung dịch 2.2.1. Dung dịch H2C2O4 0.05N Hòa tan 0.056g H2C2O4 vào bình định mức 250ml bằng nước cất. Pha loãng và định mức đến vạch. 2.2.2. Dung dịch KMnO4 0.05N Hòa tan 1.583g KMnO4 vào nước và pha loãng thành 1 lít. KMnO4 không phải là dung dịch chuẩn gốc vì nó dễ bị phân hủy bởi ánh sáng thành MnO2. Cần chuẩn độ lại dung dịch này bằng dung dịch H2C2O4 0.05N. Chuẩn hóa dung dịch KMnO4 - Hút 10ml dung dịch KMnO4 vào bình tam giác. Thêm vào bình 2ml H2SO4 đậm đặc. - Đun bình trên bếp điện 700-800C. - Chuẩn độ bằng dung dịch H2C2O4 0.05N đến khi dung dịch có màu hồng nhạt bền trong 30 giây. 2.2.3. Dung dịch chuẩn gốc NaNO3 0.1mg/ml Hòa tan 0.847g NaNO3 trong nước cất và pha loãng, định mức đến vạch trong bình định mức 1 lít. Dung dịch này được bảo quản bằng 1ml dung dịch CHCl3. Dung dịch chuẩn làm việc được pha loãng từ dung dịch chuẩn gốc. 2.2.4. Dung dịch chuẩn gốc NaNO2 0.1mg/ml Hòa tan 0.162g NaNO2 trong nước cất và pha loãng, định mức đến vạch trong bình định mức 1 lít. Dung dịch này được bảo quản bằng 1ml dung dịch CHCl3. Vì NaNO2 dễ bị oxi hóa trong không khí nên cần bảo quản trong chai tối và chuẩn độ lại bằng dung dịch KMnO4 trong môi trường axit trước khi sử dụng. Chuẩn độ dung dịch NaNO2 - Hút theo thứ tự 50ml dung dịch chuẩn KMnO4 0.0515N, 5mL dung dịch H2SO4 đậm đặc, và 50ml dung dịch NaNO2 vào bình tam giác - Lắc nhẹ và đun nóng dung dịch đến 70-800C trên bếp điện. Loại màu permanganate dư bằng cách thêm làm nhiều lần mỗi lần 10 ml dung dịch chuẩn H2C2O4 0.025N cho đến khi màu permanganate vừa biến mất.


Trang 26


- Chuẩn độ lượng dư H2C2O4 bằng KMnO4 0.0495N đến khi dung dịch vừa có màu hồng nhạt. - Thực hiện chuẩn độ mẫu trắng là dung dịch nước cất theo một quy trình tương tự như với mẫu thật.  Phương trình chuẩn độ 5NO2- + 2KMnO4 + 6H+  5NO3- + K+ + 2Mn2+ + 3H2O 2KMnO4 + 6H+ + 5H2C2O42-  2K+ + 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O Dung dịch chuẩn làm việc NaNO2 được pha loãng từ dung dịch chuẩn gốc NaNO2. 2.2.5. Dung dịch NH4Cl-EDTA Hòa tan 13.108g NH4Cl và 1.713g EDTA trong 900ml nước cất. Điều chỉnh pH đến 8.5 bằng NH4OH đậm đặc hoặc HCl và pha loãng đến 1 lít. 2.2.6. Dung dịch CuSO4 0.1% Hòa tan 5g CuSO4.5H2O trong 500ml nước cất. Pha loãng đến vạch trong bình định mức 1 lít. 2.2.7. Dung dịch CH3COOH 10% Hút 10ml dung dịch CH3COOH đậm đặc và pha loãng đến vạch trong bình định mức 100ml bằng nước cất. 2.2.8. Dung dịch CH3COOH 5N Hút 30ml dung dịch CH3COOH đậm đặc và pha loãng đến vạch trong bình định mức 100ml bằng nước cất. 2.2.9. Dung dịch Griess A Cân 0.514g axit sunfanilic cho vào cốc thủy tinh. Thêm CH3COOH 10% cho đủ 150ml. Khuấy đều và đun nhỏ lửa cho tan. 2.2.10.Dung dịch Griess B Cân 0.107g α-Naphtylamin cho vào cốc thủy tinh. Thêm vào 20 ml nước cất, khuấy đều và đun cách thủy 15 phút cho tan hết. Thêm CH3COOH 10% cho đủ 150 ml và lắc đều. Đựng dung dịch trong chai tối và bảo quản trong tủ lạnh. SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 27


2.2.11.Dung dịch đệm NH4OH/NH4Cl Hòa tan 23.823g NH4Cl vào 100ml nước cất. Thêm 39.8ml dung dịch NH4OH đậm đặc. Pha loãng đến 250ml dung dịch. 2.2.12. Dung dịch ZnSO4 2M Hòa tan trong nước 53,5g ZnSO4.7H2O và pha loãng thành 100ml. 2.2.13.Dung dịch [K4Fe(CN)6] 0.4M Hòa tan trong nước 17,2g K4Fe(CN)6.3H2O và pha loãng thành 100ml. 2.3. Quy trình xử lý hạt Cd-Cu - Rửa 100g hạt Cd dung dịch HCl 6N. - Rửa lại với nước cất để loại bỏ ion Cl-. - Đổ hạt vào cốc 250ml có chứa dung dịch CuSO4 1% và EDTA 0.1% theo tỉ lệ 1:4 về thể tích. - Đưa cốc lên máy khuấy từ và khuấy đến khi dung dịch mất màu xanh thì dừng lại. Thay bằng dung dịch mới và cũng khuấy bằng dung dịch trên. - Rửa các hạt Cd bằng dung dịch đệm amoni và EDTA để loại bỏ các kết tủa keo màu đỏ. - Hạt Cd-Cu tạo thành có màu đen và được bảo quản trong dung dịch đệm amoni. 2.4. Quy trình nhồi cột khử Cd-Cu - Tráng cột thủy tinh bằng dung dịch KMnO4 rồi rửa lại 2 lần bằng nước cất. - Lắp bông thủy tinh dưới đáy cột buret. - Đổ đầy dung dịch đệm NH4Cl/NH4OH + EDTA vào cột. - Chuyển các hạt Cd-Cu vào cột thật nhanh và chúng luôn ngập dưới lớp nước. Trong quá trình sử dụng cũng như bảo quản cột tuyệt đối không để cột khô. Quá trình tiếp xúc với không khí sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất khử của cột do lớp oxit CdO được hình thành. Khi cột bị khô cần tháo cột ra để xử lý lại hạt Cd và nhồi lại cột. 2.5. Quy trình thực nghiệm nghiên cứu điều kiện tối ƣu xác định nitrit 2.5.1. Khảo sát thể tích thuốc thử tối ưu Chúng tôi đã khảo sát thể tích thuốc thử để phân tích mẫu tối ưu với quy trình như sau: - Cho vào 6 bình định mức 50 ml lần lượt 1ml dung dịch NaNO3 5ppm. SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 28


- Mỗi bình lần lượt 0.5ml, 1ml, 1.5ml, 2ml, 2.5ml, 3ml hỗn hợp thuốc thử và 25ml dung dịch NH4Cl + EDTA. - Định mức đến vạch bằng nước cất. - Đo quang tại bước sóng 450 nm. Từ kết quả thu được, chúng tôi lựa chọn thể tích thuốc thử tối ưu nhất. 2.5.2. Khảo sát độ bền màu của phức chất theo thời gian Chúng tôi đã khảo sát thời gian tạo phức chất tối ưu theo quy trình như sau: - Cho vào bình định mức 50ml lần lượt 1ml dung dịch NaNO3 5ppm, thể tích tối ưu đã được khảo sát tại mục 2.5.1. của hỗn hợp thuốc thử, 25ml dung dịch NH4Cl + EDTA. - Định mức đến vạch bằng nước cất. - Đo quang tại bước sóng 450 nm sau những khoảng thời gian 5 phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút, 30 phút. Từ kết quả thu được, chúng tôi lựa chọn thời gian tạo phức tối ưu nhất. 2.6. Xây dựng đƣờng chuẩn nitrit Quy trình xây dựng đường chuẩn theo các bước như sau với các điều kiện tối ưu đã được khảo sát tại mục 2.5. - Cho vào 5 bình định mức 50ml lần lượt 1ml, 1.5ml, 2ml, 2.5ml, 3ml, dung dịch NaNO3 5ppm. - Thêm vào mỗi bình lượng thuốc thử tối ưu của hỗn hợp thuốc thử tối ưu đã khảo sát, 25ml dung dịch NH4Cl +EDTA. - Định mức đến vạch bằng nước cất. - Tiến hành đo quang tại  =450 nm sau khoảng thời gian topt. 2.7. Quy trình khảo sát điều kiện tối ƣu để chế tạo cột khử Cd-Cu 2.7.1. Khảo sát hoạt tính của hạt Cd qua các lần xử lý Hoạt tính của hạt Cd có vai trò quyết định hiệu suất khử nitrat của cột. Việc xử lý hạt Cd là giai đoạn quan trọng chuẩn bị cho cột khử Cd-Cu. Chúng tôi tiến hành khảo sát hoạt tính của hạt Cd qua các lần xử lý như sau: -

Hạt Cd xử lý với axit HCl 6N

-

Hạt Cd được phủ lớp kim loại Cu mỏng


Trang 29


-

Hạt Cd được phủ lớp kim loại Cu dày

Hạt Cd sau khi xử lý được nhồi vào cột buret dài 15cm. 5ml dung dịch nitrat làm việc 10ppm được dội qua cột khử và rửa giải bằng dung dịch NH4Cl-EDTA trong vòng 10 phút. Lấy 25ml dung dịch sau khi ra khỏi cột cho vào bình định mức 50ml, thêm lượng hỗn hợp thuốc thử tối ưu và đo quang tại bước sóng 450 nm sau khoảng thời gian topt đã được khảo sát. Tính toán hiệu suất khử của mỗi trường hợp và lựa chọn cách xử lý hạt Cd tối ưu nhất. 2.7.2. Khảo sát chiều dài cột khử tối ưu Chúng tôi tiến hành khảo sát chiều dài cột khử tối ưu theo quy trình như sau: - Hạt Cd được xử lý tối ưu được nhồi vào cột khử với chiều dài tăng dần 10cm, 20cm, 30cm, 40cm. - Cho 5ml dung dịch NaNO3 10ppm đi qua cột. -

Rửa cột bằng dung dịch NH4Cl +EDTA trong vòng từ 10 phút.

- Lấy 25ml dung dịch sau khi ra khỏi cột cho vào bình định mức 50ml, thêm lượng hỗn hợp thuốc thử tối ưu và đo quang tại λ max sau khoảng thời gian topt đã được khảo sát. Tính toán hiệu suất khử cho mỗi trường hợp và lựa chọn chiều dài cột khử tối ưu nhất. 2.7.3. Khảo sát thành phần dung dịch đệm Chúng tôi tiến hành khảo sát thành phần dung dịch rửa cột tối ưu theo quy trình như sau: - Hạt Cd được xử lý tối ưu được nhồi vào cột khử với chiều dài tối ưu đã khảo sát. - Cho 5 ml dung dịch NaNO3 10ppm đi qua cột. - Rửa cột lần lượt bằng dung dịch khảo sát sau: nước cất, NH4OH+NH4Cl, NH4Cl +EDTA trong vòng từ 10 phút. - Lấy 25ml dung dịch sau khi ra khỏi cột cho vào bình định mức 50ml, thêm lượng hỗn hợp thuốc thử tối ưu và đo quang tại λ max sau khoảng thời gian topt đã được khảo sát. Tính toán hiệu suất khử cho mỗi trường hợp và lựa chọn pH tối ưu nhất cho dung dịch đệm. 2.7.4. Khảo sát pH của dung dịch đệm SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 30


Chúng tôi tiến hành khảo sát giá trị pH tối ưu cho dung dịch đệm theo quy trình như sau: - Hạt Cd được xử lý tối ưu được nhồi vào cột khử với chiều dài tối ưu đã khảo sát. - Cho 5ml dung dịch NaNO3 10ppm với các giá trị pH như sau 4,5,6,7,8,9. - Rửa cột lần lượt bằng dung dịch tối ưu đã khảo sát trong vòng 10 phút. - Lấy 25ml dung dịch sau khi ra khỏi cột cho vào bình định mức 50ml, thêm lượng hỗn hợp thuốc thử tối ưu và đo quang tại λ max sau khoảng thời gian topt đã được khảo sát. Tính toán hiệu suất khử cho mỗi trường hợp và lựa chọn chiều dài cột khử tối ưu nhất. 2.8. Quy trình đánh giá hiệu suất thu hồi Dựa trên các điều kiện tối ưu đã khảo sát, tiến hành đánh giá hiệu suất thu hồi bằng 5 thí nghiệm tại 2 nồng độ 0.4ppm và 0.8ppm. Quy trình được tiến hành với các điều kiện tối ưu đã được khảo sát. Chúng tôi tiến hành thí nghiệm song song 2 mẫu sữa giống nhau, trong đó có một mẫu được thêm một lượng nitrat nhất định. Hiệu suất thu hồi của phương pháp được xác định theo công thức sau: H



x y .100% z

x : Lượng nitrit của mẫu sữa được thêm vào một lượng nitrat nhất định sau khi qua cột khử Cd.



y : Lượng nitrit của mẫu sữa sau khi qua cột khử Cd.



z : lượng nitrit cho vào mẫu sữa.

Từ đó tính hiệu suất thu hồi của phương pháp. 2.9. Quy trình đánh giá sai số thống kê của phƣơng pháp Thực tế trong quá trình phân tích, ta luôn mắc phải các sai số trong quá trình cân, đo thể tích… cũng như trong các giai đoạn phân tích. Điều đó sẽ quyết định độ chính xác của phép phân tích. Thông thường, khi tiến hành thí nghiệm chúng ta thường tiến hành một số thí nghiệm độc lập trong cùng điều kiện giống nhau, và từ các kết quả riêng lẻ thu được, ta tiến hành xử


Trang 31


lý thống kê để đánh giá độ chính xác của phép đo. Các đại lượng đặc trưng thống kê quan trọng nhất là các giá trị trung bình cộng và phương sai. Để đánh giá sai số thống kê, chúng tôi sử dụng các kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi của phương pháp để đánh giá một số đại lượng đặc trưng của phép đo: giá trị trung bình, phương sai, hệ số biến động và biên giới tin cậy 2.10. Quy trình xác định hàm lƣợng nitrat trong một số mẫu sữa tƣơi trên địa bàn thành phố Đà Nẵng Chúng tôi tiến hành phân tích hàm lượng nitrat trong một số loại sữa tươi trên địa bàn thành phố Đà Nẵng như: -

Sữa tươi Cô Gái Hà Lan

-

Sữa tươi Vinamilk

-

Sữa tươi Vixumilk

-

Sữa tươi TH True Milk

-

Sữa tươi Vfresh

-

Ovaltine

-

Milo

 Quy trình phân tích mẫu sữa -

Hút chính xác 10ml mẫu sữa đã được đồng nhất cho vào bình tam giác 250ml.

- Thêm 24ml dung dịch ZnSO4 2M + 24 ml dung dịch kali hexanxianuaferat 0.4 + 40ml dung dịch đệm amoni. -

Để yên trong vòng 20 phút và lọc lấy dịch trong suốt.

-

Hút lấy 10ml dịch lọc qua cột khử Cd.

-

Dung dịch sau khi rửa giải được thêm thể tích hồn hợp thuốc thử thích hợp và đo quang tại λmax sau khoảng thời gian topt đã được khảo sát.

-

Phân tích hàm lượng nitrit của mẫu sữa trước và sau khi qua cột khử Cd. Từ đó xác định hàm lượng nitrat trong sữa bằng công thức sau: X

a b V

Trong đó:  SVTH: Trần Lê Vân Thanh

a : hàm lượng nitrit của mẫu trước khi qua cột khử. Trang 32




b : hàm lượng nitrit của mẫu sau khi qua cột khử.



V: thể tích mẫu sữa lấy phân tích.


Trang 33


CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả khảo sát điều kiện phân tích tối ƣu nitrit 3.1.1. Khảo sát thể tích hỗn hợp thuốc thử tối ưu Hàm lượng thuốc thử cần dùng trong các phương pháp trắc quang cần phải đủ dư từ 30-50% và lượng dư thừa này không ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Hàm lượng thuốc thử dư sẽ làm giảm đi sự phân ly của phức chất theo thời gian. Ngoài ra, việc khảo sát thể tích hỗn hợp thuốc thử còn tiết kiệm được hóa chất phân tích. Tiến hành khảo sát lượng thuốc thử tối ưu theo mục 2.5.1., chúng tôi thu được kết quả thể hiện trong bảng 3.1. và hình 3.1.. Bảng 3. 1. Sự phụ thuộc mật độ quang vào thể tích thuốc thử

V (ml)

1

2

3

4

5

6

7

D

0.0002

0.0044

0.0201

0.0198

0.0199

0.0197

0.0195

Mật độ quang

0.0250 0.0200 0.0150 0.0100 0.0050 0.0000 0

1

2

3

4

5

6

7

8

Thể tích (ml)

Hình 3. 1. Sự phụ thuộc mật độ quang vào thể tích thuốc thử

Từ đồ thị, chúng tôi chọn 3ml thể tích hỗn hợp thuốc thử cho các thí nghiệm về sau. 3.1.2. Khảo sát độ ổn định màu của phức theo thời gian Phức chất tạo thành cần có thời gian tạo phức tối ưu để thu được cường độ màu cao nhất. Quá trình khảo sát không những giúp người phân tích thu được kết quả chính xác mà còn tiết kiện được thời gian phân tích. SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 34


Tiến hành khảo sát độ bền màu của phức chất theo thời gian theo mục 2.5.2, chúng tôi thu được kết quả thể hiện trong bảng 3.2. và hình 3.2.. Bảng 3. 2. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức chất vào thời gian

T(phút)

0

10

15

20

25

30

D

0.0002

0.0054

0.0198

0.0197

0.0198

0.0198

Mật độ quang

0.0250 0.0200 0.0150 0.0100 0.0050 0.0000 0

5

10

15

20

25

30

Thời gian ( phút)

Hình 3. 2. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức chất vào thời gian

Độ bền của phức đạt cực đạt sau 10 phút và trở nên ổn định. Chúng tôi tiến hành đo quang sau 10 phút cho các thí nghiệm về sau. 3.2. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn nitrit Chúng tôi tiến hành lập đường chuẩn nitrit trên các điều kiện tối ưu đã khảo sát và thu được kết quả thể hiện trong bảng 3.3. và hình 3.3., hình 3.4.. Bảng 3. 3. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức chất vào thời gian

C(ppm)

0.02

0.04

0.08

0.16

0.32

D

0.0083

0.0512

0.0846

0.1970

0.3575


Trang 35


Mật độ quang

Hình 3. 3. Dãy đường chuẩn nitrit với hỗn hợp thuốc thử Griess A và Griess B 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0.00

y = 1.1471x - 0.0025 R2 = 0.9932

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

Nồng độ NO2- (ppm)

Hình 3. 4. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức chất vào nồng độ

Phương trình đường chuẩn có dạng y = 1.1471x – 0.0025 (R2 = 0.9932) 3.3. Kết quả khảo sát các điều kiện tối ƣu để chế tạo cột khử Cd 3.3.1. Kết quả khảo sát hoạt tính hạt Cd qua các lần xử lý Hoạt tính của hạt Cd có vai trò quyết định hiệu suất khử nitrat của cột. Việc xử lý hạt Cd là giai đoạn quan trọng chuẩn bị cho cột khử Cd-Cu. Hạt Cd luôn có lớp CdO bao phủ nên chúng tôi tiến hành rửa hạt Cd bằng dung dịch HCl 6N. Hạt sau khi rửa có màu trắng sáng.


Trang 36


Hình 3. 5. Hạt Cd trước và sau khi rửa bằng dung dịch HCl 6N

Hạt Cd sau khi xử lý sơ bộ bề mặt thì được tiếp tục theo quy trình tại mục 3.3. Hạt Cd ban đầu được xử lý với dung dịch CuSO4 và dung dịch EDTA 0.1%. Sự có mặt của EDTA giúp tăng khả năng kiểm soát tốc độ phản ứng nhờ việc Cu2+ tạo phức với EDTA tại pH=6.8. Nếu ban đầu, hạt Cd cho vào dung dịch chỉ chứa CuSO 4 thì phản ứng xảy ra rất mãnh liệt và làm hao hụt lượng Cd một cách đáng kể. Tốc độ phản ứng giảm cũng giúp cho Cu được phủ đều trên bề mặt hạt Cd. Cds

+

Cu2+



Cd2+

+

Cus

Hình 3. 6. Hạt Cd được trộn đều trong dung dịch CuSO4 bằng máy khuấy từ

Hạt Cu được tạo thành bám vào hạt Cd có màu đỏ. Một lát sau, nó chuyển sang màu đen do Cu tác dụng với O2 trong nước tạo thành CuO. Các hạt CuO bám vào Cd làm giảm đáng kể hiệu xuất cột khử cũng như các kết tủa Cd(OH)2 được tạo thành nên cần rửa


Trang 37


sạch hạt Cd bằng dung dịch đệm amoni và EDTA tại pH = 8.5. CuO sẽ tạo phức với NH4OH và đi ra khỏi cột. Cu

+

1/2O2

CuO

+

NH4+

 CuO 

[Cu(NH3)4]2+

Hạt Cd sau khi xử lí xong có màu sáng và được bảo quản trong dung dịch đệm amoni.

Hình 3. 7. Hạt Cd được bảo quản trong dung dịch đệm amoni

Tiến hành khảo sát hoạt tính hạt Cd theo quy trình 2.7.1, chúng tôi thu được các kết quả thể hiện trong bảng 3.4. và hình 3.8. Bảng 3. 4. Hiệu suất khử thay đổi theo hạt Cd qua các lần xử lý khác nhau

Nồng độ NO3(ppm) Hạt Cd xử lý với dung dịch HCl 6N

Hạt Cd – Cu


Mật độ quang

Hiệu suất khử (%)

0.04

0.0178

59.63

0.08

0.0391

61.10

0.12

0.0657

66.78

0.04

0.0248

80.19

Trang 38


mỏng

Hạt Cd – Cu dày

0.08

0.0543

83.42

0.12

0.0786

79.41

0.04

0.0261

84.01

0.08

0.0562

86.21

0.12

0.0874

88.03

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

0.04 ppm 0.08 ppm 0.12 ppm

Hạt Cd xử lý bằng HCl

Hạt Cd-Cu mỏng

Hạt Cd-Cu dày

Hình 3. 8. Biểu đồ hiệu suất khử thay đổi theo hạt Cd qua các lần xử lý khác nhau.

Hạt Cd sau khi rửa bằng dung dịch HCl 6N được loại bỏ lớp CdO. Dung dịch nitrat bị khử về nitrit. Tuy nhiên, hiệu suất khử lại không cao do hạt Cd có hoạt tính mạnh nên nitrat có thể bị khử xuống tận NH4+, N2. Cd - 2e



NO3- + 2H2O

Cd2+

( E0 = -0.402V)

 NO2-

+

2OH-

( E0 = +0.01V)

Khi hạt Cd được phủ lớp kim loại Cu thì hiệu suất cột khử tăng đáng kể. Kim loại Cu có vai trò xúc tác chuyển các electron từ Cd sang ion nitrat. Vì vậy, hạt Cd được phủ lớp kim loại Cu dày được chọn để nhồi cột khử. 3.3.2. Kết quả khảo sát chiều dài cột khử tối ưu SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 39


Chiều dài cột khử là một trong những yếu tố quan trong ảnh hưởng đến hiệu suất khử. Cột khử là một hệ dị thể của một thể rắn và một thể khí trong phản ứng oxi hóa khử nên chịu tác động của thời gian tiếp xúc giữa dung dịch và hạt Cd-Cu. Thời gian cột khử quá thấp thì nitrat không thể bị khử hết thành nitrit. Và ngược lại, thời gian khử quá dài thì nitrat tạo thành có thể bị khử thành các sản phẩm khác như NH4+, N2. Chúng tôi đã tiến hành khảo sát thời gian cột khử tối ưu theo quy trình tại mục 2.7.2 và thu được kết quả như sau. Bảng 3. 5. Hiệu suất khử thay đổi theo chiều dài cột khử

Chiều dài cột

Nồng độ NO3-

khử

(ppm)

10 cm

20 cm

30 cm

40 cm


Mật độ quang


0.04

0.0184

61.39

0.08

0.0362

56.84

0.12

0.0518

53.17

0.04

0.0225

73.44

0.08

0.0487

75.20

0.12

0.0786

79.41

0.04

0.0254

81.96

0.08

0.0550

84.45

0.12

0.0851

85.77

0.04

0.0276

88.42

0.08

0.564

86.51

0.12

0.0882

88.81

Trang 40


100 90 80 70 60

0.04 ppm

50

0.08 ppm

40

0.12 ppm

30 20 10 0 10 cm

20 cm

30 cm

40 cm

Hình 3. 9. Biểu đồ hiệu suất khử thay đổi theo chiều dài cột

Nhìn chung hiệu suất khử tăng khi chiều dài cột khử tăng. Khi chiều dài cột khử thấp khoảng 10cm thì lượng hạt Cd không đủ để khử lượng NO 3- nên hiệu suất khử giảm dần khi nồng độ NO3- tăng. Chiều dài cột khử về sau tăng cùng với nồng độ NO 3- . Trong trường hợp này thì khi nồng độ chất phản ứng và hiệu suất phản ứng cùng tăng. Tuy nhiên khi chiều dài tăng thì thời gian phân tích và dung môi rửa cột cũng tăng lên. Chúng tôi quyết định chọn 40 cm là chiều dài tối ưu cho các thí nghiệm về sau. 3.3.3. Kết quả khảo sát thành phần dung dịch đệm Sau mỗi lần phân tích cũng như bảo quản cột, cột được làm sạch để lấy toàn bộ nitrit còn lại trong mẫu bằng dung dịch thích hợp. Việc lựa chọn thành phần dung dịch thích hợp không chỉ góp phần đáng kể vào hiệu xuất khử cột mà còn bảo quản cột khử không bị hỏng. Chúng tôi tiến hành khảo sát thành phần dung dịch rửa cột tối ưu theo quy trình 2.7.3. và thu được kết quả như sau:


Trang 41

Khóa luận Tốt Nghiệp Bảng 3. 6. Hiệu suất khử thay đổi theo thành phần dung dịch đệm

Thành phần

Nồng độ NO3-

dung dịch đệm

(ppm)

Mật độ quang


0.04

0.0095

35.25

0.08

0.0231

37.60

0.12

0.0412

42.79

0.04

0.0231

75.20

0.08

0.0465

71.97

0.12

0.0786

79.41

NH4OH +

0.04

0.0274

87.83

NH4Cl

0.08

0.0578

88.56

(pH = 8.5)

0.12

0.0914

91.94

NH4OH +

0.04

0.0276

88.42

NH4Cl + EDTA

0.08

0.0584

89.45

(pH = 8.5)

0.12

0.0907

91.26

Nước cất

NH4Cl 0.015 M


Trang 42


100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

0.04 ppm 0.08 ppm 0.12 ppm

Nƣớc cất

NH4Cl 0.015M

Đệm amoni Đệm amoni + (pH = 8.5) EDTA (pH = 8.5)

Hình 3. 10. Biểu đồ hiệu suất khử thay đổi theo thành phần dung dịch đệm

Hiệu suất khử thấp nhất khi dung dịch qua cột cùng ion NO3- là nước cất. khi có mặt các thành phần NH4Cl, NH4OH, EDTA thì hiệu suất khử tăng đáng kể do khả năng tạo phức và điều chỉnh môi trường đến pH tối ưu cho phản ứng. Theo BATS Methods – April 1997, dung dịch đi qua cột khử là NH4Cl. NH4Cl có khả năng tạo môi trường đệm cho phản ứng. Ion NO 3- dễ dàng bị khử xuống các sản phẩm có số oxi hóa thấp hơn làm ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Để đảm bảo cho điều này không xảy ra, phản ứng cần thực hiện trong môi trường trung tính hoặc hơi kiềm. NO3-

+ H2 O

+ 2e-

 NO2-

+ 2

OH- (E0 = 0.015V)

NH4Cl trong mẫu sẽ tạo phức với Cd2+ tránh việc Cd(OH)2 tạo thành bám vào cột khử. Hạt Cd sẽ có màu nâu nhạt làm giảm hiệu suất cột. 2NH4+ Cd2+

 2NH3 +

2NH3

+ 2H+

 [Cd(NH3)2]

Tuy nhiên việc có mặt NH4Cl vẫn không đảm bảo cho pH môi trường phản ứng. Sự có mặt NH4OH cùng với NH4Cl thành đệm ở pH = 8.5 làm hiệu suất phản ứng tăng lên rõ rệt. Nhìn vào biểu đồ kết quả thì hiệu suất khử của dung dịch đệm NH4+/NH3 khi có và không có EDTA xấp xĩ nhau. Sự có mặt của EDTA sẽ tạo phức với một số ion kim loại


Trang 43


gây cản nhiễu trong mẫu thực tế như Fe3+, Pb2+, Ag+, Hg2+, Bi3+, Au3+. Ngoài ra khi quá trình khử nitrat xảy ra, EDTA sẽ tạo phức với ion Cd2+ sinh ra sau phản ứng. Khi quá trình nitrat xảy ra, một lượng EDTA thêm vào sẽ tạo phức ion Cd2+, Cu2+ . Nhưng khả năng tạo phức khác nhau do  CuY = 6.3.1018 và  CdY = 1016.46 nên phản 2

2

ứng sau sẽ có sự chuyển dịch cân bằng hóa học. Cds

+

CuY2-



CdY2- +

Cus

Ion Cd2+ tạo phức tốt hơn Cu2+ làm phản ứng chuyển dịch sang chiều nghịch nên kim loại Cd sẽ không bị hao hụt sau khi cho dung dịch có chứa ion nitrat đi qua cột. Vì vậy chúng tôi chọn dung dịch amoni + EDTA là dung dịch tối ưu nhất để rửa cột. 3.3.4. Kết quả khảo sát pH của dung dịch đệm Phản ứng khử nitrat bằng Cd-Cu chịu ảnh hưởng nhiều bởi yếu tố pH. pH quá cao hoặc quá thấp đều làm giảm hiệu suất khử. Chúng tôi tiến hành khảo sát pH của dung dịch đệm theo quy trình 2.7.4. và thu được kết quả như sau: Bảng 3. 7. Hiệu suất khử thay đổi theo pH của dung dịch đệm

pH của mẫu

Nồng độ NO3-

phân tích

(ppm)

5.12

6.07

7.02


Mật độ quang


0.04

0.0148

50.82

0.08

0.0335

52.87

0.12

0.0457

47.20

0.04

0.216

70.79

0.08

0.0493

76.08

0.12

0.0802

80.98

0.04

0.0267

85.77

Trang 44


8.00

9.03

10.07


0.08

0.0564

86.51

0.12

0.0876

88.22

0.04

0.0281

89.89

0.08

0.0593

90.77

0.12

0.0874

88.03

0.04

0.0274

87.83

0.08

0.0581

89.01

0.12

0.0867

87.34

0.04

0.0238

77.26

0.08

0.0543

83.42

0.12

0.0814

82.15

Trang 45


100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

0.04 ppm 0.08 ppm 0.12 ppm

5,12

6,07

7,02

8

9,03

10,07

Hình 3. 11. Biểu đồ hiệu suất khử thay đổi theo thành phần dung dịch mẫu phân tích

Tại môi trường pH thấp, nitrat bị khử xuống NH4+, N2 làm mất mẫu phân tích. - NO3- + 2H+ + 2e

 NO2- + H2O

- HNO2 + 5H+ + 4e  NH3OH+ + H2O - HNO2 + 7H+ + 6e

 NH4+

+ H2 O

Khi pH tăng, hàm lượng H+ trong môi trường giảm nên sản phảm chủ yếu là NO2-. Giá trị pH cao hơn đủ điều kiện kết tủa Cd(OH)2 bám vào cột làm giảm hiệu suất của nó nên hiệu suất khử lại giảm. Kết quả cho thấy hiệu suất khử cao nhất khi pH trong khoảng 7-9. Theo khuyến cáo của standard of methods, chúng tôi chọn pH dung dịch đệm là 8.5. 3.4. Kết quả phân tích hàm lƣợng nitrat trong một số mẫu nƣớc trên địa bàn thành phố Đà Nẵng Áp dụng các điều kiện tối ưu của cột khử đã được khảo sát tại mục 3.3., chúng tôi tiến hành phân tích hàm lượng nitrat trong các mẫu sữa hộp trên thị trường thành phố Đà Nẵng. Quy trình phân tích được thực hiện theo mục 2.8 và thu được các kết quá như sau:

Bảng 3. 8. Kết quả phân tích hàm lượng nitrat một số mẫu sữa hộp trên thị trường SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 46

Khóa luận Tốt Nghiệp Hàm lƣợng NO3- (mg/l)

TCVN 6180-1996 – 50mg/l

Cô gái Hà Lan

29.63

Đạt tiêu chuẩn

Ovaltine

21.47


TH True milk

11.05


Fami

17.32


V-fresh milk

6.66


Milo

16.65


Vinamilk

8.74


Tên

Kết quả phân tích cho thấy, các mẫu sữa phân tích đều có hàm lượng nitrat dưới mức cho phép so với TCVN 6180-1996. 3.5. Đánh giá hiệu suất thu hồi và sai số thống kê của phƣơng pháp Dựa trên các điều kiện tối ưu đã khảo sát, tiến hành đánh giá hiệu suất thu hồi và sai số thống kê của phương pháp bằng 5 thí nghiệm tại 2 nồng độ 0.4ppm và 0.8ppm theo mục 2.8. và thu được kết quả như sau: Bảng 4. 1. Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi của phương pháp

STT

NO3- (0.04ppm)

NO3- (0.08ppm)

1

0.03487

0.0691

2

0.0348

0.0692

3

0.0346

0.0691

4

0.0347

0.0690

5

0.0348

0.0692

0.03475

0.0691

86.86%

86.38%

Giá trị trung bình Hiệu suất thu hồi

Vậy hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích là 86.77%.

Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi được trình bày trong bảng sau. SVTH: Trần Lê Vân Thanh

Trang 47

Khóa luận Tốt Nghiệp Bảng 4. 2. Kết quả đánh giá sai số thống kê của phương pháp Các đại lƣợng đặc trƣng

NO3- 0.04ppm

NO3- 0.08ppm

Phƣơng sai S2

1,1.10-8

7.10-9

Độ lệch chuẩn S

9.4.10-5

7.5.10-5

Hệ số biến động Cv

0,271

0,11

Biên giới tin cậy 

1,34.10-4

1,06.10-4

Sai số tƣơng đối Δ%

13%

13.23%

Phương pháp có sai số nhỏ, độ chính xác cao và hệ số biến động nhỏ, chứng tỏ độ lặp lại tốt. Đáp ứng yêu cầu của phương pháp phân tích vi lượng.


Trang 48


CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KẾT NGHỊ 4.1. Kết luận Qua đề tài này, chúng tôi thu được các kết quả sau : - Thể tích thuốc thử tối ưu để nitrit tạo phức là 3ml, thời gian phức nitrit ổn định là 10 phút. - Cột khử cho hiệu suất sao nhất khi: hạt Cd được phủ một lớp Cu dày, chiều dài cột 40cm, thành phần dung dịch đệm là amoni +EDTA, pH của dung dịch đệm tối ưu từ 7-9. - Áp dụng cột khử Cd để phân tích một số mẫu sữa trên thị trường. Trong đó, các mẫu sữa đều đạt tiêu chuẩn. - Đánh giá hiệu suất thu hồi đạt 86.77 %, đánh giá sai số của phương pháp cho thấy độ chính xác của phương pháp. 4.2. Kiến nghị - Áp dung cột khử cadimi để nâng cao độ chính xác trong phân tích nitrat.

- Chế tạo hệ thống phân tích nitrat hoàn toàn tự động từ khâu khử NO3- đến khâu NO2- tạo phức với thuốc thử để nâng cao độ chính xác, tránh sai số trong quá trình phân tích.


Trang 49


TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A-Krekov, Cơ sở hóa học phân tích – Tập 1, NXB Đại học và Giáo dục chuyên nghiệp Hà Nội (1976). [2] Lê Huy Bá, Độc học môi trường, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh (2000). [3] Phạm Thị Hà, Các phương pháp phân tích quang học (2000). [4] Phạm Thị Hà, Hóa Môi Trường (2000). [5] Trịnh Thị Thanh, Độc học môi trường và sức khỏe con người, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội (2003). [6] 4500 - NO3- - Nitrogen (Nitrat), Approved by Standard Methods Committee, 1997. [7] Determination of Nitrate in Sea Water, BATS Methods – April 1997. [8] Ali A. Ensafi, A. Kazemadeh, Analytica Chimica Acta 382, 1999, 15 – 21. [9] Ali A. Ensafi, A. Kazemadeh, Analytica Chimica Acta 442, 2001, 319 – 326. [10] Carmen Gal, Wolfgrang Frenzel and Jurgen Moller, Microchim, Acta 146, 2004, 155 – 164. [11] John H. Margeson, Jack C. Suggs and M. Rodne. Midgett, Anal. Chem, 1980, 1955 – 1957. [12] Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 14th Edition, p 427, Method 419D (1975). [13] Folke Nydahl, Department of Analytical Chemistry, Universy of Uppsala, Box 531,S -751 Uppsala, Sweden, Talanta, Vol. 23, 1976, 349.


Trang 50



Trang 51



Trang 52

Nitrat

Recommend Documents