Phân tích nước

Mục lục

Mục lục..............................................................................................................1 1. ĐỘ pH..........................................................................................................1

Một số kiến thức về máy đo pH...................................................................22.1 ĐỘ KIỀM (Alkalinity)................................................................................52.2 ĐỘ AXIT (Acidity).....................................................................................73. ĐỘ ĐỤC (Turbidity).....................................................................................7Đơn vị : NTU, FTU...........................................................................................74. ĐỘ MÀU.......................................................................................................95. THẾ ÔXY HÓA KHỬ (ORP/ Eh ).............................................................106. ĐỘ DẪN ĐIỆN (EC)..................................................................................127. ĐỘ MẶN (Salinity).....................................................................................148. TỔng chẤt rẮn hòa tan (TDS) (Cặn hoà tan).............................................159. TỔNG CHẤT RẮN LƠ LỬNG (TSS) (Cặn không tan)............................1610. ĐỘ CỨNG (Hardness)..............................................................................1711. CANXI......................................................................................................2112. OXY HÒA TAN (DO)..............................................................................22

12.1 Phương pháp chuẩn độ Winkler cải tiến (azide modification)............2412.2 Phương pháp đầu đo điện hóa.............................................................2612.3 Phương pháp so màu...........................................................................28

13. NHU CẦU OXY SINH HỌC (BOD5).....................................................2813.1 Nguyên tắc phương pháp chuẩn độ iod...............................................3013.2 Nguyên tắc phương pháp đo độ giảm áp suất bằng đầu dò.................31

14. NHU CẦU ÔXY HÓA HỌC (COD)........................................................3314.1 Phương pháp KMnO4 (Chỉ số Permanganat)......................................3414.2 Phương pháp K2Cr2O7.......................................................................36

15. CACBON HỮU CƠ TỔNG SỐ (TOC)....................................................3817. TỔNG SẮT...............................................................................................4018. NHÔM.......................................................................................................4219. CACBON DIOXIT (CO2)........................................................................4320. HYDROGEN SUNFUA (H2S).................................................................4421. AMMONIUM (NH4)................................................................................4522. NITRIT (NO2)..........................................................................................4823. NITRAT (NO3).........................................................................................49

a. Tổng quan................................................................................................49b. Nguyên tắc phương pháp cột khử Cd......................................................50c. Thực nghiệm............................................................................................51

24. TỔNG NITƠ (Total Nitrogen ).................................................................5224a. Phương pháp phân hủy Kjehdahl:.......................................................5224b. Phương pháp phân hủy mẫu bằng persunphat:....................................54

25. PHOSPHAT (PO4)....................................................................................5626. TỔNG PHOSPHO.....................................................................................58

Phân tích nước

27. PHÚ DƯỠNG HÓA..................................................................................5828. SILICA (SiO2)..........................................................................................6029. SUNPHAT (SO4)......................................................................................6130. CLORUA...................................................................................................63

30.1 Phương pháp chuẩn độ AgNO3 chỉ thị K2CrO4 (Phương pháp MOHR)........................................................................................................6330.2 Phương pháp chuẩn độ Hg(NO3)2......................................................65

31. DẦU MỠ (OIL AND GREASE)..............................................................6530.1 Phương pháp khối lượng.....................................................................6530.2 Phương pháp hồng ngoại xác định dầu khoáng/ dầu tổng...................6630.3 Phương pháp sắc ký khí xác định dầu khoáng....................................6630.4 Phương pháp hùynh quang xác định dầu khoáng (petroleum oil).......66

32. VI SINH....................................................................................................67

Phân tích nước

1. ĐỘ pH

Độ pH là một trong những nhân tố môi trường có ảnh hưởng rất lớn trực tiếpvà gián tiếp đối với đời sống thủy sinh vật như: sinh trưởng, tỉ lệ sống, sinh sản vàdinh dưỡng. pH thích hợp cho tất cả các động vật đều gần bằng 7. Độ pH an toàncho cây lúa là trên 4,1. Do đó, khi pH môi trường quá cao hay quá thấp đều khôngthuận lợi cho quá trình phát triển của thủy sinh vật. Tác động chủ yếu của pH khiquá cao hay quá thấp là làm thay đổi độ thẩm thấu của màng tế bào làm rối loạn quátrình trao đổi muối - nước giữa cơ thể và môi trường ngoài. Do đó, pH là nhân tốquyết định giới hạn phân bố của các loài thủy sinh vật.

Độ pH còn ảnh hưởng đến cân bằng chuyển dịch giữa các khí độc NH3, H2S(dạng phân tử ) và ion của chúng (NH4

+, HS-, S2-). Môi trường quá kiềm gây bất lợivì dạng NH3 chiếm đa số so với dạng NH4

+. Ngược lại, môi trường quá axit cunggây bất lợi dạng H2S chiếm đa số so với dạng HS-, S2-

Độ pH có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của phôi, quá trình dinhdưỡng, sinh trưởng và sinh sản của cá. Cá sống trong môi trường có pH thấp sẽchậm phát dục, nếu pH quá thấp sẽ không đẻ hay đẻ rất ít. Theo Swingle (1969) thìsự ảnh hưởng của pH nước đến cá nuôi như sau:

- pH = 4: điểm chết acid

- pH = 5: cá không sinh sản

- pH = 5-6,5: cá phát triển chậm

- pH = 6,5-9,0: môi trường thích hợp cho các loài tôm cá

- pH = 9,0-11,0: cá phát triển chậm

- pH = 11,0: điểm chết bazơ

Độ pH nước tự nhiên nằm trong khoảng 6,0-8,5, phụ thuộc cân bằng giữacacbonat, bicacbonat, cacbonic cung như axit humic, fulvic. Cung chính nhờ hệ

1

Phân tích nước

đệm cacbonat mà pH của máu người được ổn định từ 7,35 -7,45. Ở những vùng đấtphèn, nước có độ pH rất thấp do quá trình thuỷ phân muối sắt và nhôm, pH trungbình khoảng 4. Độ pH đặc biệt thấp sau trận mưa đầu mùa (pH=2,1) nhất là nướcđọng ở ruộng hoang, nước trong kênh tiêu và nước mạch phèn.

Độ pH của nước phụ thuộc vào:

Quá trình hô hấp của thủy sinh vật, quá trình phân hủy của các hợp chất hữu

cơ phóng thích CO2 làm giảm pH nhưng không làm thay đổi độ kiềm

CO2 + H2O → HCO3− + H+

Trong các ao giàu dinh dưỡng, thực vật phù du phát triển mạnh, pH nướcthấp nhất vào lúc sáng sớm (bình minh 6h) khoảng 6,5. Sau đó khi quá trìnhquang hợp xảy ra mạnh pH nước tăng dần, đạt cực đại lúc 14-16h, pH có thểlên đến 9 - 10. Biên độ dao động pH càng lớn nếu rong tảo phát triển mạnh vànước có hệ đệm yếu. CO2 từ khí quyển làm giảm pH nếu dung dịch có pH > 4. Do đó, các

dung dịch đệm pH 10 kém bền khi tiếp xúc không khí. Muốn nước cấtkhông có CO2, có thể đun nóng hoặc sục khí nitơ. Nước cất không chứa

CO2 có pH>6 và EC< 2 µS/cm. Nước mưa sạch pH có thể thấp 5,6 hay hơn

nữa do hấp thu CO2 khi rơi xuống.

Mưa axit do các hoạt động của con người thải vào khí quyển NH3, SO2,NOx.

Ngoài ra, pH còn phụ thuộc nhiệt độ, sự hoạt động của vi sinh vật và tác độngcủa con người.

Một số kiến thức về máy đo pH

- Giá trị pH có thể thay đổi nhanh chóng do các quá trình hoá học, vật lý,sinh học trong mẫu nước. Do đó, cần đo pH càng sớm càng tốt, không để quá 6 giờsau khi lấy mẫu

- Điện cực thuỷ tinh không bị ảnh hưởng sai số do độ màu, độ mặn, chất lơlửng, chất oxy hoá, chất khử. Tuy nhiên, khi pH>12, điện cực mắc sai số Na và chokết quả pH thấp hơn giá trị thật. Còn khi pH<1, điện cực lại cho kết quả pH cao hơngiá trị thật.

- Đối với nước có lực ion thấp (độ dẫn nhỏ hơn 50 µS/cm) như nước qua

cột trao đổi ion và nước mưa sẽ gặp khó khăn: kết quả chậm ổn định, độ lặp lạikém.

- Với máy đo pH có hai hiệu chuẩn ứng với hai nguyên nhân gây sai số:

2

Phân tích nước

+ Asymmetry/offset: là giá trị mV khi đo đệm pH 7. Trên lý thuyết pH=7

ứng với điểm Zero mV. Thực tế có thể chấp nhận điểm Zero trong khoảng 7,00 ±0,34 pH, tức là ± 20mV.

+ Slope/span (độ dốc): là giá trị mV ứng với 1 đơn vị pH, trên lý thuyết là59,16 mV ở 25oC. Có thể coi đây là đại lượng đặc trưng cho độ nhạy của máy.Kiểm tra slope bằng cách đo 2 dung dich đệm khác nhau và yêu cầu phải trên 92%tức là lớn hơn 54,4 mV.

- Khi nhiệt độ thay đổi thì độ dốc thay đổi theo, do đó, các máy pH đều có bộphận bù trừ nhiệt độ Auto Temperature Compensation (ATC). Sai số này khoảng0,003 pH/oC.

Đánh giá tình trạng điện cực theo WTW

Rất tốt Trungbình

Xấu Không phù hợp

3

Phân tích nước

Asymmetry [mV] -15...+15 -30....+30 <-30 hay >+30

Slope[mV/pH] -60,5...-58 -62...-61 hay

-56...-50

<-62 hay >-50

<85% hay >105%

Việc hiệu chuẩn được thực hiện 1,2 hay 3 điểm với hốc điều chỉnh. Các máypH hiện đại đều tự động nhận biết giá trị pH của đệm, việc hiệu chuẩn tiếp theo domáy thực hiện. Thông thường ta hiệu chuẩn 2 điểm gồm một dung dịch pH 7.Cácdung dịch đệm thường dùng là: 1,68/ 2,00/ 4,01/ 6,86/ 7,01/ 9,18/ 10,01

Đệm pH

HCl 1,0-2,2

potassium hydrogen phthalate 2,2-5,9

Na2HPO4/KH2PO4 5,8-8,0

tris (hydroxymethyl) aminomethane

7,0-9,0

Na2B4O7.10H2O 8,0-10,8

Na2CO3/NaHCO3 9,6-11,0

Na2HPO4 10,9-12,0

NaOH 12,0-13,0

Khi pha các dung dịch đệm có pH > 4, để đạt pH chính xác cần đuổi khí CO2

khỏi dung dịch bằng nhiều cách: đun nóng, đánh sóng siêu âm, tạo áp suất kém,chất hoạt động bề mặt.

- Làm sạch các điện cực thường xuyên bằng cách lau cẩn thận bằng vải mềm,hoặc nếu mẫu chứa tạp chất hữu cơ thì tráng điện cực bằng êtanol (70%), axêtônhoặc dung dịch chất tẩy rửa nhẹ ở nhiệt độ 50oC. Sử dụng dung môi hữu cơ chỉtrong thời gian ngắn bởi vì dung môi hữu cơ làm giảm độ nhạy của điện cực thuỷtinh do nó làm mất lớp nước ở ngoài. Nếu dùng dung môi hữu cơ thì lại phải ngâmđiện cực vào nước nhiều giờ.

- Khi không dùng, luôn đảm bảo bề mặt điện cực có hơi ẩm bằng cách bảoquản trong dung dịch KCl bão hoà 3-4 M (đối với loại điện cực thuỷ tinh kép) haydung dịch đệm pH= 4 (đối với loại điện cực thuỷ tinh đơn) hay bất kỳ dung dịch

muối nào có EC>4000 µS/cm. Không ngâm nước cất vì các ion trong thuỷ tinh

khuếch tán ra làm mất hoạt tính điện cực.

- Nếu điện cực được bảo quản khô, phải hoạt hoá lần lượt bằng dung dịchHCl 0,1N và NaOH 0,1N.

4

Phân tích nước

2.1 ĐỘ KIỀM (Alkalinity)

Do nước tự nhiên có tính chất của một hệ đệm kép nên người ta đặc trưngtính chất acid baz của nước tự nhiên không chỉ bằng giá trị pH mà có thêm thông sốđộ kiềm. Độ kiềm đóng vai trò quan trọng thông qua khả năng làm giảm sự biếnđộng pH. Độ kiềm là tổng các baz có thể chuẩn độ, chủ yếu là các dạng bicarbonat.Ở pH 6 - 7, nồng độ bicarcbonat lớn gấp 104 lần nồng độ carbonat. Ngoài ra, cácmuối của acid yếu cung đóng góp vào độ kiềm như: borat, phosphat, silicat, sulfua,amoniac, anion của axit humic và các axit hữu cơ khác.

Quá trình phong hoá feldspar (một dạng silicat), đá vôi:

2NaAlSi3O8 + 2CO2 + 11H2O → Al2Si2O5(OH)4 + 2Na+ + 2HCO3- + 4H4SiO4

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca2+ + 2HCO3-

Nước có độ kiềm cao có khả năng trung hòa axit, bazơ có nguồn gốc từ mưaaxit, nước thải, do đó pH được duy trì ổn định, cung như không ảnh hưởng do nồngđộ CO2 dao động trong ngày. Độ kiềm cao thường do nước chảy qua vùng địa chấtđá vôi hay tảo phát triển mạnh. Độ kiềm thấp thường do nước chảy qua vùng địachất đá granit hay mưa axit.

Trong nồi hơi, khí CO2 bị đuổi ra khỏi nước, pH có thể lên tới 11. 2HCO3

- ↔ CO3

2- + H2O + CO2

CO32- + H2O → 2OH- + CO2

Trong keo tụ hoá học, độ kiềm của nước đủ lớn sẽ trung hòa lượng axit giảiphóng ra từ chất keo tụ, đóng vai trò 1 hệ đệm với khoảng pH thích hợp cho quátrình keo tụ. Độ kiềm là thông số chính dùng để tính toán nhu cầu hoá chất (vôi,soda) để làm mềm nước bằng phương pháp kết tủa.

Độ kiềm thích hợp cho nuôi trồng thủy sản là 20-150 mg/l CaCO3

mg/meq 50,043 * meq/LmgCaCO3/L =

Phương pháp: Chuẩn độ với chất chỉ thị pH, nếu mẫu đục hoặc có màu thì phân tíchbằng chuẩn độ điện thế (đo pH). Với mẫu có pH>8,3, ta có hai độ kiềm:

- Độ kiềm phenoltalein là độ kiềm hydroxid và carbonat ; xác định với chỉthị phenolphtalein 0,5% trong etanol:nước tỷ lệ 1:1 có pT = 8,3: chuyển từ màuhồng sang mất màu.

- Độ kiềm tổng số là độ kiềm bicacbonat, cacbonat và hydoxyt trong nước.Có thể dùng 1 trong 3 chỉ thị sau:

+ Metyl cam 0,1% trong nước, màu trung gian dừng chuẩn độ ứng với pHcuối

= pT = 4,0: chuyển từ màu vàng sang da cam (nhận ra ánh sáng hồng).

pH<3,1 màu đỏ / pH>4,4 màu vàng

5

Phân tích nước

+ Metyl đỏ 0,2% trong etanol, màu trung gian dừng chuẩn độ ứng với pH cuối

= pT = 5,5: chuyển từ màu vàng sang cam.

pH<4,4 màu đỏ / pH>6,2 màu vàng

+ Chỉ thị hỗn hợp: Hòa tan 0,020g metyl đỏ và 0,100g bromocresol lục trong100ml etanol hay nước cất. Trung hòa dung dịch bằng khoảng 2ml natri hydroxit0,1 mol/l đến khi màu nâu xuất hiện. Kiểm tra độ trung hòa của dung dịch chỉ thịbằng cách chuẩn độ một mẫu đến điểm cuối. Nếu màu nâu không tồn tại sau khithêm hơn 10 giọt chỉ thị thì điều chỉnh pH của dung dịch chỉ thị. Giữ trong bìnhthủy tinh màu nâu, dung dịch bền ít nhất 6 tháng.

Chỉ thị (pT=5,4) chuyển từ màu xanh lá sang xám với vệt màu đỏ.

Ở pH≥5,4, bromocresol lục sẽ giữ nguyên màu chàm(trơ màu).

Xanh ngọc Đỏ hồng

Do dùng một giá trị pH điểm cuối cao hơn, ảnh hưởng của các chất nhận H+

như anion của axit humic trong phương pháp này được giảm đi. Ngoài ra, chỉ thịhỗn hợp cho kết quả chính xác hơn vì có khoảng pH đổi màu hẹp, màu sắc giữadạng acid và dạng baz rất tương phản, vì vậy khi chuẩn độ không cần để ý đến màutrung gian.

Tại điểm tương đương, pH sẽ phụ thuộc vào nồng độ CO2, nồng độ CO2 lạiphụ thuộc vào độ kiềm. Như vậy pH điểm tương đương sẽ khác nhau tùy thuộc độkiềm: ở 30mg/l pH=4,9; 150mg/l pH=4,6 và 500mg/l pH=4,3. Khi sục khí khôngchứa CO2 vào bình chuẩn độ để đuổi H2CO3 dưới dạng CO2 ra khỏi dung dịch thì

6

Phân tích nước

khoảng bước nhảy pH được nới rộng, có thể sử dụng chỉ thị có pT>4,5, tránh sai sốđối với mẫu có độ kiềm lớn.

Thực nghiệm:

Xác định độ kiềm tổng số (độ kiềm cacbonat) có giá trị gần với độ kiềm metyl cam.

* Na2CO3 0,02N: sấy ở 250oC trong 4h (hay 285oC trong 1h), cân 0,5300 g phatrong 500ml nước cất. Dung dịch này bền ít nhất 1 tháng nếu giữ ở 40-80C.

* Axit HCl 1 N: hòa tan khỏang 85 ml HCl 37% (d=1,18g/l) trong 1000ml nước cất.

* Axit HCl 0,02 N pha loãng 50 lần từ dung dịch HCl 1N, xác định lại nồng độbằng Na2CO3

Lưu ý: Clo dư làm mất màu chỉ thị. Có nhiều cách loại bỏ clo dư như tia UV, sụckhí hay dung dịch Na2S2O3 2,5% , NaAsO2 2%, H2O2 3%. Thử lại clo dư bằng KI-hồtinh bột hay DPD.2.2 ĐỘ AXIT (Acidity)

Độ acid nước tự nhiên gây ra bởi carbonic, tanic, humic, fulvic và từ quátrình thủy phân muối kim lọai (Fe, Al).

- Chuẩn gốc xác định lại nồng độ NaOH:

+ Potassium hydrogen phthalate (M=204,10) 0,05N: sấy ở 120oC trong 2 giờ,cân 5,1025g hoà tan trong 500 ml nước cất.

+ Hydrazin sulfat (M=130,12): hòa tan 0,4346g trong 500 ml nước cất3. ĐỘ ĐỤC (Turbidity)

Đơn vị : NTU, FTU

Độ đục đặc trưng cho khả năng nước tán xạ và hấp thu ánh sáng (khả năngánh sáng chiếu xuyên qua nước) gây ra bởi các hạt lơ lửng như phù sa, các mảnhhữu cơ nhỏ, sinh vật phù du. Nguồn gốc của độ đục là do phân huỷ thực vật, xóimòn, nước thải. Ở những thủy vực khác nhau, nguyên nhân gây ra độ đục khácnhau:

• Ở sông: độ vẫn đục của nước là do sự có mặt của các chất lơ lửng, các chất

keo có nguồn gốc vô cơ và hữu cơ. Do đó độ vẫn đục thay đổi theo mùa rõrệt: mùa mưa - nước mưa chảy vào sông cuốn theo các tạp chất trên mặt đấtnên độ vẫn đục của nước sông cao (thường thấy sau trận mưa lớn) và độ vẫnđục giảm dần theo mùa khô.

• Ở ao: ngoài các nguyên gây ra độ vẫn đục như ở sông còn do sự phát triển

của các vi tảo.

7

Phân tích nước

Độ đục cao thì lượng ánh sáng xâm nhập vào thủy vực ít gây ảnh hưởng:giảm cường độ quang hợp của thực vật phù du, gây hạn chế phát triển tảo & thựcvật, giảm khả năng tìm thức ăn của cá. Ngược lại, khi độ trong quá cao, nướcnghèo dinh dưỡng, sinh vật phù du phát triển kém, hạn chế thành phần thức ăn tựnhiên của cá - năng suất cá nuôi giảm.

Cùng với màu sắc và mùi vị, đây là chỉ tiêu ảnh hưởng cảm quan thườngđược quan tâm đối với nước máy, nước đóng chai, bia rượu. Ngoài ra, độ đục cònlàm cho quá trình khử trùng nước kém hiệu quả. Bộ Y tế quy định tiêu chuẩn nhỏhơn 2 NTU.

Máy đo độ đục kiểu nephelometer là đo bức xạ khuếch tán (scatter) gây ra docác hạt lơ lửng. Trong cấu tạo máy, detector được đặt vuông góc 90o hay 90o ± 30o

so với tia sáng tới. Về nguồn sáng, hiện nay có 2 tiêu chuẩn khác nhau:

+ Tiêu chuẩn quốc tế ISO, Châu Âu EN sử dụng đèn hồng ngoại IR-LEDbước sóng phát xạ 860nm có ưu điểm là loại trừ sai số âm do độ màu, tuy nhiênkém nhạy với các hạt lơ lửng kích thước nhỏ.

+ Tiêu chuẩn Mỹ USEPA sử dụng đèn tungsten; có ưu điểm là nhạy vớikhoảng nồng độ thấp, tuy nhiên dễ mắc sai số âm nếu mẫu có màu và chỉ nên đotrong vùng giá trị 0 – 40 NTU để tránh sai số. Các mẫu có độ đục cao cần pha loãngbằng nước cất.

Cường độ của bức xạ khuếch tán phụ thuộc vào bước sóng của các bức xạtới, góc đo và hình dạng, kích cỡ hạt và sự phân bố hạt lơ lửng trong nước. Do đó,không có công thức liên hệ giữa tổng hàm lượng chất lơ lửng (TSS) và độ đục chomọi trường hợp. Các yếu tố ảnh hưởng kết quả: độ màu, các hạt vụn lơ lửng khônglắng xuống gây kết quả thấp, bọt khí gây kết quả cao.

- Hóa chất :

Dung dịch chuẩn độ đục formazin C2H4N2 không bền nên không có bán sẵn, do vậy có thể chuẩn bị như sau:

+ Dung dịch A: 10,00g hexametylentetramin C6H12N4 trong 100ml

+ Dung dịch B: 1,000g hydrazinsulfat (NH2)2.H2SO4 trong 100 ml.

Cảnh báo - Hydrazin sunfat là chất gây ung thư

Sau đó hút 5 ml dung dịch A và 5 ml dung dịch B giữ ở 25 ± 30C trong 24

giờ. Sau đó pha loãng bằng nước đến 100 ml có được dung dịch chuẩn 400 NTU(nephelometer turbidity units). Chuẩn này bền 1 tháng nếu bảo quản tối. Các chuẩnnồng độ thấp hơn chỉ bền khoảng 1 tuần.

8

Phân tích nước

Hiện nay có bán chuẩn pha sẵn là copolymer của styren và divinylbenzen vớiưu điểm bền hơn và ít độc hơn.

- Thực nghiệm:

Trước khi đo mẫu cần lắc trộn mẫu, đợi hết bọt khí, các hạt kích thước lớnnhanh chóng lắng xuống đáy để kết quả ổn định.

Nếu mẫu lạnh cần để đến nhiệt độ phòng để tránh hơi nước ngưng tụ thànhngoài cuvet gây sai số. Đánh dấu vị trí cuvet để luôn đo cùng một vị trí, tránh sai sốdo thành cuvet không đồng nhất.

4. ĐỘ MÀU

Khái niệm “độ màu” dùng để chỉ màu thực của nước, là màu sau khi lọc bỏcác chất lơ lửng gây đục mẫu nước. Độ màu do các hợp chất hòa tan trong nước gâyra: các muối Fe, Mn, Cu, các chất hữu cơ như axit humic, thuốc nhuộm côngnghiệp. Nước tự nhiên có màu nâu vàng nhạt chủ yếu do các chất mùn hấp thu cựcđại ở bước sóng 436 nm. Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống của Bộ Y tế năm 2005quy định độ màu nhỏ hơn 15 mg Pt/L.

Còn màu giả hay màu biểu kiến (apparent) là màu của cả chất hòa tan và chấtlơ lửng, sinh vật phù du trong nước gây ra. Bằng cách đông tụ hay lọc, ta có thể loạibỏ được màu giả của dung dịch. Màu giả được xác định trực quan gồm: cường độmàu (không màu, màu nhạt, hoặc màu sẫm); màu sắc (màu nâu hơi vàng,…), độtrong của mẫu (trong, đục hoặc mờ đục).

Trong ngành nuôi trồng thủy sản ta chú ý đến màu giả của nước nhiều hơn,vì qua đó có thể đánh giá sơ bộ mật độ sinh vật phù du, môi trường nước giàu haynghèo dinh dưỡng. Màu nước thích hợp cho các ao nuôi là màu xanh lá chuối non.

• Nước màu xanh lá cây nhạt: do tảo lục (Chlorophyta) - là thức ăn tốt cho tôm cá

• Nước màu xanh lá cây đậm: do tảo lam (Cyanophyta) - nhiều độc tố,không tốt.

• Màu vàng gạch: do có váng sắt, nước có nhiều sắt.

• Màu nâu vàng: nước có nhiều tảo cát (Diatom), chất hữu cơ hoà tan, axithumic từ đất, phân huỷ thực vật, đặc trưng cho các loại nước ở vùng đầmlầy và rừng.

• Màu nâu đỏ: nước có nhiều phù sa do đất cát bị bào mòn.

• Màu nâu đen: do sự phát triển của tảo mắt (Euglenophyta).

9

Phân tích nước

• Màu xanh đen hay màu vàng nâu: có lẫn nước thải sinh hoạt trong côngnghiệp.

• Màu xanh dương: nước trong, năng suất thấp.

• Nước trong: rất ít tảo do phèn

Thực nghiệm :

Phương pháp xác định độ màu dựa trên các dung dịch chuẩn Pt-Co lần đầu tiênđược mô tả bởi Hazen vào năm 1892. Phương pháp này thực chất là đo màu vàngcủa mẫu và được ứng dụng phân tích nước, các dung môi, hoá chất, xăng dầu.

- Chuẩn màu 500 mg Pt/L: Hoà tan 1,246g kali hexacloplatinat (IV)(K2PtCl6 ) tương đương 500 mg Pt và 1,000g coban (II) clorua ngậm 6 phân tử nước(CoCl2.6H2O) trong 500ml nước. Thêm 100ml axit HCl tinh khiết trong bđm1000ml và thêm nước tới vạch. Bảo quản dung dịch này trong chai thủy tinh đậynắp kín trong chỗ tối ở nhiệt độ thấp hơn 300C. Dung dịch này bền ít nhất là 6tháng.

Từ chuẩn này pha thành các chuẩn 5,10,20,30,40,50,60,70 (bền 1 tháng).

- Bước sóng: Hiện nay có nhiều tài liệu quy định khác nhau: TCVN dùngbước sóng 436 nm, WHO 465 nm, HACH 455nm.

Đầu tiên lọc mẫu qua màng 0,45µm, nếu quá nhiếu chất lơ lửng thì đem ly

tâm, đem đo chuẩn và mẫu ở 436nm. Vì độ pH của mẫu thử có liên quan tới màusắc nên nếu cần phải chỉnh về pH =7,6.

Đối với nước thải công nghiệp, màu sắc chủ yếu do các chất lơ lửng nên cầnđo cả màu thực và màu biểu kiến. Tuy nhiên, màu thực không như màu chuẩn Pt-Co nên cần đo mật độ quang tại bước sóng hấp thu cực đại.

5. THẾ ÔXY HÓA KHỬ (ORP/ Eh )

ORP là điện thế giữa cực bằng kim loại trơ, chẳng hạn như platin hoặccacbon và một điện cực so sánh. Thế càng dương thì môi trường càng có tính oxihoá mạnh và thế càng âm thì tính khử của môi trường càng mạnh.

Eh là thế đo khi dùng điện cực so sánh là điện cực hydro tiêu chuẩn (StandardHydrogen Electrode). Còn ORP là khái niệm dùng chung cho mọi loại điện cực sosánh. Vì SHE ít được dùng do có bất tiện, điện cực so sánh Ag/AgCl là loại thôngdụng nhất. Khi đó, phải bù trừ ORP một khoảng chênh lệch về thế (+207mV@25oC,+203mV@30oC) để quy đổi về Eh. Vì đều sử dụng chung điện cực so sánh nênthường 2 loại điện cực pH và ORP được kết hợp làm một, còn nếu điện cực ORPnằm riêng thì có thể đo trên tất cả máy pH/mV.

10

Phân tích nước

Các lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của ORP là:

+ Nuôi trồng thuỷ sản:

Nước chất lượng tốt, phù hợp cho tôm cá có ORP khoảng 300 mV. Khi ORPthấp báo hiệu nước ô nhiễm vì khi đó, hàm lượng chất oxy hoá thấp làm giảm tốcđộ phân huỷ chất hữu cơ, khả năng tự làm sạch kém. Còn khi ORP trên 500 mV gâyảnh hưởng, độc tính đối với các loài thuỷ sản.

+ Khử trùng nước hồ bơi, spa:

Trong các hồ bơi, ORP dùng chỉ thị nồng độ chorine tự do, qua đó kiểm travi sinh, tình trạng vệ sinh nước hồ bơi. Nếu ORP > 600 mV, vi khuẩn chỉ sống sóttrong 2 phút, khi ORP=650 mV là 30 giây, còn trên 700 mV vi khuẩn chết ngay lậptức. Nước hồ bơi có ORP >700 mV được coi là đạt tiêu chuẩn, không cần cho thêmchất oxy hoá. Nếu nước bị nhiễm bẩn làm giảm hoạt tính tẩy uế của chlorine thìlượng chlorine phải dùng nhiều hơn để đạt cùng giá trị Eh.

+ Xử lý nước thải công nghiệp: quá trình khử cromat, quá trình ôxi hoáxyanua, quá trình phản nitrat.

Vì ORP phản ảnh chung cho tính oxy hoá/khử của dung dịch nên đối vớinguồn nước tự nhiên, người ta ít khi đo ORP mà chỉ đo trong trường hợp hiện diệnmột dạng oxy hoá/khử chiếm ưu thế nồng độ cao (oxygen, sắt, sulfua, chlorine,…)trong theo dõi phản ứng hoá học, nước hồ bơi, nước thải. Đặc điểm của điện cựcORP là thời gian đáp ứng chậm hơn điện cực pH, độ dốc ít biến đổi do chế tạo từkim loại Pt hay Au.

Với ORP, người ta không quan tâm đến độ chính xác mà quan tâm đến sựthay đổi tương đối. Các dung dịch ORP bán sẵn không được coi là dung dịch hiệuchuẩn máy (calibration) mà chỉ là dung dịch kiểm tra (checking) xác nhận tình trạng

hoạt động cuả máy. Bản thân các dung dịch này có ORP biến động lớn ±35mV và

thay đổi theo thời gian, nhiệt độ, pH. Sự thay đổi của ORP theo nhiệt độ phức tạpvà không dễ bù trừ.

Mặt khác, các quy trình cung không yêu cầu hiệu chuẩn máy đo ORP vànhiều máy không có phần hiệu chuẩn. Có thể kiểm tra tình trạng hoạt động của máy(điện cực chỉ thị Pt, điện cực so sánh Ag/AgCl KCl bão hoà 25oC) theo một trongnhiều cách sau:

- Dung dịch Zobell 1000 ml: ORP=229 mV

+ 1,0480 g K4Fe(CN).3H2O

+ 1,0975 g K3Fe(CN)

+ 7,4555 g KCl

11

Phân tích nước

- Dung dịch Light 1000 ml: ORP=476 mV

+ 39,21 g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O

+ 48,22 g Fe(NH4)(SO4)2.12H2O

+ 56,2 ml H2SO4

- Dung dịch Quinhydrone 255±15 mV@25oC

6. ĐỘ DẪN ĐIỆN (EC)

Độ dẫn điện của nước là do các ion của các muối hoà tan trong nước, phụthuộc vào nồng độ, điện tích và kích thước của ion. Tuy nhiên, ngay đối với cácdung dịch cùng chứa 1 loại muối, độ dẫn không tăng tỷ lệ thuận tuyệt đối với nồngđộ, mà do tương tác ion, ở nồng độ lớn khả năng phân ly của chất điện ly giảm đi.Đơn vị đo lường quốc tế SI là miliSiemen/m (mS/m).

Giá trị EC tăng theo nhiệt độ. Tuy nhiên sai lệch do nhiệt độ này khôngtuyến tính trên toàn thang đo, sai lệch trung bình khoảng 2 %/oC. Sai số này sẽ càng

lớn khi EC thấp, dưới 500 µS/cm sai lệch là 5%/oC. Theo quy ước, kết quả đo EC

phải được thực hiện ở nhiệt độ tiêu chuẩn 25oC. Với máy đo có bù trừ nhiệt độ, ECsẽ được quy đổi về nhiệt độ tiêu chuẩn 25oC.

Lưu ý: Các chất rắn như đường tan được trong nước nhưng không đóng gópvào EC.

Độ dẫn (µS/cm) ResistivityLý thuyết Kw=10-14 0,0548Nước siêu sạch 0,055 18,3 MΩ.cm

12

Phân tích nước

(absolute pure)Nước nồi hơi 1,0Nước deionised 0,1-1 1 MΩ.cmNước cất <2,0 300 kΩ.cmNước RO 10 100 kΩ.cmNước máy 65 15 kΩ.cm

- EC của không khí khoảng 120 µS/cm, do đó các chuẩn nhỏ hơn 120 µS/cm

EC sẽ tăng chậm đến khi đạt cân bằng, không còn đúng giá trị ban đầu. Các dung

dịch nhỏ hơn 10 µS/cm bị ảnh hưởng bởi khí cacbonic và amoni.

- Lau sạch điện cực bằng chất tẩy rửa nhẹ hay dung dịch HCl 5% hay HNO 3

1% (w/w).

- Sau khi đo xong có thể ngâm nước hay để khô điện cực. Nếu bảo quản điệncực kiểu không ngâm dung dịch, khi dùng lại phải hoạt hoá lại điện cực: ngâm điệncực trong nước, bật máy trong 30-60 phút.

- Máy đo độ mặn thật ra là đo EC sau đó nhân cho 1 hệ số mà nhà sản xuấtđã cài đặt sẵn.

Kiểm tra EC bằng tổng nồng độ đương lượng các ion:

EC tính ( μS/cm) = [349,7. 103-pH + 80,0. c(SO4-2) + 71,5. c(NO3

-) +

76,3. c(Cl-) + 73,5. c(NH4+) + 50,1.c(Na+) + 73,5. c(K+) + 59,8. c(Ca+2) +

53,5. c(Mg+2) + 44,5. c(HCO3-) ]

Từ đây tính được hệ số R như sau:

R = 100 x (EC tính – EC đo)/ (EC tính + EC đo)

Bảng Khoảng biến thiên %R cho phép

EC μS /cm %R

< 5.0 ± 20

5.0 - 30 ± 13

> 30 ± 9

OIML Series certified conductivity standard solutions**

Type Value Tolerance(expanded

13

Phân tích nước

uncertainty k=2)KCl 1 D 111.3 mS/cm ±0.5% at 25°CKCl 0.1 D 12.85 mS/cm ±0.35% at 25°CKCl 0.01 D 1408 µS/cm ±0.5% at 25°CNaCl 0.05%

1015 µS/cm ±0.5% at 25°C

KCl 500 µS/cmKCl 5 mS/cm

7. ĐỘ MẶN (Salinity)

Đơn vị : g/l - ppt - ‰

Độ mặn là phép đo tổng hàm lượng các muối trong nước. Có thể coi độ mặnlà tổng nồng độ 7 ion Na, K, Ca, Mg, Cl, SO4, HCO3 vì các ion này thường chiếm95% tổng số ion hoà tan. Đo độ mặn bằng tỉ trọng kế, khúc xạ kế (tiện lợi hơn,chính xác hơn) hoặc máy đo độ dẫn EC.

Nước biển có độ mặn trung bình 35‰. Trong đó, nồng độ NaCl khoảng27g/l, chiếm hơn 75%, tuy nhiên chưa bằng 1/10 mức bão hoà là 35,9g NaCl/100ml @25°C. Biển hở có độ mặn lớn nhất là biển Hồng Hải(38‰). Biển kín có độmặn lớn nhất là biển Chết (31.5%). Biển nhạt nhất là biển Baltic, độ mặn khoảng8‰.

Độ mặn S (‰) EC (µS/cm)

Nước ngọt < 0,5 1.495

Nước lợ 0,5 - 30

Nước biển 30 - 35 60.000

Khi độ mặn trên 4 g/l (EC ∼6.000 µS/cm), cây trồng bị giảm năng suất và khi

trên 8 g/l tất cả các thực vật đều bị chết, trừ rừng ngập mặn. Theo tiêu chuẩn nướctưới cho nông nghiệp, độ mặn cho phép là 1 g/l đối với mạ và 4 g/l đối với lúa ởgiai đoạn sinh trưởng. Do đó, người ta thường lấy độ mặn 4 g/l là ranh mặn-ngọt.Tiêu chuẩn này đối với rau màu và cây ăn trái càng thấp hơn (1 g/l) do nhạy cảmvới mặn hơn lúa và thủy sản, đặc biệt là cây ăn trái lúc ra hoa và đọt non.

Thủy sản nước ngọt có thể chịu được độ mặn cao hơn 4 g/l. Tiêu chuẩn chogia súc là 0,4 g/l.

Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống của Bộ Y tế năm 2005 quy định độ mặnnhỏ hơn 1,0 g/l.

Bảng Hướng dẫn FAO 1985 nước tưới

Độ dẫn điện Mức độ ảnh hưởng

14

Phân tích nước

(µS/cm) KhôngNăng suất 100%

Nhẹ Năng suất 50-90%

Nghiêm trọngNăng suất <50%

Cây trồng nóichung

<700 700-3.000 >3.000

Cây lúa <2.000 2.000-4.800 >4.800

8. TỔng chẤt rẮn hòa tan (TDS) (Cặn hoà tan)

Các chất rắn hoà tan trong nước bao gồm chủ yếu là chất vô cơ (muốikhoáng) và một phần nhỏ chất hữu cơ từ sự phân huỷ động thực vật. Định nghĩa nàytương tự với độ mặn. Khái niệm TDS thích hợp hơn cho nước uống, còn khái niệmđộ mặn thường dùng trong các ngành trồng trọt, thuỷ sản. Tiêu chuẩn vệ sinh nướcăn uống do Bộ Y tế ban hành năm 2002 và TCVN 5502: 2003 về nước cấp sinhhoạt đều quy định TDS nhỏ hơn 1000 mg/l.

Thực nghiệm :

Các phương pháp xác định:

1) PP trọng lượng: sau khi lọc qua giấy lọc 2 µm, hút một thể tích chính xác, làmbay hơi hết (95oC rồi 105oC) và đem cân tính ra phần cặn. Cách này tốn thời giannhưng cho kết quả đúng hơn đo máy. PP mắc sai số nếu mẫu chứa chất hữu cơ phântử lượng nhỏ-dễ bay hơi. Tuy nhiên, với nước tự nhiên không cần quan tâm đến saisố này. Mẫu nước có hàm lượng muối lớn thì hút ẩm mạnh, đòi hỏi thời gian sấy lâuvà cân nhanh.

Khi nung ở 180oC, bicarbonat sẽ bị chuyển về carbonat và kết quả sẽ gần vớitính toán từ các thành phần ion đã biết.

2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2 200oC

2) PP đo máy : Từ phép đo độ dẫn điện, máy sẽ cho ra giá trị TDS sau khi nhân chohệ số quy đổi f.

TDS (mg/l) = f x EC (µS/cm) với f =0,55-0,7

Với nước tự nhiên có thành phần 4-4-2 (40% Na2SO4 + 40% NaHCO3 + 20% NaCl)thì hệ số f = 0,67. Với nước biển, thành phần chủ yếu NaCl, cần dùng hệ số f nhỏhơn f =0,568. VD: Khi Sal=0.5g/l: f=0,66. Khi Sal=13g/l: f=0,52

Có 2 nguyên nhân làm phép đo TDS cung như độ mặn không chính xác:

- Đối với các dung dịch cùng chứa 1 loại muối, độ dẫn không tăng tỷ lệ thuậntuyệt đối với nồng độ muối, nguyên nhân do tương tác ion ở nồng độ lớn khả năngphân ly của chất điện ly giảm đi.

15

Phân tích nước

- Ngoài ra, nước trong tự nhiên thành phần hoá học thay đổi khác nhau trongkhi hệ số quy đổi này chỉ đúng với một loại nước thành phần biết trước.

3) Kiểm tra TDS bằng tổng nồng độ các ion mg/l, riêng độ kiềm là mg CaCO3/l:

TDS = 0,6(Alkalinty) + Mg + Ca + Na + K + Cl +SO4 + SiO3 + NO3

2,1tínhTDSðoTDS

0,1 <<

9. TỔNG CHẤT RẮN LƠ LỬNG (TSS) (Cặn không tan)

TSS được dùng đánh giá sự xói mòn bề mặt, ảnh hưởng của chất thải, vậnchuyển chất dinh dưỡng như phosphat, kim loại nặng, hoá chất nông-công nghiệp.

Vào mùa lu, TSS nước sông có thể lên tới 1–10g/L. Các hạt lơ lửng đượcphân loại dựa vào kích thước: 0,00024 – 0,005mm là hạt sét, từ 0,005 – 0,05mm làphù sa, trên 0,05mm là hạt cát mịn. Thành phần hữu cơ trong sediment chiếm dưới1%, chất hữu cơ chủ yếu là các chất mùn. Trong các chất mùn thì axit humic, phầnkhông tan chiếm trên 70%, đây là chất không tan trong cả môi trường kiềm hay axit,do đó rất bền vững và không thể phân huỷ sinh học trong tự nhiên.

Các chất lơ lửng có thể mang theo vi sinh vật gây bệnh. Trong xử lý nước,quá trình keo tụ loại bỏ các vật thể lơ lửng che chắn vi sinh vật trước tác động củaclo, nhờ đó việc khử trùng bằng clo hiệu quả hơn, giảm tiêu hao hoá chất khử trùngdo giảm được nhu cầu clo của nước.

Hoá chất, dụng cụ :

- Huyền phù so sánh, ρ = 500mg/l.

Hoà tan 0,500g vi tinh thể xenlulô (microcrystalline cellulosis) đã sấy khô,loại dùng cho sắc kí lớp mỏng (TLC) hoặc tương đương, trong bình định mức1000ml và thêm nước cất đến vạch mức. Huyền phù này bền ít nhất ba tháng. Lắckỹ huyền phù trước khi dùng.

- Huyền phù xenlulô so sánh, ρ = 50mg/l.

Lắc kỹ huyền phù so sánh 500mg/l cho đến hoàn toàn đồng thể. Đong nhanhvào bình định mức 100ml. Chuyển thể tích đã đo vào bình định mức 1000ml vàđịnh mức đến vạch mức bằng nước cất. Chuẩn bị huyền phù xenlulo so sánh nàyhàng ngày và lắc kĩ trước khi dùng.

Thực nghiệm :

16

Phân tích nước

Lắc trộn đều mẫu, sau đó cho một thể tích mẫu lọc qua giấy lọc sợi thuỷ tinh

loại tiêu chuẩn đường kính 47 mm, cỡ lọc 2 µm (Whatman GF/A) đã biết trước khối

lượng W1, tốt nhất ngâm giấy lọc 24h rồi sấy và cân. Sấy giấy lọc có chất lơ lửng ở105oC ± 2oC trong 1-2 giờ. Lấy ra cho vào bình hút ẩm để nguội 30 phút, đem cân.Lập lại quy trình sấy-làm nguội-cân cho đến khi giấy lọc có khối lượng không đổiW2 không sai khác 0,0005 g hay 4% so với lần trước(chọn giá trị nào nhỏ hơn). Thể

tích mẫu chọn lựa sao cho cho độ chênh lệch ∆W trong khoảng 0,0050 – 0,0500 g.

V

WWTSS 12 −=

Khi nung bằng lò ở 550oC trong 15 phút, phần mất đi là chất rắn bay hơi(VSS), phần cặn là chất rắn cố định (fixed solid),

Lưu ý:

- Các mẫu chứa dầu mỡ khó đạt đến khối lượng không đổi.

- Giới hạn dưới của phép xác định là khoảng 2 mg/l.

- Đối với các mẫu độ mặn trên 1g/l, cần tráng cái lọc ba lần sau khi nướcmẫu rút hết, mỗi lần 50ml nước cất.

- Kết quả xác định phụ thuộc vào loại cái lọc được dùng. Bởi vậy cần chỉ rõkích thước lỗ của giấy lọc.

- Cỡ các hạt trong các loại nước có thể rất khác nhau. Không có mối quan hệgiữa kết quả thu được với cỡ lỗ của giấy lọc, và không có hệ số chuyển đổi kết quảtừ các loại giấy lọc khác nhau.

- Độ hao khối lượng trong một phép thử trắng khi thay mẫu bằng 150ml nướccất phải nhỏ hơn 0,0003 g.

10. ĐỘ CỨNG (Hardness)

Độ cứng để chỉ các ion kim loại hóa trị II, chủ yếu là Ca và Mg, ngoài ra còncó Sr, Ba, Fe, Mn. Trong nước sông, các ion này chủ yếu ở dạng bicarbonat. Trongnước biển thì ngược lại dạng clorua, sunfat chiếm ưu thế, độ kiềm sẽ bằng độ cứngcacbonat (độ cứng tạm thời). Tác hại của độ cứng là tạo ra cặn lắng trong thiết bịđun nóng, ống dẫn-dễ gây nổ thiết bị, tăng lượng điện tiêu thụ, làm giảm hiệu quảtẩy rửa. Đối với sức khỏe con người, nước cứng sẽ gây hại cho sức khỏe qua ănuống, qua đường tiêu hóa tạo các bệnh sỏi mật, sỏi thận, sỏi bàng quang, gây bướucổ, ảnh hưởng đến men răng... Tiêu chuẩn nước sinh hoạt & ăn uống cho phép độcứng đến 300mg/L, nhưng chỉ cần nước có độ cứng khoảng 100mg/L là có thể cóhiện tượng cặn trắng khi đun sôi, pha trà sẽ sậm màu.

17

Phân tích nước

Cần phân loại độ cứng theo anion để lựa chọn phương pháp làm mềm nướcthích hợp. Độ cứng cacbonat (độ cứng tạm thời) là tổng nồng độ các muốibicacbonat, cacbonat của Ca2+ , Mg2+ trong nước. Nhưng vì hàm lượng cacbonattrong nước thiên nhiên rất nhỏ, nên thực chất độ cứng cacbonat chủ yếu do muốibicacbonat của Ca2+ , Mg2+. Độ cứng phicacbonat (vĩnh cửu) là tổng nồng độ cácmuối clorua, sunfat, nitrat của Ca2+ , Mg2+ trong nước.

Có thể giảm độ cứng (làm mềm nước) bằng hoá chất, cột trao đổi ion .

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O loại bỏ độ cứng do HCO3

CaSO4 + Na2CO3 → Na2SO4 + CaCO3 loại bỏ độ cứng do SO4

Bảng Phân loại nước theo độ cứng

Phân lọai mg/l CaCO3

Rất mềm 0-20

Mềm 20-50

Cứng 50-500

Rất cứng >500

Phương pháp chuẩn độ EDTA với chỉ thị EBT:

EDTA có công thức vắn tắt là H4Y nằm chung trong một nhóm các hợp chấtchứa nhóm amino-dicarboxylic, goi là một complexon. Nó có khả năng tạo phứcbền với nhiều ion kim loại với tỉ lệ hợp thức 1:1. Trong phân tử EDTA có 4 nhómcarboxyl và 2 nhóm amin, có thể tạo ra 6 nối hoá trị với một ion kim loại. Ở pH≤12,hai nhóm amin vẫn còn ái lực với proton nên EDTA chỉ tạo phức chelat có 4 nốihoá trị. Chelate là phức chất vòng càng, là một dạng phân tử mà trung tâm là mộtion của 1 nguyên tố kim loại ở giữa, và các phối tử xung quanh là các chất hữu cơ.

MeEBT + H2Y2- → MeY + 2H+ + EBT

đỏ nho ko màu ko màu xanh dương

Đầu tiên Mg2+ tạo phức bền hơn với EBT (pK’pH=10=5,37 so với 3,8 của Ca2+).Sau đó, Ca2+ bị chuẩn độ trước do hằng số bền phức EDTA của Ca lớn hơn Mg2+

(pK’pH=10=10,24 so với 8,24 của Mg2+). Phức của Ca-EBT có màu đỏ lợt, còn phứcMg-EBT có màu đỏ đậm. do đó, sự hiện diện của Mg2+ làm chuyển màu rõ rệt hơn.Vì vậy, nếu mẫu không chứa Mg2+, cần cho vào dung dịch đệm một ít Mg-EDTA ,điều này không gây ảnh hưởng phép xác định vì Mg và EDTA đều thêm vào tỷ lệbằng nhau 1:1.

Phản ứng chuẩn độ được thực hiện trong khoảng pH từ 7-11 vì các nguyênnhân sau:

18

Phân tích nước

+ Màu phức của kim loại với chỉ thị có màu đỏ. Ở pH < 6,3 chỉ thị có màuđỏ, pH>11,6, chỉ thị có màu cam. Chỉ khi duy trì pH=7-11 chỉ thị có màu xanhdương thì sự chuyển màu có tính tương phản.

+ Với đệm pH=10, EDTA tồn tại ở dạng H2Y2- phức của Ca, Mg với EDTAbền nhất, phức với các kim loại khác kém bền nhất, nhiều kim loại có thể kết tủa, vìvậy, cần cho thêm vào 1 chất tạo phức cạnh tranh ngăn không cho các hydroxit tạothành. Trong trường hợp này, NH3 và trietanolamin đóng vai trò như vậy.Trietanolamin N(CH2-CH3-OH)3 tạo phức bền với Al3+, Mn2+, Fe3+.

+ Phản ứng sinh ra H+, làm giảm pH dẫn tới thay đổi hằng số bền của phức,màu sắc của chỉ thị. Do đó phải dùng đệm.

Bảng: Hằng số bền các phức EDTA (Martell & Smith, 1974)

Metal Log K Metal Log K

K (+I) 0.8 Pb (+II) 18.04

Na (+I) 1.66 Sn (+II) 18.3

Li (+I) 2.79 Ni (+II) 18.62

Ba (+II) 7.86 Cu (+II) 18.80

Mg (+II) 8.79 Hg (+II) 21.7

Ca (+II) 10.69 Al (+III) 16.3

Cr (+II) 13.6 Cr (+III) 23.4

Mn (+II) 13.87 Mn (+III) 25.3

Fe (+II) 14.32 Fe (+III) 25.1

EBT tạo phức với Cu(II), Ni(II), Co(II), Cr(III), Fe(III), Al(III) bền hơnphức của EDTA. Như vậy, không thể chuẩn độ trực tiếp các ion trên bằng EDTAmà phải chuẩn độ ngược. Phép chuẩn độ ngược còn được sử dụng khi phản ứng tạophức EDTA xảy ra chậm. Phản ứng của Fe(+III) và Al(+III) cần thúc đẩy bằngcách đun nóng, sau đó để nguội rồi mới cho chỉ thị.

Với mẫu nước có chứa một lượng đáng kể kim loại nặng thì chỉ thị chuyểnmàu không rõ ràng hay mất màu. Có thể dùng 2 chất che sau:

- NaCN là chất che hiệu quả Fe, Cu, Co, Ni. Phải đảm bảo môi trường kiềmtrước khi cho vào.

- Na2S là chất che hiệu quả Mn (1 mg/l), Zn, Pb, polyphosphat.

Ngoài ra, trong môi trường kiềm, Mn(II) sẽ chuyển về Mn(IV) phá huỷ chỉthị. Để ngăn ngừa cần cho thêm hydroxylamin.

19

Phân tích nước

Hoá chất:

- Chuẩn Ca 20 meq/l : cân 1,000g CaCO3 và thêm vào từng giọt HCl 1:1 đến khitan hoàn toàn, sau đó thêm 200ml nước cất và đun sôi để đuổi CO2. Sau khi nguội,định mức đến vạch 1000ml.

- Dung dịch EDTA nồng độ 20 meq/L có hai cách pha:

- Pha từ dạng muối disodium dihydrat (Titriplex III, M=372,24): nếu cầnsấy ở 80oC khoảng 2 giờ, hoà tan 3,72 g pha trong 1L nước cất.

- Pha từ dạng axit (Titriplex II, M=292,25): hoà tan 2,92g pha trong 1Lnước cất, dạng này rất ít tan nên phải cho thêm 0,8850g NaOH để chuyểnvề dạng muối dễ tan.

Bình thường có thể coi EDTA là chất chuẩn gốc. Nếu cần thiết, có thể xác định lạinồng độ EDTA theo chất gốc CaCO3. Khi chuẩn lại nồng độ EDTA cần cho 2 giọtdung dịch MgEDTA 0,85% để phản ứng chuẩn độ chuyển màu dễ nhìn.

- Chỉ thị EBT dạng dung dịch: cân trong beaker 0,5g Eriochrome Black T(C20H12N3O7SNa), thêm 2ml etanol, lắc cho tan, cho vào 100g trietanolamin[(HOCH2CH2)3N]. Có thể pha dạng bột với NaCl nhưng không pha trong nước cấthay rượu vì kém bền.

- Dung dịch đệm pH=10: 34g NH4Cl + 285ml NH3 trong 500ml, dùng trong 1tháng, đậy kín để ngăn ngừa NH3 bay hơi.

Thực nghiệm :

Hút 20 ml mẫu vào erlen + 1 ml đệm + 1 giọt chỉ thị rồi chuẩn độ từ màu đỏnho (wine-red) chuyển sang xanh dương rõ rệt (sky-blue). Điểm cuối chuẩn độ làlúc ánh đỏ cuối cùng cung biến mất. Sắc thái màu dung dịch không thay đổi nếuthêm một giọt EDTA nữa. Khi xuất hiện màu tím (màu trung gian) cần chuẩn độchậm lại. Nếu sự chuyển màu không rõ là do chỉ thị hỏng hay có mặt các chất cảntrở (kim loại nặng, polyphosphat).

20

Phân tích nước

Đỏ nho Xanh

Độ cứng (mg CaCO3/L) = CaMg (meq/L) x 50,043

100 mg/L CaCl2 → 0.9 mmol/L CaCl2 → 0.9 mmol/L Ca2+ → 0.9 mmol/L as

CaCO3 or 90 mg/L as CaCO3

Lưu ý :

- Chỉ thị calmagit pha trong nước cung chuyển màu giống EBT nhưng rõ rệthơn.

- Sau khi cho đệm nên chuẩn độ sớm trong vòng 5 phút để tránh CaCO3 kếttủa mặc dù tủa CaCO3 có thể tan trở lại khi có EDTA. Với các mẫu hút thể tích nhỏnên cho thêm nước trước khi cho đệm. Nên chuẩn độ nơi đủ ánh sáng vì thiếu ánhsáng thì tới lúc chuyển sang màu xanh vẫn thấy ánh tím.

- Độ cứng tạm thời hay độ cứng carbonat là một phần của độ cứng chung,tương đương với hàm lượng cacbonat và bicacbonat trong nước: chuẩn độ HCl vàchỉ thị metyl cam.

- Độ cứng vĩnh cửu: đun đến khô mẫu, hoà tan phần cặn với nứơc cất, lọc bỏtủa, chuẩn độ EDTA và chỉ thị EBT.

11. CANXI

Canxi có nhiều trong nước chảy qua vùng đá vôi (calcite, CaCO3) hay thạch cao(gypsum, CaSO4.2H2O). Với mẫu nứơc sông Mekong, nồng độ Ca gấp 3 lần Mg.Với mẫu nước sông Đồng Nai, Ca=Mg. Với mẫu nước biển Ca=1/4*Mg(16-25%).

21

Phân tích nước

Phương pháp: kết tủa Mg dưới dạng hydroxid ở pH=12. Chuẩn độ Ca bằng EDTAvà dùng chỉ thị murexid . Ngoài ra có thể dùng chỉ thị Eriochrome blue black R cóưu điểm là chuyển màu rõ rệt hơn, từ đỏ sang xanh da trời.

Thực nghiệm:

- Chỉ thị Murexid dạng khô: 200mg murexid+100g NaCl hay KCl, nghiền thật kĩ.Nên bảo quản trong bình hút ẩm. Không pha chỉ thị dạng nước do kém bền.

- Dung dịch NaOH 1N

Hút 20 ml mẫu + 1ml NaOH+ 1 ít chỉ thị, chuẩn độ ngay không để lâu vì trong môitrường kiềm mạnh, chỉ thị không bền, ngoài ra Ca tạo CaCO3 gây sai số âm. Chỉ thịchuyển từ màu cam sang màu tím đậm.

12. OXY HÒA TAN (DO)

Quá trình ôxi hóa các chất hữu cơ sẽ tiêu thụ ôxy hoà tan trong nước(DO).Nếu nước càng ô nhiễm, ôxy hoà tan càng thấp, vi sinh vật kỵ khí sẽ chiếm ưu thếvà phân huỷ chất hữu cơ thành NH3, H2S (mùi hôi thối), CH4 (dễ cháy) làm chonước giảm khả năng tự làm sạch. Nước uống có DO nhỏ hơn 80% mức bão hòa gâymùi, vị khó chịu.

Ảnh hưởng lớn nhất của DO là đối với nhu cầu hô hấp của loài thuỷ sản.Nhu cầu oxy cần thiết cho sinh vật dưới nước thay đổi tùy theo loài và tùy thuộcgiai đoạn sinh trưởng. Nhìn chung có thể đánh giá như sau:

+ DO = 5-6 mg/l: đáp ứng đủ cho sinh trưởng.

+ DO < 3 mg/l: gây căng thẳng, ăn mồi giảm và dễ bị nhiễm bệnh.

+ DO < 2 mg/l: gây chết cá.

Tiêu chuẩn chất lượng nuôi cá của FAO quy định nồng độ DO trong nướcphải cao hơn mức 50% bão hòa tức cao hơn 4 mg/l ở 250C. Ở vùng nhiệt đới, giớihạn này vào khoảng 3,8 mg/l.

Tiêu chuẩn chất lượng nước ngọt bảo vệ đời sống thủy sinh (TCVN 6774:2000) quy định DO trung bình ngày phải lớn hơn 5 mg/l.

Trong nước mặt, DO chịu nhiều ảnh hưởng của các quá trình như:

- Quá trình phân hủy các chất hữu cơ làm giảm DO.

- Sự thâm nhập từ không khí (chậm) cụ thể là tốc độ dòng, tốc độ gió, sựkhuấy trộn làm tăng DO.

- Quá trình hô hấp làm giảm DO.

22

Phân tích nước

- Quá trình quang hợp của rong tảo làm tăng DO.

Kết quả của các quá trình trên là DO sẽ thay đổi theo độ sâu và theo thờigian trong ngày. Tầng nước mặt giàu oxygen do quá trình quang hợp và tiếp xúckhông khí, còn tầng đáy có rất ít oxygen do vật chất hữu cơ tích tụ và phân hủy.Trong ao hồ giàu dinh dưỡng, thực vật phát triển mạnh, DO thấp nhất khi gần sáng3-6h (DO~0 mg/l) và cao nhất là lúc trưa 14-16h (DO~200%).

Về bản chất, khả năng ôxygen hoà tan trong nước phụ thuộc 3 đại lượng vậtlý là độ mặn, nhiệt độ và áp suất khí quyển. Giá trị DO bão hòa tỉ lệ nghịch với độmặn, nhiệt độ; tỉ lệ thuận với áp suất khí quyển nên ngoài đơn vị mg/l, vì vậy ngườita thường đo DO theo % so với mức bão hoà để có thể so sánh, đánh giá đúng chấtlượng nguồn nước. Ở nhiệt độ 26-28oC, độ mặn 0‰ thì DO bão hoà khoảng 8,1-7,9mg/l, độ mặn 35‰ thì DO bão hoà khoảng 6,6-6,4 mg/l .

°CĐộ mặn (g/L) tại mực nước biển

°F0 g/L 10 g/L 20 g/L 30 g/L 35 g/L10121416182022242628

11.310.810.39.99.59.18.78.48.17.8

10.610.19.79.38.98.58.27.97.67.4

9.99.59.18.78.48.07.87.57.27.0

9.38.98.68.27.97.67.37.16.86.6

9.08.68.38.07.67.47.16.96.66.4

50.053.657.260.864.468.071.675.278.882.4

Cao độ (ft)Áp suất (mm Hg)

Hệ số hiệu chỉnh

-540 775 1.02Sea Level 760 1

500 746 0.981000 732 0.961500 720 0.952000 707 0.932500 694 0.913000 681 0.93500 668 0.884000 656 0.864500 644 0.855000 632 0.83

23

Phân tích nước

5500 621 0.826000 609 0.8

Trên thực tế, để phản ánh đầy đủ, cần lấy mẫu DO theo nhiều thời điểm, độsâu, vị trí khác nhau, đổng thời ghi nhận nhiệt độ, độ mặn tại hiện trường.12.1 Phương pháp chuẩn độ Winkler cải tiến (azide modification)

Khi thêm dung dịch kiềm chứa iodua và dung dịch Mn(II) vào mẫu nước, kếttủa trắng mangan hydroxit xuất hiện. Kết tủa này lập tức bị O2 trong nước oxy hoáthành kết tủa Mn(III). Quá trình này là cố định oxygen trong mẫu.

Mn 2+ + 2OH− → Mn(OH)2 (↓trắng)

2Mn(OH)2 + ½O2 + H2O → 2Mn(OH)3 (↓nâu)

Khi thêm vào axit, hợp chất Mn(III) oxi hoá iodua để tạo ra iot. Dùng dungdịch natri thiosunfat để chuẩn độ lượng iot sinh ra, từ đó sẽ tính được hàm lượngoxi hoà tan trong mẫu nước.

Mn(OH)3 + 2I− + 3H+ → Mn2+ + I2 + 3H2O

I3- + 2S2O3

2- → 3I- + S4O62-

Iot trong môi trường axit có tính ôxy hoá sẽ bị các chất hữu cơ như tanin,axit humic, lignin khử về iodua gây sai số âm :

H2S + I2 → S↓ + 2H+ + 2I-

Ngược lại, sự hiện diện một số ion vô cơ gây sai số dương vì sinh ra iod:

Fe(OH)3 + 2I- + 3H+ → Fe2+ + I2 + 3H2O

NO2- + 2I- + 4H+ → N2O2 + I2 + 2H2O

N2O2 tiếp tục phản ứng với ôxy không khí sinh ra NO2- làm lặp lại quá trình sai số

như một vòng tuần hoàn. Như vậy, sai số do ion NO2- sẽ rất lớn.

N2O2 + ½O2 + H2O → 2NO2- + 2H+

Có thể khắc phục ảnh hưởng cản trở của Fe(III) bằng dung dịch axit H3PO4

đậm đặc khi axit hóa mẫu đã được cố định oxi: ion phosphat sẽ tạo phức bền vớiFe(III) và ngăn sự ôxy hoá thành Fe(II).

Với mẫu chứa NO2>0,05 mg/l, cần dùng azid để loại trừ ảnh hưởng. Nồngđộ NO2 đến 15 mg/l không gây cản trở phép xác định vì chúng bị phân hủy khithêm azid.

NO2- + N3

- + 2H+ → N2O + N2 + H2O

24

Phân tích nước

Nếu mẫu nước chứa nhiều chất lơ lửng có khả năng cố định hoặc tiêu hao iodcần phải loại bỏ bằng nhôm hydroxit trước khi cố định oxi.

Hoá chất, dụng cụ:

* Bình thủy tinh miệng hẹp, dung tích từ 100-300 ml. Thể tích mỗi bình có thể xácđịnh bằng cách cân.

* Dung dịch DO(I): hoà tan 210g MnCl2.4H2O trong 500 ml nước cất đun nóng. Cóthể dùng MnSO4 dạng ngậm 1,2,4 phân tử nước để pha.

* Dung dịch DO(II): hoà tan 250g NaOH, 75g KI, 5g NaN3 trong 1000ml nước cất.

Cảnh báo: Natri azid là chất độc cực mạnh. Nếu biết chắc không có nitrittrong mẫu thì không cần dùng azid.

* Hồ tinh bột: hoà tan 2,0g tinh bột vào 100ml nước cất đun nóng, thêm 0,2g axitsalicylic để bảo quản. Thay vì dùng axit salicylic bảo quản, có thể dùng 2 giọtchloroform, toluen, amylic.

* Dung dịch kali dicromat 0,02N: Hoà tan 0,9807g K2Cr2O7 đã được sấy khô ở105oC bằng nước cất trong bình định mức 1 lít, định mức đến vạch.

* Dung dịch natri thiosunfat 0,02M=0,02N : pha Na2S2O3.5H2O 4,96g/L. Thêm 0,2g Na2CO3 hay 0,4 g NaOH để bảo quản .

Thiosunfat chỉ bền trong môi trường kiềm hay trung tính. Trong môi trường axit, nóphân hủy thành sulfur dioxid và sulfur S.

S2O32-

(aq) + 2H+(aq) → SO2(g) + S(s) + H2O

Chuẩn lại nồng độ Na2S2O3: Cho vào erlen 10ml dung dịch kali dicromatK2Cr2O7 0,02N và 1g kali iodua KI, 10ml dung dịch axit clohhidric HCl 2:1. Lắcnhẹ đến khi tan hết KI dung dịch có màu vàng nâu, chuẩn độ ngay bằng dung dịchnatri thiosunfat đến màu vàng nhạt. Thêm 1 ml dung dịch hồ tinh bột rồi tiếp tụcchuẩn độ đến vừa mất màu xanh (không quan tâm đến sự lại màu).

Cr2O72- + 9I- + 14H+ → 2Cr3+ + 3I3

- + 7H2O

Có thể thay K2Cr2O7 bằng kali iodat KIO3 hay kali bi-iodat KH(IO3)2

IO3- + 8I- + 6H+ → 3H2O + 3I3

-

Thực nghiệm:

- Lấy mẫu vào chai DO.

25

Phân tích nước

- Thêm thuốc thử ở dưới bề mặt nước của mẫu bằng cách dùng các pipet cómui nhọn 0,5ml dung dịch Mn(II) rồi 0,8 ml dung dịch kiềm, đậy nắp chai sao chokhông có bọt khí, lắc trộn đều để tạo kết tủa.

- Đợi sau khi kết tủa lắng xuống thì cho tiếp 1 ml H3PO4, đậy nắp, lắc đếnkhi tan hết tủa (khoảng 30 phút). Hút ra 50 ml cho vào erlen để chuẩn độ bằngNa2S2O3, chỉ thị hồ tinh bột như trên.

TV

fVNDO

1000*8***=

N : nồng độ đương lượng gam của dung dịch natri thiosunfat;

V : thể tích dung dịch natri thiosunfat tiêu tốn, ml;

VT : thể tích dung dịch I2 đem chuẩn độ

Trong đó : RB

B

VV

Vf

−=

VB : thể tích chai cố định oxi, ml;

VR : tổng thể tích hai thuốc thử cho vào cố định ôxy, ml;

8 : đương lượng của oxi;

12.2 Phương pháp đầu đo điện hóa

* Nguyên tắc máy đo DO:

Nhúng đầu đo chứa màng chọn lọc, hai điện cực kim loại và chất điện giải vàonước cần phân tích. Màng thực tế không thấm nước và các ion hòa tan, chỉ thấmoxy một vài chất khí và chất ưa dung môi.

Do sự chênh lệch thế giữa các điện cực gây ra bởi tác động của điện kế hoặcdo điện áp ngoài đặt vào, oxy thấm qua màng bị khử trên catot trong khi các ionkim loại đi vào dung dịch tại anot.

Kiểu Clark (polarographic) Kiểu GalvanicAnod 2Ag + 2Cl- → 2AgCl + 2e-

(Điện cực Ag/AgCl, dung dịch điệngiải KCl)

2Pb + 4OH- → 2PbO + 2H2O + 4e-

(Điện cực Pb, Zn, Cd)

Catod 2e- + ½ O2 + H2O → 2OH-

(Điện cực Pt, Au, Pd)2e- + ½ O2 + H2O → 2OH-

(Điện cực Au, Ag)2Ag + ½O2 + H2O + 2Cl- → 2AgCl + 2OH-

26

Phân tích nước

Dòng điện sinh ra tỷ lệ thuận với tốc độ chuyển oxy qua màng, qua lớp chấtđiện ly và do vậy làm tăng áp suất riêng phần của oxy trong mẫu ở nhiệt độ đã cho.

Phương pháp này có các ưu điểm: có thể đo DO các mẫu nước đục hay cómàu, mẫu có mặt các chất cản trở (nitrit, chất hữu cơ,...), tránh sai sót trong quátrình cố định mẫu bằng hóa chất, có thể đo ngay tại hiện trường hay đo liên tục.

Máy đo DO phải bù trừ 3 loại sai số ảnh hưởng kết quả:

- Nhiệt độ: làm thay đổi độ hòa tan của oxygen trong nước, khả năngkhuếch án của oxygen qua màng, nhiệt độ được bù trừ tự động.

- Độ mặn: bù trừ tự động hay thủ công (nhập tay giá trị độ mặn)

- Áp suất: bù trừ thủ công, không cần bù trừ nếu máy được hiệu chuẩn tạinơi có áp suất bằng với lúc đo mẫu.

* Hướng dẫn sử dụng máy đo:

- Hiệu chuẩn máy bằng một trong các cách sau:

+ Giá trị DO bão hòa 100% (không khí ẩm bão hòa hơi nước haydung dịch đã sục khí ) ở nhiệt độ, áp suất khí quyển phòng thí nghiệm.

+ Giá trị DO của 1 dung dịch biết trước.

+ Giá trị DO bằng 0 mg/l (dung dịch Na2SO3.7H2O bão hòa >70gtrong 100 ml nước cất)

Giá trị zero khoảng 1 mV (trong khi đó mức DO bão hòa 200 mV) vìvậy, phép đo zero không quan trọng, chỉ cần hiệu chuẩn 1 điểm bão hòa.

- Với điện cực loại cực phổ (loại Clarke-anod Ag) cần 20 phút phân cựcsau khi bật máy để ổn định.

- Nếu đo trong vùng không có dòng chảy, cần khuấy để tránh thiếu hụtoxygen tại màng.

- Phải bảo đảm không có bọt khí bên trong màng điện cực và bọt khí từmẫu bám trên màng.

- Khi kết quả đo không ổn định hay đáp ứng chậm, cần thay màng hay lausạch anod, catod. Thay điện cực hàng tháng, tùy thuộc vào mức độ sửdụng. Với màng mới thay, cung cần dùng một thời gian đo để cho kết quảổn định.

- Khí và hơi như clo, sunfua dioxit, hydro sunfua, amin, amoniac, cacbondioxit, brom, iod có khả năng khuếch tán qua màng gây cản trở việc xácđịnh.

27

Phân tích nước

- Mẫu có nhiều dung môi, dầu mỡ, sunfua, cacbonat, rong tảo, axit haykiềm có thể gây cản trở việc đo dòng điện hoặc phá hủy màng, ăn mònđiện cực.

- Khi không đo, phải luôn giữ điện cực trong không khí ẩm để tránh bayhơi dung dịch điện phân bên trong.

- Độ chính xác là ± 0,1 mg/l; độ lặp lại là ± 0,05 mg/l

12.3 Phương pháp so màu

Mẫu nước được cho vào ampoule có chứa các hoá chất, phản ứng lên màuxảy ra, cường độ màu đậm dần tỷ lệ theo nồng độ oxygen. Khi màu so sánh vớithang bảng màu, ta đọc được giá trị DO của mẫu. Phương pháp này có ưu điểm làthao tác đơn giản, có thể đo ngay tại chỗ nhưng độ phân giải, độ nhạy đều kém, chiphí cao.

13. NHU CẦU OXY SINH HỌC (BOD5)

BOD5 là lượng oxi hòa tan bị tiêu thụ bởi vi sinh vật để ôxi hóa các chất hữu

cơ và / hoặc chất vô cơ trong 5 ngày ở 20 ± 1oC. Nhu cầu oxygen bao gồm các loại

sau:

+ Quá trình ôxi hóa các chất hữu cơ dễ phân huỷ bởi vi sinh vật baogồm: cacbonhydrat (cellulose, tinh bột, đường), protein, hydrocacbon dầu mỏ…Thứtự bị phân huỷ là đường, protein, sau đó là tinh bột, chất béo. Các chất nhưcellulose, tannin, lignin, kitin bền vững, khó phân hủy.

+ Quá trình ôxi hóa hoá học các hợp chất vô cơ, thường gặp nhất làsunfua, Fe(II) góp phần vào giá trị BOD và ta không thể khắc phục được sai số này.

+ Quá trình nitrat hoá các dạng khử hợp chất nitrogen (amoni, các hợpchất hữu cơ N) gây tiêu hao oxygen, gọi chung là nhu cầu oxy sinh hóa hợp chấtnitơ (Nitrogenous BOD). Ta có thể khắc phục bằng cách cho vào 1 hóa chất ức chếquá trình nitrat hóa. Lúc này phép đo là tổng nhu cầu oxy sinh hóa hợp chất cacbon(Carbonaceous BOD).

Chất hữu cơ trong nước đóng vai trò là thức ăn cho các vi sinh vật dị dưỡng.Khi phân hủy chất hữu cơ thành các chất vô cơ không độc hại (CO2, NO3, SO4,PO4 - quá trình khoáng hoá) thì vi sinh vật hiếu khí cung đồng thời tiêu thụ oxy hoàtan. Oxy hoà tan trong nước bị tiêu thụ quá nhanh trong khi oxy không khí khuếchtán vào chậm thì các sinh vật cần ôxy hô hấp sẽ chết, kể cả vi sinh vật hiếu khí nóitrên. Khi đó, vi sinh vật kỵ khí sẽ chiếm ưu thế và phân huỷ chất hữu cơ thành cáchợp chất mùi thối hay độc hại như NH3, H2S, CH4, do đó, nước càng trở nên ônhiễm hơn. Tốc độ phân huỷ kỵ khí thường chậm và không hoàn toàn.

28

31

32

6L

kb =

Phân tích nước

Để ôxy hóa hết chất hữu cơ cần thời gian từ 21-28 ngày, theo quy ước 20ngày là thời gian đủ để ôxy hóa hoàn toàn (BODu). Như thế thời gian xác định quádài. Trong thực tế, phép đo BOD thực hiện trong 5 ngày, quá trình oxy hóa chỉ đạt60-70%. Ngoài ra, BOD 5 ngày sẽ tránh được sai số do quá trình nitrat hóa vốnthường xảy ra từ ngày thứ 5 đến ngày thứ 7.

Phản ứng BOD xảy ra theo động học bậc 1 và được biểu diễn bằngphương trình:

y = Lo (1 – e-kt)

Trong đó:

Lo : giá trị BOD toàn phần (BODu) là lượng oxy tiêu thụ lớn nhất khi các chất hữu cơ trong nước thải bị phân huỷ sinh học hoàn toàn, mg/l.

y : BOD ở thời điểm ngày thứ t (BODt ), mg/l.

k : hằng số tốc độ phản ứng BOD, ngày-1.

Đồ thị BOD trong 5 ngày có dạng hình hyperbol: BOD liên tục tăng nhưng mứctăng sẽ giảm dần. Đến đây, ta có nhiều phương pháp tính k, Lo khác nhau, trong đóphương pháp Thomas được dùng nhiều nhất. Qua nhiều thuật toán biến đổi, ta có:

( )t

ykL

k

Lt

= +

−

13

13

23

136

Vẽ đồ thị (t/BODt )1/3 theo t, đồ thị là đường thẳng với đoạn chắn b và hệ số góc a:

Suy ra: k = 6 b/a và L = 1/(ka)3

Vai trò của hằng số k rất quan trọng. Tỷ lệ BOD5 = 70% BODu cung nhưBOD5:COD sẽ thay đổi nếu k thay đổi. Vì vậy không thể so sánh BOD5 nếu 2 mẫugiá trị k khác nhau. Khi mẫu chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy và ở dạng lơlửng thì k nhỏ (k=0,1) : BOD5 = 39% BODu , ngược lại khi k lớn (k=0,4) : BOD5 =87% BODu

Bảng. Phân loại chất lượng nước theo BOD5

BOD5 (ppm) Chất lượng nước

1 - 2 Rất tốt

3 - 5 Tương đối sạch

6 - 9 Khá ô nhiễm

10+ Rất ô nhiễm

Nước thải sinh hoạt có BOD5 khoảng 600 mg/l, sau khi xử lý là 20-100 mg/l.Phép thử BOD5 cung như quá trình phân huỷ hiếu khí có thể bị ảnh hưởng bởi nhiềuyếu tố như nhiệt độ, độ mặn, độ pH, vi khuẩn:

29

( ) 31−

= kLa

Phân tích nước

- Nhiệt độ: nhiệt độ tăng 10oC thì tốc độ phân huỷ tăng gấp đôi. Nhiệt độ tốiưu là từ 5 - 35oC. Khi nhiệt độ tăng từ 20o lên 30oC, tốc độ phân huỷ chất hữu cơtăng 30%.

- Các yếu tố như độ mặn cao, độ pH quá axit hay quá kiềm, chất độc đối vớisinh vật như các chất diệt khuẩn, các kim loại nặng, clorin tự do... gây ức chế, thậmchí tiêu diệt vi khuẩn. Theo một nghiên cứu, các mẫu độ mặn cao có tốc độ phânhủy chất hữu cơ giảm đi 30%. - Tảo trong bóng tối sẽ tiêu thụ ôxy. Khi tảo chết đi, vi khuẩn tiếp tục tiêu thụ ôxy để phân huỷ chất hữu cơ được giải phóng. Do đó phải lọc mẫu trước khi cho mẫu vào tủ ủ.

Với nước sông, giá trị BOD5 bằng khoảng 70% COD. Nước thải công nghiệpthường có giá trị BOD5 thấp hơn nhiều lần COD, cá biệt có trường hợp bằngkhoảng 15% COD do:

• Chất hữu cơ nằm ở dạng khó phân hủy sinh học (chất hữu cơ tổng hợp, lignin, tanin, cellulose), hàm lượng C lớn nhưng chất dinh dưỡng N, P thấp.

• Chất hữu cơ nằm ở dạng chất rắn lơ lửng. Trên thực tế, quá trình BOD5 chủ yếu phân hủy chất hữu cơ nằm ở dạng hòa tan.

• Các yếu tố gây ức chế, tiêu diệt vi khuẩn như pH quá thấp hay quá cao, kim loại nặng và chất sát trùng, các chất độc hại.

So với COD, phép đo BOD mất thời gian hơn nhiều, độ đúng và độ lặp lạikém hơn (hệ số biến động CV khoảng 12% so với COD khoảng 6%), phụ thuộcnhiều vào hằng số tốc độ k, hoạt tính của vi khuẩn trong nước pha loãng. Phép đoCOD còn có ưu điểm thao tác đơn giản nếu sử dụng các ống có sẵn hóa chất. Tuynhiên, BOD đặc trưng hơn do chỉ bao gồm các chất hữu cơ phân hủy sinh học, thíchhợp cho nước thải sinh họat. Phép đo BOD mô phỏng theo quá trình phân hủy tựnhiên, tuy nhiên phép đo này không cho số liệu sớm để có thông tin kịp thời. Khi cóđủ số lượng đo đạc BOD, COD kéo dài qua một thời gian, ta có thể tìm ra và chứngminh mối tương quan BOD:COD, từ đó có thể thay BOD bằng COD.

* Những nhiệt độ và thời gian ủ khác với tiêu chuẩn:Phép đo BOD 3 ngày ở 30oC có một mối tương quan với BOD 5 ngày ở

20oC. Hệ số tương quan giữa chúng thay đổi theo từng nhóm nước mặt và chỉ xácđịnh được qua thực nghiệm.

Với mẫu nước BOD cao, chứa chất thải khó phân huỷ, BOD3/30 ≈ 70% BOD5/20. Vớimẫu nước mặn, BOD3/30 ≈ 120% BOD5/20

13.1 Nguyên tắc phương pháp chuẩn độ iod

Phương pháp tiêu chuẩn là xác định DO của mẫu trước và sau khi ủ trong 5

ngày ở 20 ± 1 oC. Mẫu được để chỗ tối trong bình hoàn toàn đầy mẫu và nút kín

nhằm ngăn ngừa sự quang hợp của tảo và tiếp xúc không khí. Để đảm bảo tối ưucho quá trình oxy hóa sinh học của mẫu, ta hòa loãng mẫu với nước cất đã bão hòa

30

Phân tích nước

ôxy, thêm một lượng cố định vi sinh vật mầm giống, pH thích hợp, cung cấp chấtdinh dưỡng nitơ, phospho, muối khoáng.

BOD5= F (D0 - D5) - (F - 1)(T0 - T5)

với F : hệ số pha loãng

D0, D5 : nồng độ ôxy hoà tan của mẫu ngày đầu và sau 5 ngày.

T0, T5 : nồng độ ôxy hoà tan của nước pha loãng ngày đầu và sau 5 ngày.

Trong thời gian 5 ngày, vi khuẩn oxy hóa các chất hữu cơ chủ yếu là dạngtan, chỉ 1 phần nhỏ chất hữu cơ dạng rắn lơ lửng bị oxy hóa. Kết quả được coi làđáng tin cậy khi:

- DO ngày thứ 5 lớn hơn 1 mg/l và chênh lệch DO giữa ngày 1 và 5 ít nhất2 mg/l.

- Nồng độ DO dư nằm trong khoảng 1/3 và 2/3 nồng độ DO ban đầu

3

2C)C(C

3

C 121

1 ≤−≤

* Khi làm nhiều thang pha loãng, có thể dùng hồi quy tuyến tính để tìm BOD:

Dựng đường chuẩn bậc nhất Y = aX + b

với Y là DO ngày thứ 5

X là thể tích mẫu đem pha loãng

Khi tìm được a,b đem thế X=thể tích chai BOD sẽ có DO ngày thứ 5 trong trườnghợp đổ mẫu đầy chai BOD

BOD5 = aVchai - b - DOmẫu

b chính là BOD5 của nước pha loãng. Như vậy, ta chỉ cần xác định DO ban đầu củamẫu và các giá trị DO5 ứng với các thể tích mẫu đem pha loãng. Cách này cunggiúp loại bỏ sai số do BOD nước pha loãng đóng góp.13.2 Nguyên tắc phương pháp đo độ giảm áp suất bằng đầu dò

Chai sau khi đổ 1 thể tích mẫu phù hợp sẽ đậy kín bằng nắp có đầu dò ápsuất, mẫu liên tục khuấy trộn bằng cá từ. Khi vi khuẩn sử dụng oxy hòa tan trongmẫu để oxy hóa chất hữu cơ, lượng oxy từ phần không khí nằm bên trên sẽ thâmnhập bổ sung vào phần sung dịch, và CO2 sinh ra bị chất kiềm hấp thu. Đầu dò sẽđo sự giảm áp suất (không phân biệt CO2, O2) và tính trực tiếp ra giá trị BOD.

Ưu điểm của phương pháp này là tiết kiệm công sức, hóa chất, có thể theodõi BOD bất cứ thời điểm nào (kể cả sau 5 ngày), ít sai số dương do quá trình nitrathóa, chính xác hơn do không mắc sai số chuẩn độ, không bị ảnh hưởng của nước

31

Phân tích nước

pha loãng hay vi khuẩn cấy. Tuy nhiên, có nhược điểm là không làm được nhiềumẫu cùng lúc.

Đường AN: quá trình nitrat hóa xuất hiện sau 6 ngày.

Đường H: thiếu vi sinh vật trong giai đoạn đầu.

Đường B: hệ thống đo áp suất bị hở

Thực nghiệm phương pháp chuẩn độ iod

a) Chuẩn bị dung dịch pha loãng từ các muối sau:

- Đệm photphat pH 7,2: Hòa tan 8,5g (KH2PO4) ; 21,75g (K2HPO4) ; 33,4g(Na2HPO4.7H2O) và 1,7g (NH4Cl) trong 1000ml nước cất. Đệm này vừa tạo môitrường trung tính vừa cung cấp chất dinh dưỡng P.

- Magie sunfat: Hòa tan 22,5g (MgSO4.7H2O) trong 1000ml nước cất.

- Canxi clorua: Hòa tan 27,5g (CaCl2 khan) trong 1000ml nước cất.

- Sắt clorua: Hòa tan 0,25g (FeCl3.6H2O) trong 1000ml nước cất.

Nước cất được sục không khí trong 1 giờ ở nhiệt độ 20oC và thêm 1ml mỗidung dịch muối trên vào khoảng 1000ml và lắc đều. Sau đó, cấy vi sinh vật hiếukhí. Nước pha loãng này chỉ nên dùng trong ngày.

Cần tiến hành xác định BOD nước pha lõang song song với mẫu, nước phalõang đạt yêu cầu phải có BOD<0,2 mg/l.

b) Dung dịch chuẩn kiểm tra glucose- glutamic axit (GGA)

Sấy một ít glucose khan (C6H12O6) và một ít axit glutamic (HOOC-CH2-CH2-

CHNH2-COOH) ở 103oC trong 1 giờ. Cân mỗi thứ 150±1mg, hòa tan trong nước và

pha thành 1000 ml. Chuẩn bị dung dịch này ngay trước khi dùng và đổ bỏ lượng dưvào cuối ngày làm việc .

32

Phân tích nước

Để kiểm tra nước pha loãng đã cấy vi sinh vật và kỹ thuật của người phântích, tiến hành xác định BOD của dung dịch GGA pha loãng 50 lần (pha loãng 20mldung dịch GGA với nước pha loãng đã cấy vi sinh vật thành 1000ml). Kết quả

BOD5 coi là đạt yêu cầu nếu nằm trong khoảng 198 ± 30 mg/l (SMEWW), 220 ±

30 mg/l (AOAC), 180 - 230 mg/l (TCVN), 220 ± 18 mg/l (VELP ).

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O 180 192

C5H9NO4 + 4,5O2 5CO2 + 3H2O + NH3

147 144

Theo lý thuyết để oxy hóa 1mg glucose cần 1,066mg O2, oxy hóa 1mg glutamic cần0,98mg O2. Nhu cầu oxy lý thuyết của dung dịch này là 307 mg/l.

c) Xử lý sơ bộ

• Trung hòa mẫu: Nếu pH của mẫu không nằm trong khoảng 6,5 và 8, cần

dùng dung dịch axit HCl 0,5 mol/l hoặc NaOH 20g/l. Khi trung hoà khôngcần quan tâm đến kết tủa nếu có tạo thành.

• Clo tự do và/ hoặc clo liên kết thường gặp trong nước sau xử lý: Trung hoà clo tự do và clo liên kết có trong mẫu bằng dung dịch natri sunfit 0,5 mol/l. (không dùng dư vì lượng dư sẽ làm tăng BOD và phản ứng với chloramin hữu cơ). Ngoài ra cung có cách cho chlorine bay hơi bằng cách sục khí hay phơi nắng từ 1-2 giờ, sau đó kiểm tra nhanh chlorine bằng cách cho viên thuốc thử DPD (N,N-diethyl-p-phenylenediamine). Nếu thấy dung dịch không có màu hồng là được.

* Chất ức chế quá trình nitrat hóa:

+ alylthioure (ATU) (C4H8N2S) 0,1% tỷ lệ 2 ml ATU cho 1 lit nước phaloãng.

+ 2-clo-6-(triclometyl)pyridin (TCMP) (Cl - C5H3N - CCl3) thêm sao chonồng độ cuối cùng đạt 10mg/l.

14. NHU CẦU ÔXY HÓA HỌC (COD)

Là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất vô cơ và hữu cơ trong nướcbao gồm ở dạng lơ lửng hay hoà tan.

Nguồn cung cấp vật chất hữu cơ cho thủy vực bao gồm:

• Nguồn nội tại: do chính các sinh vật trong thủy vực chết đi bị phân hủy.

• Nguồn ngoại tại: bao gồm mùn bã hữu cơ, nước thải sinh hoạt và côngnghiệp đổ vào thủy vực.

Vật chất hữu cơ trong thủy vực trước hết là nguồn thức ăn của một số loài thủysinh vật, phần còn lại lắng đọng dưới nền đáy thủy vực tạo thành còn gọi là "lớp

33

Phân tích nước

bùn đáy". Chất bùn này bị các vi sinh vật phân hủy tạo thành các muối vô cơ hòatan, cung cấp dinh dưỡng cho thực vật. Khi vật chất hữu cơ trong thủy vực nhiềuqúa trình phân hủy chúng làm tiêu tốn nhiều oxy của môi trường gây nên hiệntượng nhiễm bẩn thủy vực.

Trong nước sông không ô nhiễm, chất hữu cơ chủ yếu là axit tannic, axithumic có nguốn gốc từ phân huỷ thực vật tạo nên màu vàng hay nâu của nước.

Bảng. Phân loại chất lượng nước theo COD

COD (ppm) Chất lượng nước

0 - 2 Rất nghèo dinh dưỡng

2 - 5 Nghèo dinh dưỡng

5 - 10 Dinh dưỡng trung bình

10 - 20 Giàu dinh dưỡng

20 - 30 Rất giàu dinh dưỡng

> 30 Nước bị nhiễm bẩn.

14.1 Phương pháp KMnO4 (Chỉ số Permanganat)

Chỉ áp dụng cho mẫu nước ô nhiễm nhẹ và nồng độ clorua dưới 300mg/l (EC<1200

µS/cm). Tuy nhiên, trong tình hình ô nhiễm ngày càng gia tăng, phương pháp này

không còn được sử dụng do khả năng ôxi hoá chất hữu cơ kém của KMnO4 .

Nguyên tắc: Đun nóng erlen chứa mẫu và một lượng dư KMnO4 trong môi trườngaxit bằng bể điều nhiệt (water bath) đảm bảo các dung dịch trong erlen duy trì ởnhiệt độ giữa 96oC và 98oC trong 20 phút và KMnO4 sẽ ôxy hoá các hợp chất hữucơ. Sau đó để nguội, cho vào erlen dung dịch KI để khử lượng KMnO4 còn dư.Lượng I2 sinh ra sẽ được chuẩn độ bằng dung dịch Na2S2O3.

10KI + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5I2 + 2MnSO4 + 6K2SO4 + 8H2O

Ngay cả khi sử dụng H2SO4 1+2 đun nóng 30 phút, phương pháp này chỉ ôxyhóa được 1 phần nhỏ lượng chất hữu cơ và càng giảm khi hàm lượng chất hữu cơlớn.

Dung dịch COD=18 mg/l: CODCr = 1,46 CODMn (70%)

Dung dịch COD=64 mg/l: CODCr = 1,67 CODMn (60%)

Hoá chất:

* H2SO4 1+3

* KI 4,15g/250ml

34

Phân tích nước

* Dung dịch chuẩn COD:

+ Dung dịch resorcinol 6,0 mg/l có giá trị COD là 9,95 ± 0,12 mg/l.

+ Dung dịch axit salicylic 1,66 mg/l có giá trị COD là 2,33 mg/l.

* Dung dịch trữ KMnO4 0,02M: hoà tan 3,16g KMnO4 trong 1L nước cất, để quađêm cho ổn định nồng độ và bảo quản chai tối màu. Khi để lâu sẽ có tủa MnO2 vàchất này sẽ xúc tác quá trình phân hủy KMnO4.

* Dung dịch làm việc KMnO4 0,002M: pha loãng từ dung dịch trên

* Dung dịch natri thiosunfat (Na2S2O3.5H2O) 0,02M = 0,02N = 4,96g/L. Thêm 0,1 gNa2CO3 để bảo quản tránh CO2 phá hủy. Chuẩn lại nồng độ Na2S2O3 bằng KIO3 hayK2Cr2O7.

Thực nghiệm:

Hút 20ml mẫu cho vào erlen, thêm 1ml axit, 4ml KMnO4 0,002M. Lắc đềuvà đậy nút erlen. Đun nóng sau 20 phút lấy ra làm nguội hoàn toàn bằng nứơc máy.

Lưu ý: phức màu xanh của tinh bột và iôt bị phá huỷ khi nhiệt độ trên 35oC

Cho vào erlen 1 ml KI rồi chuẩn độ ngay bằng Na2S2O3, khi dung dịch cómàu vàng nhạt, cho chỉ thị hồ tinh bột-không nên cho chỉ thị vào sớm và chuẩn độđến khi dung dịch vừa mất màu xanh thì dừng (dù sau đó vài phút có màu xanh trởlại).

Đối với mẫu nước lợ, cần tiến hành phản ứng ôxy hoá trong môi trường kiềmnhư sau: hút 20ml mẫu cho vào erlen, thêm 2ml NaOH 0,4M và 4 ml KMnO4

0,002M. Cách tiến hành tương tự.

o

S2O3SB

V

1000*8*N*)V(V COD

−=

với VB,VS : thể tích thiosunphat chuẩn độ blank và mẫu, ml

NS2O3 : nồng độ đương lượng của thiosunphat, meq/l

Vo : thể tích mẫu hút ban đầu, ml.

8 : đương lượng gam của ôxy

Dung dịch KMnO4 không bền, tự phân hủy chậm hay khi tiếp xúc với cácchất hữu cơ (giấy lọc, cao su, bụi) tốc độ phân hủy sẽ tăng khi có ánh sáng, nhiệtđộ. Do đó, cần tiến hành các bước quy trình một cách liên tục thêm KMnO4-đunnóng-làm nguội-chuẩn độ, không được bỏ dỡ giữa chừng.

Khi CODMn > 10mg/l tương ứng tiêu thụ khỏang 60% KMnO4 phải hút thểtích mẫu ít hơn.

35

Phân tích nước

14.2 Phương pháp K2Cr2O7

Đun mẫu với một lượng dư kali dicromat ở 150oC trong 2 giờ có thể phânhuỷ 95-100% các hợp chất hữu cơ.

với d = 2n/3 + a/6 - b/3 - c/2.

Sau đó chuẩn độ lượng dicromat còn lại bằng dung dịch sắt (II):

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

với EoCr2O7

2-/Cr

3+ = 1,33V ; EoFe

3+/Fe

2+ = 0,77V

Chỉ thị sử dụng là Ferroin, một phức của Fe2+ và 1,10-phenantrolin. Đây là một chỉthị thế điện cực, dạng khử có màu đỏ, dạng oxy hoá có màu xanh ngọc,

E0Fe(phen)3

3+/Fe(phen)3

2+ = +1,06V.

Một số chất vô cơ cung bị oxy hoá như các ion brôm, iốt, nitrit, sunfua,amoni, Fe(II), Mn(II). Tuy nhiên dicromat không oxi hóa NH4 về NO3. Thực tế cácion vô cơ này coi như một phần của giá trị COD tổng số của mẫu.

Dùng Ag2SO4 làm chất xúc tác phân hủy các axit béo mạch thẳng dễ bay hơi(không oxy hoá được hydrocacbon thơm, pyridin, hợp chất nitơ bậc 4). Tuy nhiên,lại tạo kết tủa với Cl, Br, I do đó thêm HgSO4 tạo phức tan với các ion này. Đồngthời, cung nhờ sự tạo phức này mà giảm được sự cản trở của clorua. Tuy nhiên, hàmlượng clorua không được vượt quá 1000-2000 mg/l (EC~6000 uS/cm).

Bảng Các cản trở và cách khắc phục

Dạng cản trở Loại bỏ bằng Dạng tạo thành

Clorua Mercuric sulfate Mercuric chloride

Nitrite Acid sulfamic N2

Sắt (II) Acid sulfamic -

Sunfua Acid sulfamic

* 1 mg Clorua=0,226 mg O2

* 1 mg NO2= 1 mg O2

Hoá chất:

- Chuẩn Potasium hydrogen phthalat có COD lý thuyết bằng 500 mg/l: hòa tan0,4251g KHC8H4O4 (đã sấy ở 110oC) trong 1000 ml nước cất. Chuẩn này bền trong2 tháng, phải trữ lạnh trong tối. Nếu thêm 2 ml H2SO4 đđ để bảo quản thì có thể bềnlâu hơn.

36

Phân tích nước

Chuẩn này dùng để kiểm tra kỹ thuật thí nghiệm, hoá chất, quy trình thửnghiệm và xem là đạt yêu cầu nếu kết quả COD của chuẩn đạt trên 95% giá trị lýthuyết.

KC8H5O4 + 7.5O2 → 8CO2 + 2H2O + KOH

Theo tính toán, nhu cầu ôxy lý thuyết cho 1 mg KHP là 1.175 mg.

- Dung dịch sắt(II) 0,05M: hòa tan 19,6g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O (FAS) và 20 mlH2SO4 pha loãng thành 1000ml. Dung dịch giữ lạnh và xác định lại nồng độ bằngchuẩn K2Cr2O7

FAS

7O2Cr7O2CrFAS V

6**VMN =

- Dung dịch oxi hóa 0,0167M: 4,913g K2Cr2O7 + 167 ml H2SO4 + 33,3 g HgSO4

- Dung dịch axit H2SO4 đậm đặc có thêm Ag2SO4 nồng độ 5,5g/550 ml để qua đêmcho tan.

- Dung dịch chỉ thị Ferroin: hoà tan 1,485g 1,10-phenantrolin monohydrat và0,695g FeSO4.7H2O trong 100 ml nước cất.

Thực nghiệm:

Hút vào ống COD 2 ml mẫu, thêm 3,5 ml dung dịch axit H2SO4 , 2 ml dungdịch K2Cr2O7. Đậy nắp ống, đảo ngược để trộn kĩ. Rửa lượng axit bám bên ngoàiống bằng nước máy. Cho ống vào bếp, đung nóng ở 150oC trong 2 giờ . Để nguội,chuyển sang erlen rồi chuẩn độ với dung dịch Fe(II), thêm chính xác 1 giọt chỉ thịferroin, dừng chuẩn độ khi chuyển từ màu xanh ngọc sang nâu đỏ bền 1 phút.

o

FASSB

V

*)*NV(VCOD

1000*8−=

với VB,VS : thể tích FAS chuẩn độ blank và mẫu, ml

NFAS : nồng độ đương lượng của FAS, meq/l

Vo : thể tích mẫu hút ban đầu, ml.

8 : đương lượng gam của ôxySau khi ninh, có thể đo mật độ quang trên máy so màu ở 600 nm. Yêu cầu là các ống COD phải đồng nhất, không trầy xước. Xây dựng đường chuẩn từ các dung dịch chuẩn COD.

Máy Hach đo ở các bước sóng khác nhau cho các khoảng nồng độ COD:

0 - 40 mg/L: λ= 350 nm ; 0-100 mg/l λ= 420 nm tương ứng K2CrO7 hấp

thu cực đại, đường chuẩn độ dốc âm.

100-900 mg/l: λ= 620 nm tương ứng với Cr3+ hấp thu cực đại.37

Phân tích nước

15. CACBON HỮU CƠ TỔNG SỐ (TOC)Định nghĩa:

TOC là tổng carbon hữu cơ liên kết tồn tại trong nước, kể cả dạng tan vàkhông tan, gồm cả xianat, xianua. Còn DOC là carbon hữu cơ hòa tan, tức là sau khilọc qua màng 0,45um.

Trên lý thuyết, nếu là cùng 1 hợp chất hữu cơ: COD > BOD > TOC.Kết quả TOC không phản ánh đúng nhu cầu ôxy (BOD, COD) của chất hữu

cơ do chỉ đo lượng CO sinh ra. Ví dụ 2 chất có cùng số C là axit oxalic và ethanoltuy có cùng giá trị TOC nhưng nhu cầu ôxy của ethanol cao gấp 6 lần axit oxalic :

C2H2O4 + ½ O2 → 2 CO2 + H2OC2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O

Điều này cung cho thấy mối tương quan, tỉ lệ giữa TOC và nhóm BOD,COD là rất phức tạp. Thông số TOC thường sử dụng khi nồng độ chất hữu cơ thấpnhư trong sản xuất thuốc. So với BOD&COD, quá trình xác định TOC nhanh hơn(vài phút đối với phương pháp đốt cháy), độ lặp lại cao, không độc hại, có thể tựđộng hóa với autosampler.

Nguyên tắc:

Carbon hữu cơ được ôxy hóa đến CO2 bằng 1 trong 2 kiểu sau:

+ Đốt cháy ở nhiệt độ cao 680oC hay 950oC, chất xúc tác ôxy hóa như muốiCobalt oxid, kim loại nhóm Pt.

+ Ôxi hoá bằng persunphat kết hợp tia cực tím hoặc nhiệt độ cao 105oC(thích hợp cho nồng độ TOC vết)

Sau đó, ta có thể xác định CO2 trực tiếp hoặc sau khi khử về metan. Việc xácđịnh CO2 có thể dùng nhiều cách, thí dụ như đo phổ hồng ngoại, chuẩn độ trongmôi trường không nước, dẫn nhiệt, dẫn điện, điện lượng,…

Ngòai carbon hữu cơ hữu cơ, mẫu nước còn còn chứa khí CO2, các ionHCO3, CO3, do đó để xác định TOC, ta có 2 cách:

Cách 1: Xác định carbon tổng số (TC) và carbon vô cơ (IC) rồi lấy TC trừIC sẽ có TOC. Như vậy sẽ thêm 1 bước phân tích IC, còn phân tích TOC thực ra làTC.

Cách 2: Trước khi xác định TOC, loại bỏ carbon vô cơ bằng sục khí mẫu đãđược axit hóa pH≤2. Khí này phải không chứa CO2 và các hợp chất hữu cơ. Cácchất hữu cơ bay có thể mất đi khi sục khí, được gọi là nhóm chất C hữu cơ sục khí(POC), các chất C hữu cơ còn lại trong dung dịch là NPOC.

Phần trăm của một chất hữu cơ bị mất đi theo khí sục phụ thuộc nhiều yếutố như khả năng hoà tan trong nước, điều kiện sục khí, nhiệt độ, độ mặn. Các hợp

38

Phân tích nước

chất hoà tan kém trong nước như benzen, toluen, cyclohexan, chlorofom chỉ còn lạidưới 3% trong mẫu nước sau khi sục khí. Ngược lại methanol, ethanol còn tới 98%trong mẫu nước. Với mẫu nước tự nhiên, vì POC không đáng kể nên có thể xemNPOC bằng với TOC.

Với đa số các mẫu nước mặt, TOC vào khoảng 1 ppm, thành phần chủ yếutrong carbon tổng số là dạng vô cơ IC. Cách 1 dễ mắc sai số gộp lại do 2 lần phântích, do đó cách 2 có nhiều ưu điểm hơn. Đặc biệt, mẫu nước biển chứa hàm lượngCarbon vô cơ rất lớn (20ppm), phân tích theo cách 1 kết quả rất không ổn định(RSD=150%).

Thực nghiệm:Mẫu nước lấy trong chai thủy tinh hay polyethylen phải đầy chai, tránh

không cho CO2 trong không khí xâm nhập vào mẫu. Phải tiến hành phân tích ngaysau khi lấy mẫu, nếu không có thể trữ lạnh và phân tích trong vòng 1 tuần.

Lưu ý: Chai nhựa mới sản xuất có thể nhiễm bẩn chất hữu cơa)Dung dịch chuẩn TC

- Sấy Potasium hydrogen phthalat ở 105-1200C trong 1h, để nguội trong bìnhhút ẩm.

- Hòa tan 1,0625g Potasium hydrogen phthalat trong 500 ml nước có đượcdd nồng độ TC 1000 ppm. Chuẩn này bền trong 2 tháng, phải trữ lạnh trong tối.Nếu thêm 2 ml H2SO4 đđ thì có thể bảo quản lâu hơn.

Các dung dịch TC dưới 100ppm chỉ nên dùng trong 1 tuần.b)Dung dịch chuẩn IC

- Sấy Na2CO3 ở 2850C trong 1h hay 250oC trong 4h, để nguội trong bình hútẩm. Làm khô NaHCO3 trong bình hút ẩm 2 giờ.

Lưu ý: Ở nhiệt độ trên 600C, NaHCO3 bắt đầu phân hủy thành Na2CO3.- Hòa tan 2,2075g Na2CO3 và 1,7250g NaHCO3 trong 500 ml có được dd

nồng độ IC 1000 ppm. Dung dịch này bền ít nhất 1 tháng nếu bảo quản lạnh ở 40C.

39

Phân tích nước

COD(quang hoá -chemilunescence)

COD (KMnO4, alkaline)

TOC

Nước biển 1,58 ± 0,05 0,65 ± 0,25 0,70 ± 0,9

17. TỔNG SẮT

Trong nước, sắt có thể tồn tại dưới dạng Fe2+ (ferrous), Fe3+ (ferric), các hợpchất hữu cơ hòa tan hay không hòa tan. Dạng Fe2+ hoà tan tồn tại trong điều kiệnyếm khí và môi trường khử như nước ngầm, nồng độ có thể lên tới 110 mg/l. Khiđược làm thoáng, Fe2+sẽ chuyển hóa thành Fe3+ ở dạng kết tủa Fe(OH)3 có màuvàng, dễ lắng, làm cho nước có vị tanh, pha trà nấu cơm bị đen, giặt quần áo bịvàng. Ion Fe2+ lan truyền nhanh, độc hại đối với thủy sinh vật, tạo thành các rỉ sắtbám trên mang cá làm cá không hô hấp được. Còn ion Fe3+ ít di động và ít độc hơn,trầm lắng ở pH>4,5. Các hợp chất Fe(OH)3 và FeS bám vào rễ cây làm hạn chế khảnăng trao đổi chất.

Hàm lượng các muối sắt hòa tan trong nước tỉ lệ nghịch với pH: pH càng caocác muối hòa tan của sắt (II) càng thấp, do đó khi quá trình quang hợp của thực vậtphù du trong ao xảy ra mạnh làm pH của nước tăng, sắt trong nước hầu như khôngcó.

Tiêu chuẩn TCVN 5502: 2003 cho nước cấp sinh hoạt quy định hàm lượngsắt nhỏ hơn 0,5 mg/l.

Phương pháp Phenantrolin: Dùng hydroxylamin khử Fe3+ về Fe2+ rồi tạo phức với1,10-phenanthrolin. Phức có màu cam đỏ, tồn tại ở dạng cation và tạo thành trongkhỏang pH rộng từ 2-9, khoảng tuân theo định luật Beer là 0,13-5 mg/L. Để phản

40

Phân tích nước

ứng xảy ra nhanh nên điều chỉnh pH trong khoảng 2,9 - 3,5 và dùng lượng thừaphenanthroline.

Fe(OH)3 + 3HCl → Fe+3 + 3H2O + 3Cl-

4 Fe+3 + 2 NH2OH → 4 Fe+2 + N2O + H2O + 4H+

- Các cản trở: Cu2+ tạo phức màu vàng, xanh hay tím. Cu gây cản trở ở nồngđộ trên 5 mg/l, Ni là 2 mg/l. Bi, Cd, Ag, Hg, Mo tạo tủa với thuốc thử. Có thể loạibỏ các kim loại nặng bằng cách cho dư phenantrolin.

Loại bỏ cản trở do các chất ôxy hoá mạnh bằng cách cho dư hydroxylamin.

Việc đun nóng với axit giúp loại bỏ xyanua, nitrit và chuyển polyphosphat vềdạng orthophosphat.

Hoá chất:

* Chuẩn Fe(II) 200mg/l: 1,404g muối Mohr Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O + 20 ml H2SO4

đậm đặc = > 100mL

* Dung dịch hydroxylamin 10%: hoà tan 10g NH2OH.HCl trong 100ml nước cất.

* Dung dịch đệm pH 3,2: hoà tan 250g amoni acetat trong 700ml axit axetic băngvà 150ml nước cất.

* Dung dịch 1,10-phenanthrolin: hoà tan 100 mg C12H9N2.H2O trong 100mL nướccất, thêm 2 giọt HCl đậm đặc cho dễ tan.

Thực nghiệm:

Lên màu đường chuẩn: từ chuẩn Fe(II) ở trên pha loãng 50 lần để có nồng độ4 mg/l. Từ đây, hút 5, 10, 15, 20 ml vào bình định mức 25ml, rồi thêm 1 ml 1,10-phenanthrolin, 2 ml đệm, định mức và đo ở bước sóng 510 nm. Thời gian lên màurất nhanh (10 phút) và bền màu (6 tháng).

Lên màu mẫu: Đun erlen có 20 ml mẫu + 1 ml hydroxylamin 10% +1ml HCl1:1 trên bếp điện cho đến khi còn khoảng 5ml, không để cạn, đun trong tủ hút vìHCl bay hơi. Nếu đun cạn thì cho vào 5 ml H2O và 2 ml HCl 37%. Lấy ra để nguội,chuyển sang bình định mức 25ml bằng phễu nhỏ, tráng erlen nhiều lần. Lưu ý khiđo không để ống hút của cuvet hút lên phần cặn lắng, khi đó mật độ quang tăng rấtlớn và không ổn định.

Bảng. Mật độ quang và đường chuẩn Fe(II)

41

Phân tích nước

V (ml) Nồng độ Abs0 0 0,0045 0,8 0,159

10 1,6 0,31415 2,4 0,46920 3,2 0,625

y = 194x + 3

18. NHÔM

Nhôm là nguyên tố kim loại phổ biến nhất trong vỏ trái đất, đặc biệt là trongđất phèn, là cation trao đổi chính của đất phèn. Nhôm có nhiều trong nước phèn pHthấp, nồng độ nằm trong khoảng còn bình thường hầu như rất thấp (dạng vết). Nồngđộ cao nhất trong nước phèn là 50 mg/l.

Al3+ có khả năng hoà tan rất cao khi pH<4,5 gây ngộ độc cho thực vật, rễ lúacó thể bị thối. Vào mùa khô, trong đất phèn hoạt động xuất hiện nhiều muốiAl2(SO4)3 trên các mặt ruộng, khi pH trong đất tăng thì xuất hiện dạng Al(OH)3.Trong nước ngầm pH 3,5 nồng độ Al3+ có thể đạt 20ppm. Trong nước phèn, nồngđộ Al3+ dao động trong khoảng 20-200ppm.

Phương pháp: Al phản ứng với pyrocatechol tím ở pH = 6,1 tạo phức màu chàm(màu xanh lam chỉ nhìn thấy khi nồng độ nhôm cao). Sau đó, đem đi đo ở bứơcsóng 580 nm. Sắt (III) cung tạo phức màu với pyrocatechol tím. Cản trở này đượclọai trừ bằng cách khử về sắt (II) rồi tạo phức 1,10-phenanthrolin. Nồng độ 1 mg/lFe-phen tương ứng 0,05 ug/l Al-PV.

Lưu ý: dung dịch pyrocatechol tím có màu vàng , phức dạng H3L- chiếm ưu

thế có λmax =440nm.

Thực nghiệm:

* Chuẩn Al 100 mg/l: cân 1.758 g KAl(SO4)2.12H2O + 10 ml H2SO4 4M-->1000ml.

* Dung dịch H2SO4 2,5M

* Dung dịch khử: NH2OH.HCl 14% và 1,10-phenantrolin 1.4%

* Dung dịch đệm: Hexametylen tetramin (C6H12N4) tức methenamin 37% và NaOH2.3%

Hay 210g hexamin/500ml

Lưu ý: cần pha thật chính xác dung dịch đệm này

* Dung dịch pyrocatechol tím (C19H14O7S) 0,05%

42

Phân tích nước

Hút một thể tích mẫu đã lọc xác định + 0,5ml dung dịch axit + 0,25 ml dungdịch khử + 0,5ml pyrocatechol + 2,5ml đệm. Định mức, đợi ít nhất 15 phút nhưngkhông quá 60 phút đem đi đo ở bước sóng 580 nm.

Đường chuẩn : từ chuẩn Al 100 mg/l pha thành chuẩn 0.5 mg/l(A)

Bđm 25ml Blank Standard 1 Standard 2 Standard 3Dung dịch A(ml) 0 5 10 20Nồng độ (mg/l) 0 0.125 0.25 0.5

Mẫu dễ nhiễm bẩn Al từ các bình định mức làm cho đường chuẩn có độ tuyến tínhrất kém, do đó cần tráng rửa cẩn thận bằng dung dịch axit loãng.

Bảng Thể tích hút mẫu dựa trên độ pH

Độ pH Thể tích mẫu hút Al(ml)

< 3,2 1 ml< 3,7 2 ml< 4,5 10 ml> 4,5 20 ml

19. CACBON DIOXIT (CO2)

Khí CO2 làm tăng độ acid của nước. Trong nước, nó tồn tại ở 3 dạng là CO 2

tự do, CO32-, HCO3

- nồng độ các dạng thay đổi phụ thuộc vào độ pH. Trong đó, CO2

là dạng độc cho tôm cá, thường gặp trong nước axit hay trung tính. Nước bề mặt córất ít khí CO2 hoà tan (<6mg/l).

Nếu áp suất CO2 trong nước lớn hơn áp suất CO2 trong máu cá sẽ làm cản trởquá trình bài tiết CO2 từ máu cá ra môi trường ngoài, đưa đến sự tích tụ CO2 trongmáu cá dẫn đến những sự thay đổi mạnh mẽ các phản ứng sinh lý của cơ thể cá như:làm tăng độ acid của máu ( pH giảm sẽ ảnh hưởng đến các trạng thái tồn tại củaprotid trong máu ), làm giảm khả năng vận chuyển oxy của máu.

Nước sạch bão hòa CO2 ở 25oC và áp suất khí quyển (760mmHg) có hàmlượng tổng CO2 là 0,46 mg/l, pH tính theo cân bằng là 5,68. Ở hàm lượng tổng CO2

cao hơn thì pH sẽ thấp hơn, tuy nhiên không nhỏ hơn 4,5.

Nước ở đáy hồ thường chứa lượng lớn CO2 do kết quả quá trình phân hủychất hữu cơ bởi vi khuẩn kỵ khí. Nước ngầm, đặc biệt khi pH thấp (pH<5), chứa tới30-50 mg CO2/l, điều này xảy ra khi nước ngầm thấm qua lớp đất nghèo CaCO3hoặc MgCO3 làm cho lượng CO2 không bị mất đi theo phản ứng:

CO2 + CaCO3 + H2O = Ca + 2HCO3

43

Phân tích nước

Nồng độ CO2 trong hồ thay đổi trong ngày như sau: buổi sáng sớm có CO2

cao do quá trình hô hấp vào ban đêm, sau đó thực vật quang hợp làm nồng độ CO2giảm đi. Sự thay đổi này sẽ càng rõ rệt nếu tảo trong nước phát triển dày đặc.

Nồng độ CO2 <15 mg/l phù hợp cho tất cả các loài tôm cá, ở 15-30 mg/l gâychết 50% cá thể và ở trên 30 mg/l gây chết toàn bộ.

20. HYDROGEN SUNFUA (H2S)

Khí H2S tích tụ dưới nền đáy các thủy vực chủ yếu là do quá trình phân hủycác hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh hay quá trình phản sulfat hóa với sự tham giacủa các vi khuẩn yếm khí. Trường hợp thứ nhất thường hay gặp ở thủy vực nướcngọt: các vi khuẩn sử dụng sulfur trong xác các thực vật thối rửa, trong đá, trong đấtđể làm nguồn thức ăn hay năng lượng và sản sinh ra H2S, đặc biệt là trong điều kiệnnhiệt độ cao. Vi khuẩn sulfur không gây bệnh, tuy nhiên sự hiện diện của nó trongnước có thể tạo nên mùi và vị không thích hợp cho việc sử dụng. Trường hợp thứhai thường gặp ở thủy vực nước lợ, mặn như biển và đại dương, nơi có nhiều ionSO42- trong nước.

Nước chứa H2S thường không gây tác hại cho sức khoẻ nhưng nó làm chonước có mùi và vị của trứng thối. Nước cấp có chứa hàm lượng H 2S thấp khoảng1,0 ppm đã có đặc tính ăn mòn, làm xỉn màu các đố dùng bằng bạc hay đồng, làmcho quần áo và đồ gốm có vết đen.

H2S là một chất khí cực độc đối với thủy sinh vật, tác dụng độc hại của nó làliên kết với sắt trong thành phần của hemoglobine, không có sắt thì hemoglobinekhông có khả năng vận chuyển oxy cung cấp cho các tế bào, thủy sinh vật sẽ chết vìthiếu oxy. Độ độc của H2S đối với cá phụ thuộc vào nhiều yếu tố như pH, nhiệt độ,độ mặn của nước. Theo Bonn và Follis (1957) thì ở nhiệt độ 25-30oC, pH nước bằng6,8 thì nồng độ H2S làm chết 50% cá sau 3 giờ thí nghiệm (LC50 3 giờ) là 0,8 ppm.Còn pH = 7 thì LC50 3 giờ của khí H2S đối với cá nheo bột Mỹ là 1ppm và 1,4 ppmđối với cá trưởng thành.

Các pppt xác định hàm lượng tổng, do đó, cần tính riêng dạng H2S. Để giảmtác hại của H2S, sục khí tạo môi trường giàu Ôxi để oxy hoá sunfua về sunfat. H2Slà một chất khí dễ bay nên chúng ta dễ dàng loại trừ chúng khỏi ao hồ bằng máy sụckhí hoặc dùng KMnO4 để oxy hoá thành hợp chất Sulfur không độc. Sau mỗi chukỳ nuôi cá, cần vét đáy ao, để lại lớp bùn đáy không quá 20cm và phơi nắng đáy aotừ 2-3 ngày để các hợp chất hữu cơ trong đáy ao bị phân hủy hoàn toàn.

Bảng Phần trăm H2S theo pH

pH % H2S5,0 99

44

Phân tích nước

5,5 976,0 91,16,5 76,47,0 50,67,5 24,48,0 9,38,5 3,19,0 1,0

21. AMMONIUM (NH4)

Amoni có nhiều trong nước kênh rạch (25 mg/l) và nước ngầm (60 mg/l) cómôi trường kị khí. Đối với nước sông không bị ô nhiễm, nồng độ amôni rất thấp,dưới 0,01mg/l. Về bản chất, amôni là sản phẩm của quá trình phân hủy động thựcvật, amôni có nguồn gốc từ nước thải sinh hoạt, phân bón, chất thải công nghiệp(lọc dầu). Quyết định số 505 của Bộ Y tế ngày 13-04-1992 yêu cầu nồng độamôni(tính theo NH4+) trong nước cấp cho sinh hoạt < 3mg/l. Từ tháng 4/2002,Quyết định số 1329/2002 của Bộ Y tế quy định NH4+ < 1,5 mg/l, tương đươnghướng dẫn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Tiêu chuẩn của các nước Cộng đồngchâu Âu (EC) yêu cầu NH4+ < 0,5 mg/l.

Tài liệu hướng dẫn về chất lượng nước uống của Tổ chức Y tế thế giới cungnhư Tiêu chuẩn 1329/2002 (Bộ Y tế) không coi amôni là chất gây nguy hại cho sứckhoẻ con người mà xếp vào nhóm các chất ảnh hưởng cảm quan (mùi, vị). Tuynhiên, amôni lại là yếu tố gây cản trở trong công nghệ xử lý nước cấp thể hiện ở haikhía cạnh. Thứ nhất, nó làm giảm tác dụng của clo là tác nhân sát trùng chủ yếu ápdụng ở các nhà máy nước Việt Nam, do phản ứng với clo tạo thành monocloamin làchất sát trùng thứ cấp hiệu quả kém clo hơn 100 lần. Thứ hai, amôni cùng với mộtsố vi lượng trong nước (hữu cơ, phốt pho, sắt, mangan…) là “thức ăn” để vi khuẩnphát triển, gây hiện tượng “không ổn định sinh học” của chất lượng nước sau xử lý.Nước có thể bị đục, đóng cặn trong hệ thống dẫn, chứa nước. Nước bị xuống cấp vềcác yếu tố cảm quan. Công nghệ xử lý amôni trong nước ngầm bằng phương phápsinh học là rất khả thi: amôni được oxy hóa thành nitrit nhờ các vi khuẩnNitrosomonas, Nitrosospire, Nitrosococcus, Nitrosolobus (pha thứ 1). Sau đó cácion nitrit bị oxy hóa thành nitrat nhờ các vi khuẩn Nitrobacter, Nitrospina,Nitrococcus (pha thứ 2). Để loại bỏ nitrat trong nước, các vi sinh vật dị dưỡng trongđiều kiện thiếu khí sẽ chuyển nitrat thành dạng khí N2. Quá trình này đòi hỏi nguồncơ chất - chất cho điện tử, thường là axêtat natri. Trong khi các công nghệ như sụcclo hay nước javen, trao đổi ion thường tốn kém, đắt tiền, chỉ có thể áp dụng đượccho các trạm cấp nước quy mô nhỏ, phương pháp sinh học cho phép triển khai ápdụng để xử lý amôni trong nước ngầm với quy mô lớn. Tuy nhiên giá thành sảnxuất nước sẽ lên tới 4.500 đ/m3, nghĩa là sẽ tăng gần gấp 2 lần so với giá nước hiệnnay (chủ yếu chỉ được làm trong - loại bỏ sắt, mangan và khử trùng).

NH3 + H2O NH4+ + OH-

45

Phân tích nước

Dạng độc tính với các loài tôm cá, lưỡng cư là dạng phân tử NH3 do chúngkhông thể thải loại NH3 ra khỏi máu. Còn đối với người và các động vật có vú khácdo có enzyme chuyển hóa NH3 giúp không cho NH3 tích tụ trong máu nên không bịảnh hưởng. Theo tài liệu để bảo vệ tôm cá thì hàm lượng NH3 cho phép tối đakhông quá 0,1 mg/l. Nồng độ NH3 được coi là an toàn cho ao nuôi là 0,13 mg/l. Dođó, việc theo dõi hàm lượng NH3 trong ao nuôi thủy sản là rất cần thiết để nâng caonăng suất nuôi. Phần trăm NH3 trong tổng NH4

+ và NH3 phụ thuộc rất lớn vào pH,nhiệt độ. Có thể tính phần trăm NH3 từ kết quả tổng hai dạng:

%NH3=100/(1+10pka-pH)

Trong đó pKa = 0.09018 + 2729,92 / (273 + T)

Ở 250C pH=7 là 0,56% ; pH=7,5 là 1,74% ; pH=8 là 5,31%. Nếu tăng 1 đơn vị pHthì sẽ tăng 10 lần tỷ lệ của NH3 (khí hoà tan). Như vậy với nước tự nhiên hệ đệmHCO3/CO3 với pH<8,3, t=28oC thì có nhiều nhất 10% tồn tại ở dạng NH3.

Ở điều kiện nhiệt độ, áp suất bình thường, NH3 nằm ở dạng chất khí khôngmàu, mùi hăng, độc, có tính ăn mòn kim loại. Nhiệt độ bốc hơi là -33oC nên muốngiữ NH3 ở thể lỏng phải trữ áp suất lớn hay nhiệt độ thấp. Dung dịch nước bão hoàNH3 có tỷ trọng 0,908 chứa 25,65% amoniac theo khối lượng.

Phương pháp indophenol/ phenat/ Berthelot:

Trong môi trường baz mạnh, NH4 chuyển thành NH3, cùng với NH3 sẵn cóphản ứng với hypochlorit môi trường kiềm nhẹ tạo monochloramine. Khi có phenolvà lượng dư hypochlorit sẽ cho màu xanh dương của hợp chất indophenol. Sodiumnitroprussid đóng vai trò xúc tác phản ứng. Mẫu nước biển có hàm lượng Ca và Mgcao sẽ kết tủa, có thể khắc phục thêm vào citrat. Nếu mẫu axit thì phức có màu đỏ,do đó, ngay từ đầu phải trung hòa với NaOH. Dụng cụ thủy tinh dễ bị nhiễm bẩn

46

Phân tích nước

amoni do khí NH3 bay hơi khi xác định độ cứng, các amonimolypdat dùng khi xácđịnh phosphat, silic.

Phương pháp này nhạy hơn so với Nessler (K2HgI4/KOH), khoảng nồng độxác định là 0,005-0,6 mg/l nhỏ hơn Nessler 0,01-1,6 mg/l.

Các amin thơm, focmandehit, hydrosunfua gây cản trở trong việc xác địnhnồng độ amoniac.

OH

+ NaClO + NH3

OH

+ NaCl + H2O

NH2

OH

NH2

+ 2 NaClO

O

NCl

+ NaCl + NaOH + H2O

O NCl +OH O N OH + HCl

Hoá chất:

* Hỗn hợp thuốc thử I, Phenol và nitroprussid:

5g phenol (hay 9ml phenol lỏng ≥89%) + 100mg sodium nitroprusside hòa tan

trong 100 ml H2O. Hỗn hợp này bền 1 tuần nếu trữ lạnh.

* Hỗn hợp thuốc thử II, Hypochlorit:

2,5g NaOH + 0,21 g chlorine “hoạt động”(hay 6 ml NaOCl) hòa tan thành 100 mlH2O, nên pha mới mỗi lần phân tích.

* Dung dịch chuẩn NH4-N 100 mg/l: cân 0,3819g NH4Cl pha trong 1L. Dung dịchnày bền không quá 2 tháng. Nếu cần bảo quản bằng 2 ml CHCl3.

Thực nghiệm:

Lên màu đường chuẩn: từ chuẩn NH4-N 100mg/l pha thành chuẩn 1 mg/l rồihút 2, 4, 8, 10 ml trong bình định mức 25. Thêm 2 ml dung dịch I + 2 ml dung dịchII , định mức, lắc đều, đợi phản ứng ít nhất 2 giờ trong tối, đo ở bước sóng 640 nm.Phức này bền màu trong 24h.

47

Phân tích nước

Lưu ý: Do chai lọ dễ nhiễm NH4 và phản ứng đôi khi không ổn định nên giátrị mật độ quang của cùng 1 mẫu chênh lệch nhau 10-20%.

Lên màu mẫu: Hút 20ml nước mẫu đã qua lọc và cho các thuốc thử tương tựnhư chuẩn.

Bảng. Mật độ quang và đường chuẩn NH4

V (ml) Nồng độ Abs0 0 0,0322 0,10 0,1374 0,20 0,2438 0,40 0,453

10 0,50 0,559

y = 1,054 x + 0,032

22. NITRIT (NO2)

Trong nước sạch, hàm lượng NO2 ít khi vượt quá 0,02 mg/l, còn hầu nhưkhông có. NO2 là chất độc đối với tôm cá.

Phương pháp: NO2 phản ứng với Sulfanilamid tạo muối diazonium rồi cho ghépcặp với Naptyletylendiamin tạo phẩm nhuộm azo màu tím đỏ trong môi trường axitpH=2-2,5. Phương pháp này nhạy hơn so với khi dùng thuốc thử Griess (axit

sulfanilic và α-naphtylamin), khoảng nồng độ xác định 0,001-0,18 mg/l so với

Griess 0,01-0,24 mg/l.

S OO

NH2

NH2

+ H NO2

S OO

NH2

N

N⊕

+ 2 H 2O

S OO

NH2

N

N⊕

+

NHNH2

NHNH2

NN

S

O

O

NH2

Các ion Cu(II), Fe(II) làm thấp kết quả. Một số ion Fe(III), Pb(III), Ag(I),...tạo kết tủa với thuốc thử.

Hoá chất:

- Dung dịch Sulfanilamide: cân 5g thuốc thử NH2C6H4SO2NH2 và 50ml HCl 37%hoà tan trong 500ml nước cất.

48

Phân tích nước

- Dung dịch N-(1-naphthyl)-ethylendiaminedihydrochloride (NED): cân 0,5g thuốcthử C10H7NHCH2CH2NH2.2HCl hoà tan trong 500ml nước cất, phải bảo quản lạnh,chỗ tối.

Cảnh báo: NED rất độc nếu hít phải, tiếp xúc với da.

- Chuẩn NO2-N 100 mg/l: cân 0,2463g NaNO2 =>500ml. Dung dịch đựng trongchai tối màu, trữ lạnh bền 01 tháng. Do NaNO2 bị oxy hóa bởi không khí ẩm, cầnxác định lại nồng độ như sau: thêm một lượng dư chính xác KMnO4 (đã xác địnhnồng độ) và chuẩn ngược bằng H2C2O4 hay muối Mohr.

Thực nghiệm:

Lên màu đường chuẩn: từ chuẩn NO2-N 100 mg/l pha loãng thành 1 mg/l rồihút 1, 2, 3, 4 ml vào trong bình định mức 25. Thêm lần lượt 1ml sulfanilamid + 1mlNED. Định mức, lắc đều, đợi 20 phút nhưng không quá 2 giờ đo ở bước sóng 540nm, cuvet 1cm.

Lên màu mẫu: hút 20 ml mẫu đã qua lọc vào bđm 25, nếu pH mẫu khôngnằm trong khoảng 5-9 thì cần chỉnh pH bằng 2 ml đệm, sau đó cho các thuốc thửtương tự như chuẩn.

Bảng. Mật độ quang và đường chuẩn NO2

V (ml) Nồng độ Abs0 0 01 0,05 0,1472 0,10 0,2953 0,15 0,4424 0,20 0,589

y = 2,946 x

23. NITRAT (NO3)a. Tổng quan

Các mẫu nước sông, kênh không ô nhiễm có hàm lượng NO3-N trong khoảng0,1-0,5 mg/l. Nitrat không độc đối với thủy sinh vật, là chất dinh dưỡng dễ tiêu đốivới thực vật, chúng hấp thu và chuyển hóa thành chất hữu cơ thông qua con đườngquang hợp. Tuy nhiên nồng độ nitrat cao, đặc biệt là trong nước giếng, nước sau xửlý sinh học gây tác hại cho sức khỏe. Nước giếng chứa nitrat nhiều hơn nước máydo dễ bị ô nhiễm bởi chất thải, phân bón thẩm thấu qua các mạch nước ngầm gầnđó.

Trẻ em dưới sáu tháng tuổi do hệ tiêu hoá chưa hoàn thiện nên khi sử dụngthức ăn nấu từ nước giếng nhiều nitrat sẽ bị ngộ độc: thiếu ôxy nặng, toàn thân tímtái, thở nhanh, tim đập nhanh, sau đó hôn mê rồi tử vong nếu không điều trị kịpthời. Cơ chế như sau: nitrat có thể chuyển thành nitrit và gây tử vong cho trẻ theo

49

Phân tích nước

cơ chế: nitrit phản ứng với hemoglobin chuyển thành methemoglobin không cònkhả năng vận chuyển oxy, gọi là hội chứng trẻ xanh (blue-baby syndrome). Với trẻtrên 6 tháng, dạ dày tiết ra axit HCl giết chết vi khuẩn, ngăn ngừa chuyển hóa nitratthành nitrit. Phụ nữ mang thai hấp thu nhiều nitrat sẽ sinh non, trẻ bị ảnh hưởng hệthần kinh, nguy cơ ung thư, tim mạch. Phụ nữ cho con bú, người già cung bị ảnhhưởng bởi hàm lượng nitrat cao. Ngoài ra nitrat có thể chuyển thành nitrit kết hợpvới aminoacid tạo nitrosoamin là chất gây ung thư.

Hiện nay chưa thống nhất tiêu chuẩn nitrat cho phép trong nước uống dochưa thấy ảnh hưởng rõ rệt khi hấp thu quá nhiều nitrat và do nitrat còn đi vào cơthể qua thực phẩm hàng ngày.

Trong tự nhiên dưới tác dụng của vi khuẩn có sự biến chuyển hoá theo sơ đồ: Protein Aminoacids Amoni Nitrit Nitrat.

Ngược lại khi gặp môi trường khử thích hợp sẽ có sự chuyển hoá ngược lại: Nitrat --> Nitrit --> Amoni.

Do đó, cần phân tich mẫu càng sớm càng tốt.b. Nguyên tắc phương pháp cột khử Cd

Nitrat sau khi qua cột khử Cd sẽ chuyển thành nitrit, sau đó lên màu với cặpthuốc thử sulfanilamid và N-(1-Naphthyl)-ethylendiamin. Lấy kết quả tổngNO3+NO2 này trừ đi NO2 xác định riêng sẽ được hàm lượng NO3.

Trong môi trường axit, nitrat có thể bị khử về NO như sau:

NO3- + 3H+ + 2e → HNO2 + H2O (Eo = 0.94V)

NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O (Eo = 0.97V)

Do đó, phản ứng khử cần thực hiện trong môi trường trung tính hay kiềm nhẹ.

NO3- + H2O + 2e → NO2

- + 2OH- (Eo = 0.015 V)

Cd2+ + 2e → Cd (Eo = -0.403V)

Tổng quát: NO3- + H2O + Cd → NO2

- + Cd2+ + 2OH-

50

Phân tích nước

Trong thực nghiệm, ta tạo ra lớp Cu kim loại phủ trên bề mặt hạt Cd có tác dụngthúc đẩy việc chuyển electron từ Cd sang nitrat, có thể coi Cu đóng vai trò một chấtxúc tác.

Các chất cản trở giảm hiệu suất khử của cột Cd là:

- Phosphat nồng độ trên 0,1 mg/l

- Sunfua nồng độ trên 0,1 mg/l tạo lớp CdS, CuS

- Clo dư ôxy hóa Cd.

- Dầu mỡ, chất rắn lơ lửng, kim loại nặng nồng độ vài mg/l.

- Clorua nồng độ cao trong nước biển.

Sơ lược, so sánh các phương pháp khác xác định nitrat:

- So màu brucin/cromotropic/Devarda: Phương pháp cột Cd có ưu điểm làthao tác đơn giản, nhạy hơn, có thể xác định NO3 trong khoảng nồng độ 0,01-1,0mg/l.

- Sắc kí ion: ưu điểm là xác định đồng thời nhiều anion. Tuy nhiên sắc kí ioncó nhược điểm là thời gian phân tích lâu hơn (nếu so sánh khi chỉ xác định NO3),thiết bị đắt tiền, cột bị mất hoạt tính khi mẫu chứa nhiều chất hữu cơ hoà tan, pic bịche khúât bởi anion Cl nồng độ lớn.

- Điện cực màng chọn lọc: khoảng tuyến tính 0,14-1400 mg/l, ưu điểm là xácđịnh nhanh, đơn giản, dễ mang đi hiện trường, tuy nhiên gặp nhiều cản nhiễu, độlặp lại kém, độ nhạy kém, đòi hỏi hiệu chuẩn và bảo quản điện cực cẩn thận.c. Thực nghiệm

* Hoạt hóa Cd: Cho 5 g Cd dạng hạt và 150ml HCl 2M vào erlen và lắc. Gạn bỏ vàngâm rửa với nước cất. Ngâm và lắc tiếp với 100ml dung dịch CuSO4 2% , màuxanh mất dần thì cho tiếp dung dịch CuSO4 mới vào, đến khi xuất hiện kết tủa dạngkeo màu nâu. Gạn bỏ và ngâm rửa với nước cất ít nhất 10 lần để loại bỏ lượng Cukết tủa và dung dịch trở nên trong suốt.

* Cột Cd: làm bằng thuỷ tinh hay nhựa, được nhồi từ các hạt Cd đã hoạt hóa

51

Phân tích nước

* Dung dịch đệm pH 8,5: hòa tan 13 g NH4Cl và 1,7g EDTA vào 900ml nước cất,thêm khoảng 7 ml NH3 25% để đạt pH=8,5, định mức 1000 ml.

* Chuẩn NO3-N 100 mg/l: Hoà tan 0,3609 g KNO3 (đã sấy khô ít nhất 24h ở105oC) trong bình định mức 500 ml. Bảo quản bằng 2 ml CHCl3. Dung dịch này bềnít nhất 6 tháng.

* Các hóa chất khác xem trong phần xác định nitrit.

Tiến hành:

Hút 25 ml mẫu nước đã qua lọc vào erlen, cho tiếp 75 ml dung dịch NH4Cl-EDTA, lắc đều. Sau đó dội dung dịch này qua cột Cd đã chuẩn bị ở trên. Bỏ 25 mlđầu tiên, hứng phần còn lại vào bình định mức hay erlen rồi đem lên màu NO2.Không cần tráng rửa cột Cd giữa các mẫu. Tốc độ dung dịch chảy ra khỏi cộtkhoảng 7-10 ml/phút. Thời gian khử nitrat mỗi mẫu là 10 phút.

Cần so sánh mật độ quang của chuẩn NO2 với chuẩn NO3 có cùng nồng độđể kiểm tra hiệu suất khử của cột. Khi hiệu suất khử dưới 90% (theo SMEWW75%), cần hoạt hóa cột Cd như trên.

24. TỔNG NITƠ (Total Nitrogen )24a. Phương pháp phân hủy Kjehdahl:

Nguyên tắc thực hiện có 3 bước:

- Bước 1: Phá mẫu bằng H2SO4 đậm đặc và chất xúc tác trong điều kiệnnhiệt độ cao (380oC đối với mẫu nước, 420oC đối với mẫu thực phẩm, mẫu đất), các

52

Phân tích nước

hợp chất N nguồn gốc sinh học như aminoaxit, protein, peptid bị ôxy hoá thành NH3

và NH3 tác dụng với axit sunfuric sinh ra (NH4)2SO4

H2SO4 → SO2 + 2O + H2O

Phương pháp này không có khả năng phân huỷ được các hợp chất chứa nitơnhư azid, azo, azin, hydrazon, hydrazin, nitro, nitroso, semicarbazon, oxime,hydroxylamin, nitrit, nitrat.

Trước đây, HgO thường được dùng làm chất xúc tác quá trình vô cơ hoámẫu. Tuy nhiên HgO không còn được dùng do dộc tính cao và thay thế bằngCuSO4, bột Se, TiO2. Ngoài ra, ta còn cho vào K2SO4 để tăng điểm sôi của hỗn hợp.

Nếu mẫu chứa nhiều chất hữu cơ thì tiêu thụ nhiều H2SO4 hay mẫu chứanhiều muối hoà tan, tỷ lệ muối/axit cao, nhiệt độ có thể tăng cao trên 400oC làmphân huỷ mất N. Cần thêm nhiều axit để tỷ lệ muối/axit cân bằng. Ngược lại quánhiều axit H2SO4 sẽ làm nhiệt độ hạ thấp dưới 380oC khiến quá trình phá mẫukhông hoàn toàn.

- Bước 2: Thêm vào mẫu NaOH tạo môi trường kiềm, sục hơi nước để cấtNH3 và hấp thu vào một lượng dư axit.

- Bước 3: Chuẩn độ lượng axit còn lại (chuẩn độ ngược) hay so màu xác địnhNH3

Trước đây, người ta cho hấp thu NH3 vào axit H2SO4 0,1N. Tuy nhiên hiệnnay, các quy trình đều dùng axit H3BO3 2% có ưu điểm là không cần pha nồng độchính xác.

Hoá chất:

- Thuốc thử ôxi hóa : Hòa tan 67g K2SO4 và 3,65g CuSO4 vào khoảng 300mlnước cất, sau đó thêm vào từ từ 67ml H2SO4 đậm đặc và định mức 500ml.

Ngoài ra, có thể pha riêng hỗn hợp xúc tác ở dạng rắn: Trộn kỹ 200 K2SO4

với 2g selen bột thô.

- Dung dịch NaOH 50%: Hoà tan 250g NaOH và 12,5g Na2S2O3.5H2O trong1000ml nước cất.

- Chỉ thị hỗn hợp: Hoà tan 0,020g metyl đỏ và 0,100g bromocresol lục trong100ml etanol hay nước cất.

- Dung dịch hấp thu axit boric: Hoà tan 20g H3BO3 trong 1000ml nước cất.

- Dung dịch axit HCl hay H2SO4 0,2N

Thực nghiệm:

53

Phân tích nước

Chọn thể tích hút mẫu cho vào bình Kendan như sau: 50 ml mẫu ứng vớiCN=20-50 mg/l, 100 ml mẫu ứng với CN=10-20 mg/l , 250 ml mẫu ứng với CN=1-10mg/l. Sau đó thêm vào 50 ml hỗn hợp axit/xúc tác hay 7ml H2SO4 đậm đặc và 3,5gxúc tác K2SO4/Se. Với mẫu đất, thực phẩm cần thêm 5ml H2O2 35%. Thêm vài hạtđá bọt và đun nóng bình Kendan ở 380oC. Phải tiến hành giai đoạn này trong tủ hútthích hợp.

Đun nóng đến khi khói trắng bắt đầu bốc lên, dung dịch trong bình trở nêntrong suốt, không màu hoặc vàng nhạt/ xanh lá nhạt thì tiếp tục đun thêm 30 phút.

Lưu ý: Thời gian phá mẫu hoàn toàn khoảng 60-120 phút ở 380oC.

Sau vô cơ hóa, để bình nguội đến nhiệt độ phòng. Trong khi đó lấy 50mldung dịch axit boric và 10 giọt chỉ thị vào bình hứng của máy chưng cất lôi cuốnhơi nước. Cần lưu ý để sao cho đầu mút của ống dẫn ra từ sinh hàn phải nhúng ngậpvào dung dịch boric. Sau đó dùng ống đong thêm khoảng 40-50ml dung dịchNaOH/Na2S2O3và lắp ngay bình vào máy chưng cất. Đun nóng bình cất sao cho tốcđộ chảy vào bình hứng khoảng 20ml/phút. Dừng cất khi đã thu được khoảng 200mlở bình hứng.

Chuẩn độ phần hứng được đến màu hồng bằng axit HCl hay H2SO4 0,02N vàghi thể tích axit tiêu thụ. 24b. Phương pháp phân hủy mẫu bằng persunphat:

∑N (phương pháp K2S2O8)= N hữu cơ + NH4 + NO3 + NO2

∑N (phương pháp Kjeldahl)= N hữu cơ + NH4

Amoniac tự do, amonium, nitrit và nhiều hợp chất hữu cơ chứa nitơ ở trongmẫu được ôxy hóa thành nitrat bằng cách phân huỷ mẫu với potassium persunfattrong một hệ đệm kiềm ở nhiệt độ, áp suất cao. Sự khử nitrat thành nitrit thực hiệnbằng cách cho qua cột chứa cadmi dạng hạt được xử lý với CuSO4. Nitrit sinh raphản ứng với sulfanilamid và N-(1-naphthyl)-ethylendiamine tạo thành phức màuhồng. Đo quang ở bước sóng 543 nm.

Không phải tất cả hợp chất nitơ chuyển định lượng thành nitrat trong quátrình ôxy hóa bằng . Độ chuyển hóa thấp có thể thấy với các hợp chất chứa nitơ vớinối đôi hoặc nối ba và với các hợp chất chứa nhóm C = NH. Những hợp chất cónhóm amino tự do cung chuyển hóa không hoàn toàn nhưng không bao giờ ít hơn87%. Phương pháp phân huỷ này và cả phương pháp Kjeldahl không thể phân huỷcác hợp chất như azid, azo, azin, nitril, nitro, nitroso, oxim, semicarbazon,hydrazon.

Cản trở chính là các chất hữu cơ khác (không chứa N) ở dạng hoà tan hoặclơ lửng có trong mẫu, chúng cạnh tranh với hợp chất chứa N trong quá trình oxy

54

Phân tích nước

hóa bằng persunfat. Hàm lượng ion Cl- cao cũng gây cản trở do cạnh tranh trongquá trình ôxi hoá. Cần cho dư chất oxy hóa và tăng thời gian ninh trong các trườnghợp sau:

- COD của mẫu vượt quá 120 mg/l tính theo oxy hoặc TOC vượt quá 40mg/l tính theo carbon.

- Mẫu mặn chứa nhiều ion Cl-

- Mẫu có các chất lơ lửng.

- Mẫu có các chất hữu cơ phân tử lớn, phức tạp như tanin, lignin, axit humic.

Nếu sau khi ninh, các chất hữu cơ lơ lửng không tan được thì kết quả có thể mắc saisố âm.

Trong nước thải sinh hoạt khi mà giá trị tổng N có thể lên tới 50 mg/l thì 70-85% N là dạng NH4, sản phẩm của quá trình khoáng hóa phân hủy vật thể hữu cơ.

Hoá chất:

* Dung dịch ôxy hóa (A): hoà tan 5g K2S2O8 và 2,4g NaOH trong 500ml nước cất.Thuốc thử này trữ trong chai tối màu, tránh ánh sáng, bền một tuần lễ.

* Chuẩn N để kiểm tra hiệu suất quá trình ôxy hoá mẫu có thể pha từ một trong cácchất: axit glutamic, glycin, urea, axit sulfamic, acetanilide, NH4Cl,…. Yêu cầu độtìm thấy (recovery) phải đạt trong khoảng 90-110%.

- Dung dịch glycin, 100 mg/l tính theo N

Hoà tan 0,536 g H2NCH2COOH định mức 1000ml. Giữ trong bình thuỷ tinh.Nếu giữ trong tủ lạnh ở 0oC đến 5oC thì thuốc thử này bền ít nhất 6 tháng.

- Dung dịch axit glutamic, 100 mg/l tính theo N

Hoà tan 1,051g C3H5NH2(COOH)2 (đã sấy 105oC trong 24 giờ) định mức1000ml. Có thể thêm 2 ml CHCl3 để bảo quản.

* Dung dịch đệm Amoni: cân 10,0 g NH4Cl và 3-4 viên NaOH định mức 1000ml. Dung dịch này phải có pH=8,5.

Thực nghiệm:

- Giai đoạn phá huỷ mẫu bằng persunphat: hút V1=10ml mẫu vào chai ninh50 ml, thêm 5ml dung dịch A, đậy nắp và ninh bằng autoclave (nồi hấp áp lực) ở1200C trong 30 phút. Lấy chai ninh ra và để nguội đến nhiệt độ phòng. Lọc dungdịch qua giấy lọc vào bình định mức V2=25 ml rồi định mức tới vạch. Tiếp theođem đi xác định nồng độ nitrat .

- Giai đoạn xác định nitrat trong bình V2 bằng phương pháp cột khử Cd:

55

Phân tích nước

Đường chuẩn NO3 bao gồm 5 dung dịch có nồng độ 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0mg/L. Nếu mẫu vượt quá chuẩn cao nhất, ta phải pha loãng để nằm trong dãy chuẩn(hệ số f2). Tuy nhiên, nếu mẫu vượt quá gấp nhiều lần, cách tốt nhất là hút mẫu thểtích V1 giảm đi nhưng không nhỏ hơn 1 ml.

- Nồng độ N tổng số trong mẫu tính theo công thức sau:

212 ff

a

bf

AA

C

b

N ××−

−

=

A: Mật độ quang của mẫu

Ab: Mật độ quang của mẫu blank

a,b: hệ số góc và đoạn chắn của phương trình hồi qui NO3 : y=ax+b

f1=V2/V1 là hệ số pha loãng mẫu ban đầu, trong đó V1: thể tích hút mẫu, V2: thể tích bình định mức dùng chiết mẫu sau khi phá hủy bằng persunphat.

f2: hệ số pha loãng mẫu hút ra từ bình V2 (nếu có)

25. PHOSPHAT (PO4)

Phosphat có nguồn gốc chủ yếu từ việc sử dụng phân bón. Ngoài ra,polyphophat là chất làm mềm nước trong chất tẩy rửa, nước nồi hơi (hiện nay đượcthay bằng EDDS, đồng phân của EDTA).

Phosphat nằm ở 3 dạng: dạng orthophosphat cung cấp P cho thực vật, dạngphosphat ngưng tụ(polyphosphat) có từ 2 nhóm othophosphat trở lên có trong chấttẩy rửa, xử lý nước và dạng phosphat hữu cơ. Orthophosphat là dạng hoạt tính, phảnứng với thuốc thử và có thể xác định trực tiếp. Để xác định 2 dạng sau ta cần phảixử lý mẫu như sau: thủy phân dạng phosphat ngưng tụ (pyro, meta, polyphosphat)trong môi trường axit mạnh, ôxy hóa phosphat hữu cơ với persunfat. Cả 3 dạng nàyđều có thể tồn tại hòa tan hay chất lơ lửng.

Trong đất, lân khoáng tồn tại ở 3 dạng. Trong đó dạng hóa trị 1 (H2PO4-), hóa

trị 2 (H2PO4-2) dễ tiêu; dạng hóa trị 3 (PO4

-3) là dạng lân cố định mà cây trồng khôngsử dụng được. Trong đất luôn có sự chuyển hóa giữa các hóa trị tùy thuộc điều kiệnmôi trường, trong đó pH là yếu tố quan trọng. Nếu đất có mức pH = 7 lượng lân ởdạng hóa trị 1 tương đương hóa trị 2. Nếu đất có pH từ 5-6 lân hóa trị 1 nhiều hơnhóa trị 2. Trong đất chua (pH<5) lân ở dạng hóa trị 3 là chủ yếu.

Lân trong đất có thể bị cố định bởi 3 nguyên nhân chính:

56

Phân tích nước

- Các ion kim loại, do trong đất chua, có chứa nhiều ion sắt, nhôm tạo thànhcác muối phốtphát sắt, nhôm kết tủa. Lân lúc này đóng vai trò giảm độ độc của sắt,nhôm di động, giúp cây trồng phát triển.

- Các khoáng sét trong đất.

- Các cation kiềm thổ tạo thành các muối kết tủa.

Phương pháp xanh molybden: Orthophosphat phản ứng với amoni molypdat trongmôi trường axit tạo phức màu vàng chanh, sau đó bị khử bằng axit ascorbic về phứcmolypden màu xanh dương, dùng antimontatrat làm xúc tác.

(NH4)2MoO4 + H2SO4 → H2MoO4 + (NH4)2SO4

H3PO4 + 12H2MoO4 →H3P(Mo3O10)4 + 12H2O

H3P(Mo3O10)4 + Vit.C → MoO3-x(OH)x

Hoá chất:

* Axit sunfuric 2,5M: 70ml H2SO4 đậm đặc/500ml

* Potassium antimonyl tatrat: 0,137g K(SbO)C4H4O.1/2H2O =>500ml

* Amoni moblydat (NH4)6Mo7O24.4H2O nồng độ 4%

* Axit ascorbic nồng độ 1,76%

* Thuốc thử bao gồm các dung dịch trên phối trộn theo tỷ lệ (tổng cộng 100 ml)và đúng thứ tự: 50 ml H2SO4, 5 ml Potassium antimonyl tatrat, 15 ml Amonimoblydat, 30 ml Axit ascorbic. Trước đó, các thuốc thử phải trở về nhiệt độ phòngvà khuấy đều sau khi cho từng loại. Hỗn hợp này bền trong 4 tiếng.

* Chuẩn PO4-P 100 mg/l: cân 0,2197g KH2PO4 định mức 500ml nước cất.

Thực nghiệm :

Lên màu đường chuẩn: Pha chuẩn 1 mg/l, từ dung dịch này hút 2, 4, 8, 10 mlvào bình định mức 25. Thêm 4 ml thuốc thử, định mức, lắc đều. Đợi 10 phút nhưngkhông quá 2 giờ đo ở bước sóng 880 nm, cuvet 5cm.

Lên màu mẫu: Hút 20 ml mẫu nước đã qua lọc vào vào bình định mức 25 vàcho các thuốc thử tương tự như chuẩn.

Bảng. Mật độ quang và đường chuẩn PO4

V (ml) Nồng độ Abs0 0 0,0032 0,10 0,2464 0,20 0,4908 0,40 0,976

10 0,50 1,219

y = 2,432 x + 0,003

(0,41 mg/l =0.863)

57

Phân tích nước

26. TỔNG PHOSPHO

USEPA không có phần tiêu chuẩn cho tổng P, nhưng khuyến cáo: với nướcsông tổng P không được vượt quá 0,1 mg/l; với nước ao hồ, tổng P không đượcvượt quá 0,05 mg/l.

Phương pháp:

Để xác định tổng P cần chuyển cả các dạng polyphotphat và photphat hữu cơthành ortophotphat (H2PO4

-, HPO42- , PO4

3-) để định lượng bằng các phương pháptrắc quang.

Thực nghiệm:

* Dung dịch potassium peroxodisulfat : cân 5g K2S2O8 pha trong 100ml nước cất.

Hút 10ml mẫu+ 4 ml dung dịch K2S2O8 vào chai ninh, ninh bằng autoclave(nồi hấp tiệt trùng) ở 1250C, 98-137 kPa trong 30 phút. Đợi nguội rồi xác định tiếporthophosphat. Ngoài ra, có thể oxy hóa tốt hơn bằng axit HNO3-H2SO4 trong bìnhKjedahl.

27. PHÚ DƯỠNG HÓA

Quá trình quang hợp:CO2 + PO4 + NO3 + H2O ==> CH2O,P,N + O2

Phú dưỡng là hiện tượng thường gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênhdẫn nước thải. Biểu hiện phú dưỡng của các hồ đô thị là nồng độ chất dinh dưỡngN, P cao, tỷ lệ P/N cao do sự tích luỹ tương đối P so với N, sự yếm khí và môitrường khử của lớp nước đáy thuỷ vực, sự phát triển mạnh mẽ của tảo và nở hoatảo, sự kém đa dạng của các sinh vật nước, đặc biệt là cá, nước có màu xanh đenhoặc đen, có mùi khai thối do thoát khí H2S v.v...

Để xác định nguyên tố "chìa khóa" (hay yếu tố giới hạn) gây ra sự phúdưỡng, cân xem xét tỷ số Tổng N/Tổng P (WHO, 2002)

Theo UNEP 1999 thì:

Khi tỷ số (Total N/Total P) < 10 : N là dưỡng chất hạn chế tảo phát triển.

Khi tỷ số (Total N/Total P) > 20 : P là dưỡng chất hạn chế tảo phát triển.

Các hồ nằm ở bắc bán cầu có P là dưỡng chất hạn chế. Nước sông Mêkông cóN/P=13

Một thông số chỉ thị khác cho phép xác định điều kiện phú dưỡng cüa mộtnguồn nước mặt là nồng độ chlorophyl-a. Theo D. Chapman, nồng độ chlorophyl-acüa các nguồn nước giàu dinh dưỡng thường dao động trong khoảng 5 - 140 µg/l,còn đối với các nguồn nước nghèo dinh dưỡng, ít khi vượt quá 2,5µg/l. Mặc khác,

58

Phân tích nước

cần theo dõi hàm lượng Si trong nước, vì nó cung có liên quan đến sự xuất hiện tảođộc (WHO, 2002).

Nhiều tài liệu nghiên cứu đưa ra ngưỡng phú dưỡng hóa là tổng N >0,2mg/l .Theo D.Chapman (1992) nguồn nước có nguy cơ bị phú dưỡng nếu PO4-P>0,01mg/l. Trong đó phú dưỡng thường do P có quá nhiều trong nước. Khi lượng rongtảo tăng mạnh có thể làm tắc nghẽn hệ thống lọc trong quá trình xử lý ở nhà máynước, gây giảm oxygen khi rong tảo chết đi.

Theo Viện chất lượng nước Đan Mạch thì khi nước bị phú dưỡng, hàm lượngtổng P > 0.15 mg/l, tổng N > 0.10 mg/l.

Nitrat và phosphat chỉ thị tác động của con người tới môi trường do nướcthải sinh họat, công nghiệp (chất bài tiết từ động vật, bột giặt, ...) và canh tác nôngnghiệp (phân bón).

Các hợp chất vô cơ hòa tan quan trọng của nitơ là NH3, NH4+, NO3

- và NO2-.

Trong đó NH3 và NO2- độc đối với các loài động vật thủy sinh còn NO3

- là nguồndinh dưỡng tốt mà thực vật thủy sinh dễ hấp thu nhất, tạo nên các hợp chất hữu cơtrong thủy vực. Trong môi trường nước hiếu khí, dưới tác dụng của vi khuẩnNitrosomonas bacteria, NH4

+ sẽ bị biến đổi thành NO2- và tiếp theo vi khuẩn

Nitrobacter bacteria chuyển hóa về NO3-, gọi chung là quá trình nitrat hóa

(nitrification). Nếu các hợp chất NO3- này bị vi khuẩn khử về N2, gọi là quá trình

phản nitrat hóa (denitrification) hoàn trả N2 cho khí quyển, khép kín chu trình nitơ.

Có 95% N trong đất thường ở dạng các hợp chất hữu cơ mà cây trồng khôngsử dụng được. Quá trình khoáng hóa sẽ phân hủy vật thể hữu cơ về dạng NH4

+ vàNO3

-. Tuy nhiên nếu môi trường thiếu O2, quá trình sẽ dừng lại NH4+. Phân bón

cung cấp N cho cây trồng dạng hấp thu NO3- hoà tan trong nước. Còn nếu bón phân

ở dạng như urea -hợp chất diamide thì vi khuẩn sẽ chuyển hoá về NO3-.

Ure là loại phân đạm tốt nhất hiện nay, có tỉ lệ %N rất cao (46%), không làmthay đổi độ axit - bazơ của đất do đó thích hợp với nhiều loại đất trồng.

(NH2)2CO + 2H2O = (NH4)2CO3

Khi xử lý nước thải, người ta làm theo 2 bước: nitrat hoá (sục bùn để "hoạthoá" trong điều kiện hiếu khí) rồi phản nitrat hoá (thêm methanol - kỵ khí). Để chovi khuẩn kỵ khí thực hiện quá trình phản nitrat hóa, ta thêm vào methanol cung cấpcarbon cho vi khuẩn, ngoài ra methanol còn giúp hạ thấp oxy trong nước.

Cố định N là chuyển từ dạng khí về dạng hợp chất N liên kết với nguyên tốkhác(NH3, NO2, NO3

-). Một số loại tảo và vi khuẩn sống ở nốt sần rễ cây họ đậu cókhả năng cố định N. Tuy nhiên đóng góp này thấp so với phần do phân huỷ vật thể

59

Phân tích nước

hữu cơ, các trận mưa có sấm sét,...Phản ứng tổng hợp NH3 dưới áp suất lớn, nhiệtđộ cao thực hiện như sau:

N2 + H2 → NH3

Thông qua việc sản xuất phân bón, tức là cố định nitơ, con người đã làm thayđổi chu trình N trên phạm vi toàn cầu.

Phân bón chứa P được điều chế bằng cách xử lý quặng phosphat (rất ít tan)với H2SO4 chuyển về dạng superphosphat dễ tan cho cây trồng hấp thu.

Ca3(PO4)2 + H2SO4 → Ca(HPO4)2 + 2 CaSO4

28. SILICA (SiO2)

Silicon (Si) không tồn tại ở dạng ion đơn lẻ mà ở dạng oxid SiO2 trong thạchanh, cát hay dạng hợp chất silicat phức tạp trong các loại khoáng, đá. Vì vậy, cáckết quả phân tích mẫu đất, mẫu nước thường quy nồng độ về SiO2 . Nồng độ SiO2

có trong nước mặt, nước ngầm khoảng 1-30 mg/l, cá biệt một số mẫu nước biển,nước pH thấp (nước giếng, nước phèn, suối nước nóng) hàm lượng SiO2 có thể rấtcao.

Silic là vi chất dinh dưỡng cho cây trồng, nhóm tảo cát (diatom). Nồng độSiO2 cao sẽ tạo thành cặn trong nồi hơi.

Bảng : Độ hòa tan của Silic trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của nước

pH Độ hòa tanSiO2(ppm)

pH Độ hòa tanSiO2(ppm)

2 36 7 2823 36 8 3184 60 9 3425 100 10 3606 216 11 378

Bảng : Tỉ lệ % của H2SiO3, HSiO3- & SiO32- trong dung dịch ở những giá trị pH khác nhau

pH H2SiO3 HSiO3- SiO3

2-

6 100,00 - -7 99,98 0,02 -8 99,79 0,21 -9 97,90 2,10 -10 82,23 17,68 0,0911 30,68 65,97 3,35

Như vậy, pH của nước càng thấp acid silic ở trạng thái ion càng ít, ở trạng thái keocàng nhiều. Trong nước Silica tồn tại ở hai dạng thường gặp là H4SiO4 và H3SiO4

-.

60

Phân tích nước

Phương pháp: Ở pH=1,2 amoni molybdat phản ứng với silic và phosphat tạo thànhaxit molybdosilicic dị đa màu vàng hấp thu cực đại ở 410 nm. Sau đó dùngAminoNaptholSulfonic và sunfit khử về phức màu xanh có ưu điểm độ hấp thu caohơn và bền vững hơn. Mục đích của việc thêm vào axit oxalic là để phá hủy axitmolybdophosphoric (loại bỏ cản nhiễu phosphat), giảm cản nhiễu tannin.

Phương pháp này chỉ xác định phần Silica “hoạt tính” có phản ứng vớimolybdat, không phải toàn bộ các dạng Silica. Việc đun nóng mẫu với NaHCO3

cung không thể chuyển hết toàn bộ về dạng “hoạt tính”.

Thực nghiệm:

Lưu ý: Không bảo quản mẫu trong chai thủy tinh vì nhiễm Si. Không axit hóa mẫuvì SiO2 kết tủa khi độ pH thấp.

* Dung dịch chuẩn SiO2 100 mg/l :

Cân 0,4730 g sodium metasilicat nanohydrat Na2SiO3.9H2O pha thành 1000ml. Dung dịch đựng trong chai nhựa, rất bền vững theo thời gian.

* Dung dịch amoni molybdat 2% và HCl 6% v/v

* Dung dịch khử bao gồm: metol 0,67% và sodium sulfit 0,8%, H2SO4 10% v/v

Hút 2 ml mẫu nước đã lọc +1,5ml axit molybdat, lắc kĩ, đợi 10 phút cho 7,5ml hỗn hợp dung dịch khử, đợi 3 tiếng sau đem đo ở bước sóng 815 nm. Phức nàytương đối bền vững sau nhiều giờ.

Đường chuẩn : từ chuẩn 100 mg/l pha thành chuẩn 2 mg/l(A)

Bđm 25ml Blank Standard 1 Standard 2 Standard 3

Dung dịch A(ml) 0 2 5 8

Nồng độ (mg/l) 0 2 5 8

29. SUNPHAT (SO4)Sunphat gây các tác động chủ yếu là vấn đề mùi và ăn mòn đường ống.

a) Vấn đề về mùiKhi không có oxy, sunphat là chất cung cấp oxi (chất nhận điện tử) trong quá

trình oxi hoá sinh hoá của vi khuẩn kị khí. Trong điều kiện kị khí, sunphat bịkhử thành sunphua.

SO42- + chất hữu cơ 2 CH2O vi khuẩn Desulfovibrio H2S + 2H2O + 2CO2

H2S ↔ S2- + HS-

61

Phân tích nước

Quan hệ giữa ba dạng H2S, HS- và S2- tại các pH khác nhau của dung dịch chứa10-3 M H2S (hay 32mg/L H2S) như sau. Tại pH >8, lưu huỳnh trong dung dịch tồntại chủ yếu hai dạng HS- và S2-. H2S chỉ tồn tại một lượng rất nhỏ, vì vậy áp suấtriêng của nó rất thấp nên không gây mùi hôi. Tại pH < 8 cân bằng chuyển dời vềphía tạo thành H2S phân tử. Tại pH = 7, có tới 80% là dạng H2S. Khi một lượng lớnsunphat bị khử thành ion sunphua, áp suất riêng phần của H2S đủ gây ra mùi hôi.b) Ăn mòn đường ống

Nếu lượng oxi không đủ do quá trình thông gió tự nhiên của không khí trongcống, quá trình khử sunphat thành sunphua sẽ xảy ra. Ở pH thông thường của nướcthải, hầu hết sunfua nằm ở dạng H2S và một phần của nó bay vào lớp không khí ởtrên lớp nước thải trong cống. Nếu hệ thống cống được thông gió tốt và thành cốngvà đỉnh cống khô ráo, việc hình thành của H2S không gây ra ăn mòn. Tuy nhiên,trong trường hợp thông gió kém, thành và đỉnh cống ẩm ướt, H2S sẽ hoà tan vào lớpnước trên thành và đỉnh cống tương ứng với áp suất riêng phần của nó trong khôngkhí hiện diện trong cống. Do điều kiện hiếu khí là luôn tồn tại trong hệ thống cống,những vi khuẩn hiếu khí oxi hoá H2S thành H2SO4 và sau đó trở nên đậm đặc và ănmòn bêton. 2H2S + O2 → 2S + 2H2O 2S + 2H2O + 3O2 → 4H++ 2SO4

2- Phản ứng S→SO4

2- sẽ được tăng nhanh khi có mặt vi khuẩn thiobacillus thiooxidantcó thể sống được ở pH< 2, chúng đã lấy năng lượng từ sự ôxy hóa khử.

Ăn mòn thành trên ống cống bêton trở nên đáng quan tâm khi nước thải sinhhoạt có nhiệt độ cao, thời gian lưu trong cống dài và nồng độ sulfate cao. Hàmlượng sunfat lớn hơn 300 mg/L có tính xâm thực mạnh trên các công trình xâydựng. c) Sunfat sẽ cùng với ion Ca2+ và các ion kim loại tạo thành cặn cứng bám trênthành các thiết bị trao đổi nhiệt nên cần phải lưu ý khi vận hành thiết bị đun nước,lò hơi và các thiết bị trao đổi nhiệt.d) Tác động đến con người

Nước cấp có hàm lượng sunfat > 250 mg/L có tính độc hại với con người, vìsunfat có tính nhuận tràng. Sunfat cao, nước sẽ có vị chát và gây bệnh tiêu chảy.Hàm lượng SO42- trong nước cao sẽ gây ảnh hưởng đến con ngươi do tính chấttẩy rửa của sulfate.

Phương pháp độ đục: Ion SO4 phản ứng với BaCl2 trong môi trường axit tạo kết tủaBaSO4 một lượng tương đương. Đo độ hấp thu trên máy so màu hay máy đo độ đục.Glycerol hay gelatin được cho vào để làm tăng độ nhớt của dung dịch, nhờ đó thểvẫn BaSO4 bền vững hơn.

62

Phân tích nước

Nhìn chung, phương pháp đo độ đục có độ chính xác và độ lập lại không caovì độ khuếch tán và độ hấp thu của hệ keo phụ thuộc vào nhiều yếu tố như khốilượng và kích thước của các hạt keo… mà các yếu tố này khó điều chỉnh hằng địnhđược trong các thí nghiệm.

Hoá chất:

Cách 1: pha 1000 ml dung dịch đệm sau: 30g MgCl2.6H2O + 5g CH3COONa.3H2O+ 1g KNO3 + 0,111 g Na2SO4 + 20 ml CH3COOH 99%

Cách 2: Pha theo tỷ lệ sau:

- 30 ml HCl 37%

- 300 ml H2O cất

- 100 ml ethanol 95%

- 75 g NaCl

- 50 ml glycerol

- BaCl2 dạng tinh thể kích thước 20-30 mesh

- Dung dịch chuẩn SO4 1000 mg/l: cân 0,1479g Na2SO4 khan đã qua sấy pha thành1000ml.

Thực nghiệm:

Hút 20 ml mẫu đã lọc (mẫu có EC<200 µS/cm) hay ít hơn nếu EC lớn hơn

vào bình định mức 25ml và 4 ml dung dịch đệm hay 2,5 ml dung dịch môi trường.Dùng phễu cho vào 0,05 g BaCl2 . Định mức, lắc 60 giây, sau 5 phút đo độ hấp thuở 420 nm cuvet 5cm.

Xây dựng một đường chuẩn SO4 0-40 mg/l. Đường chuẩn này không hoàntoàn tuyến tính với R2<0,999. Giới hạn phát hiện là 1 mg/l. 30. CLORUA

Hai phương pháp sau xác định clorua và cả bromua, iodua, xyanua. Tuy nhiên,nước biển có thành phần Cl–: Br–: I– tương ứng là 558; 0,86; 0,0004 meq/l thì saisố do Br–, I– là không đáng kể, khoảng 0,15%.30.1 Phương pháp chuẩn độ AgNO3 chỉ thị K2CrO4 (Phương pháp MOHR)

Dựa trên cơ sở chuẩn độ kết tủa, dùng dung dịch AgNO3 tiêu chuẩn chuẩn độtrực tiếp xuống dung dịch mẫu có chứa thành phần Cl–, phản ứng được thực hiệntrong môi trường pH trung tính tới kiềm nhẹ, với chỉ thị K2Cr2O4, điểm tươngđương nhận được khi dung dịch xuất hiện kết tủa đỏ gạch. Ta cần khống chế pH ởkhoảng từ 7 - 10 vì ở pH cao hơn, ion Ag+ sẽ tạo tủa trắng AgOH và nhanh chóngchuyển thành Ag2O màu nâu, còn khi pH thấp CrO4

2- chuyển thành Cr2O72-

, kết tủa

63

Phân tích nước

Ag2CrO4 khó hình thành. Trên thực tế, hệ đệm được tạo ra bằng cách cho vào dung

dịch một ít NaHCO3 pH≈8,3.

Phản ứng chuẩn độ: AgNO3 + Cl- ==> AgCl↓ + NO3-

Phản ứng chỉ thị: 2Ag+ + CrO42- ==> Ag2CrO4↓

Thực nghiệm :

* Dung dịch Ag(I) ∼0,02N: cân 3,3974g AgNO3 pha trong 1 L, đựng trong chai tối

màu. Xác định lại nồng độ Ag+ bằng chuẩn Cl 0,02N.

* Chuẩn Cl 0,02N: cân 1,1688g NaCl pha trong 1 L.

* Chỉ thị : Cân 5g K2CrO4 hòa tan trong 100ml nước.

Hút 20ml mẫu và tạo môi trường trung tính tới kiềm nhẹ (pH~5,0-9,5) bằng2ml đệm NaHCO3 5%, thêm 4 giọt chỉ thị. Bắt đầu chuẩn độ mẫu bằng dung dịchAgNO3, lắc mạnh để tránh tủa AgCl đông tụ. Gần tới điểm tương đương kết tủatrắng AgCl vón lại, ngừng chuẩn độ khi màu chuyển sang đỏ gạch, chính là lúc xuấthiện kết tủa Ag-cromat (chuyển từ màu vàng chanh sang vàng hồng).

Chú ý : Thể tích mẫu phải đồng đều (ví dụ 100ml) để nồng độ các ion Ag+, CrO42-

là hằng số tại điểm cuối, tức là mắc sai số chỉ thị như nhau. Do đó bắt buộc phảithực hiện chuẩn độ mẫu trắng với nước cất. Giá trị mẫu trắng không được vượt quá0,4ml.

64

Phân tích nước

Trong thực tế, lượng chỉ thị cho vào có thể tính được từ trị số tích số tan,nồng độ muối AgCl, AgCr2O7 và thể tích dung dịch chuẩn độ. Cần cho 1 lượng chỉthị bằng nhau để sai số chỉ thị chuẩn độ mẫu và chuẩn là như nhau.30.2 Phương pháp chuẩn độ Hg(NO3)2

Hg(II) tạo phức bền với Clorua. Khi chuẩn hết Cl, lượng dư Hg(NO3)2 tạophức màu tím với chỉ thị diphenylcabazone. Chỉnh pH 2,3 đến 2,8 bằng axit HNO 3

với chỉ thị pH xylenecyanol FF. Phương pháp này dễ nhận biết chuyển màu hơnphương pháp Mohr.

Thực nghiệm :

* Axit nitric 1M: pha loãng 30 ml HNO3 65% thành dung dịch 500 ml.

* Chỉ thị: Hòa tan 125mg diphenylcabazone trong 25 ml etanol 95%, sau đó thêm15 mg xylenecyanol FF rồi pha loãng tới 50 ml bằng etanol. Chỉ thị kém bền, phảipha mới mỗi khi chuẩn độ. Nếu chỉ thị hỏng sẽ gây khó nhận biết điểm cuối và mắcsai số dương.

* Dung dịch Hg(II)10 meq/l: 1,9g Hg(NO3)2.H2O hoà tan với 4 ml dung dịch axitHNO3 1M pha loãng thành 1 L, đựng trong chai tối.

Hút 20ml mẫu, thêm chỉ thị, cho 1 ml HNO3 đến khi có màu xanh lục-xanhdương. pH >3,8 xanh dương còn khi pH<2 xanh lục. Quan sát dung dịch chuyển từmàu xanh lục/vàng sang màu tím rõ.31. DẦU MỠ (OIL AND GREASE)

Với tỷ trọng thấp và tính linh động cao, khi vào nước dầu mỡ dễ dàng lan ratạo thành màng mỏng che phủ mặt nước ngăn cản sự xâm nhập của ôxy vào nướcdẫn giảm khả năng tự làm sạch. Dầu mỡ xâm nhập cơ quan hô hấp của tôm cá vàngăn cản quá trình thở. Dầu mỡ có khả năng bám dính trên thân, rễ và lá cây gâycản trở khả năng quang hợp, trao đổi chất. Do ảnh hưởng của các yếu tố môi trường(nhiệt độ, gió, bức xạ, dòng chảy, vi sinh vật) tác động của dầu giảm dần. Tuynhiên, một số loại dầu nặng có thể chìm xuống đáy, bám vào bùn, khó bị phân hủysẽ gây ảnh hưởng lâu dài.

Mẫu xác định dầu phải đựng trong chai thủy tinh và thêm chất bảo quản 6 mlH2SO4 đậm đặc cho 1 lit nước mẫu. Độ pH<2 giúp cho việc thủy phân dầu mỡ.

30.1 Phương pháp khối lượng

Chiết mẫu bằng n-hexan hay hỗn hợp 80% n-hexan và 20% methyl-tert-butylether. Các tài liệu khác dùng chlorofrom, trichlorotrifluoroethan, tetraclocarbon,dicloromethan, pentan, cyclohexan. Sau đó là quá trình đuổi thu hồi dung môi vàcân khối lượng chênh lệch do dầu mỡ trong mẫu.

65

Phân tích nước

30.2 Phương pháp hồng ngoại xác định dầu khoáng/ dầu tổng Sau khi chiết bằng dung môi 1,1,2-triclo-1,2,2-trifloethan (), đem đi đo độ hấp

thu của nối carbon-hydro trong vùng hồng ngoại (2930 cm-1). Giới hạn phát hiệncủa phương pháp này là 0,2 mg/l.

Nếu không biết thành phần dầu có trong mẫu, ta dùng dầu đối chiếu (referenceoil) là hỗn hợp có thành phần thể tích gồm: 37,5% iso-octan, 37,5% hexadecan,25% benzen.

Nếu xác định dầu khoáng, sau khi chiết phải làm sạch dịch chiết bằng cáchqua cột sắc ký chứa nhôm ôxit hay magie silicat (Florisil) hay lắc dịch chiết vớisilicagel. Các chất phân cực (có nối C=O hay O-H) sẽ bị hấp phụ là các axit béo,phenolic, axit naphtenic, nếu không loại bỏ sẽ gây sai số dương đối với phươngpháp phổ hồng ngoại. 30.3 Phương pháp sắc ký khí xác định dầu khoáng 30.4 Phương pháp hùynh quang xác định dầu khoáng (petroleum oil)

* Thiết bị :

- Máy quang phổ huỳnh quang

- Phễu chiết 1000ml

- Bình định mức 25 ml

- Erlen 250 ml

- Cân phân tích

- Dispenser cho bình dung môi

* Hóa chất:

- Dung môi diclorometan, loại tinh khiết quang phổ hay sắc ký.

- Na2SO4 khan được làm khô bằng sấy 2 giờ ở 130oC. Nếu cần làm sạchNa2SO4 bằng điclometan trên hệ thống soxhlet, sau đó nung ở nhiệt độ 500oC trong4 giờ và giữ trong chai thuỷ tinh.

* Tiến hành :

- Pha chuẩn dầu: tùy theo loại dầu chiếm ưu thế, với mẫu nước sông kênhthường dùng dầu DO mua sẵn. Từ đây, pha loãng thành các chuẩn với dung môidiclorometan bằng phương pháp cân khối lượng.

- Tiến hành chiết mẫu nước nhiếu lần bằng dung môi diclorometan. Các phầndung môi nằm bên dưới sẽ thu vào erlen 250 ml. Sau đó loại đến hết nước bằngNa2SO4 khan rồi đổ sang bình định mức 25 ml, định mức đem đo.

- Đo cường độ phát xạ trên máy huỳnh quang cho cả chuẩn và mẫu. Từ đó,tính ra hàm lượng dầu có trong mẫu.

66

Phân tích nước

TCVN 5942:1995 Nước mặt A B Dầu mỡ (oil & grease) 0 0,3 TCVN 5945:1995 Nước thải công nghiệp A B CDầu mỡ khoáng (Mineral oil and fat)

KPHĐ 1 5

Dầu mỡ động thực vật (Animal-vegetable fat and oil)

5 10 30

TCVN 5943:1995 Nước biển ven bờ Bãi tắm Nuôithuỷ sản

Các nơikhác

Váng dầu mỡ (Oil and fat film/scum)

0 0 0,3

Nhu dầu mỡ (Oil and fat suspension/galactoze)

2 1 5

TCVN 6774:2000 Nước ngọt bảo vệ đời sống thuỷ sinhDầu mỡ khoáng không quan sát thấy váng, nhu

32. VI SINH

Bên cạnh các sinh vật có ích có nhiều nhóm sinh vật gây bệnh hoặc truyềnbệnh cho người và sinh vật. Trong số này, đáng chú ý là các loại vi khuẩn, siêu vikhuẩn và ký sinh trùng gây bệnh như các loại ký sinh trùng bệnh tả, lỵ, thương hàn,sốt rét, siêu vi khuẩn viêm gan B, siêu vi khuẩn viêm não Nhật bản, giun đỏ, trứnggiun v.v...Nguồn gây ô nhiễm sinh học cho môi trường nước chủ yếu là phân rác,nước thải sinh hoạt, xác chết sinh vật, nước thải các bệnh viện v.v...

Thực tế không thể xác định cụ thể tất cả các loại vi trùng này vì rất phức tạpvà tốn nhiều thời gian. Do vậy thông thường trong quan trắc ô nhiễm, chúng ta chỉcần xác định một vài vi sinh chỉ thị cho ô nhiễm phân. Có 3 nhóm vi sinh vật chỉ thịô nhiễm phân:

- Nhóm coliform, đặc trưng là Escherichia coli (E.coli) Nhóm coliform có khả năng lên men lactose khi nuôi cấy ở 35oC hoặc tạo ra

acid, aldehyd và khí trong vòng 48 giờ, thường cư trú trong ruột già (đại tràng) củangười và động vật Bản thân coliform không gây bệnh nhưng được dùng chỉ thị cácvi sinh vật gây bệnh có nguồn gốc từ phân động vật máu nóng. Sự có mặt của chúnglà tín hiệu cho thấy rau hay nước có thể bị phơi nhiểm phân người hay phân độngvật. “Có thể” là bởi vì khoảng 11% các vi khuẩn coliform tìm thấy trong phân ngườilà vi khuẩn E. coli, vì thế, chỉ khi nào xét nghiệm thấy có vi khuẩn E. coli trong cácvi khuẩn coliform thì mới có bằng chứng để phát biểu rằng nước hay rau bị phơinhiễm phân người.

67

Phân tích nước

Faecal coliform (nhóm coliform chịu nhiệt) là loại có khả năng lên menlactose ở 44,5oC trong 24 giờ. Trong nhóm này có Escherichia (chiếm ưu thế) vàKlebsiella.

Escherichia coli (E.coli): Sinh vật dạng coli chịu nhiệt hiếu khí và có khảnăng yếm khí, chúng làm lên men lactozơ (hoặc mannitol) ở nhiệt độ 44oC để tạo racả axit, khí và cung tạo ra indole từ tryptophan. Chúng thường cư trú trong ruột giàcủa người và động vật máu nóng. E.coli thường không có khả năng sinh sản trongnước thải và nước mặt bị ô nhiễm.

Có nhiều loại E.coli, nhưng may mắn thay phần lớn chúng có thể nói là vôhại. Tuy nhiên, một số E.coli có thể gây tiêu chảy, và loại phổ biến nhất trong nhómE.coli có hại này là E.coli O157:H7. Tiêu chảy ra máu là triệu chứng chính củanhiễm E.coli.

- Nhóm Streptococci, đặc trưng là Streptococcus faecalis.

Khi Streptococcus faecalis có trong thức ăn hoặc nước uống, điều đó chứngtỏ nguồn nước hoặc thực phẩm có dấu hiệu nhiễm bẩn liên quan đến nguồn phânngười hoặc động vật, có thể gây viêm họng, viêm khớp hoặc viêm màng tim, rốiloạn tiêu hóa. Vi khuẩn này sống ký sinh trong cổ họng người hoặc động vật. Khinuốt vào sẽ thải theo phân ra ngoài. Sự tồn tại của chúng trong nước, ngay cả khikhông có E.coli, chứng tỏ có sự ô nhiễm do phân.

- Nhóm Clostridia khử sulphite, đặc trưng là Clostridium perfringents

Vi khuẩn clostridium là một dạng vi khuẩn gây bệnh tiêu chảy phổ biến vàkhó chữa trị nhất.

Trong 3 nhóm vi sinh chỉ thị trên nhóm coliform thường được phân tích vì:

a) Chúng là nhóm vi sinh quan trọng nhất trong việc đánh gía vệ sinh nguồn nướcvà có đầy đủ các tiêu chuẩn của loại vi sinh chỉ thị lý tưởng;

b) Chúng có thể được xác định trong điều kiện thực địa;

c) Việc xác định coliforms dễ dàng hơn xác định các vi sinh khác. Chẳng hạn cácqui trình xác định streptococci cần thời gian ổn nhiệt lâu còn việc xác địnhClostridia cần phải tiến hành ở 80oC và lên men hai lần nên trong điều kiện thực địakhó xác định hai loại vi sinh chỉ thị này.

Phụ lục 0 Xác suất thống kê

- Giá trị trung bình(average, mean,x )

- Trung vị (median)

68

Phân tích nước

- Kỳ vọng (estimate, expected, µ)

- Phương sai (variance, s)

- Độ chụm (precision): Mức độ gần nhau giữa kết quả, được hiểu là độ lặp lại(repeatability, r) của mẫu lặp replicate của 1 phòng thí nghiệm giữ đồng nhất mọiđiều kiện, cùng người thao tác, cùng thiết bị trong một khoảng thời gian xác định.Hay rộng hơn là độ tái lập (reproducibility, R) khi so sánh kết quả trong điều kiệnđo thay đổi giữa các phòng thí nghiệm.

Độ chụm còn gọi là độ chính xác thể hiện qua 2 đại lượng:

+ Độ lệch chuẩn (standard deviation, s): ta luôn thấy sr>sR

+ Hệ số biến thiên tương đối CV(coefficient of variation) và RSD(relativestandard deviation), tính theo %, dùng so sánh giữa các độ lệch chuẩn

100*%x

SDCV =

Yêu cầu CV<10%.

Thông thường, các phương pháp phân tích dụng cụ có CV dưới 5%

- Độ đúng (Bias/ Accuracy): được hiểu là sai lệch của kết quả thử (reportedvalue) với giá trị đối chứng được chấp nhận (accepted reference, true value). Đây làsai số hệ thống, có vai trò quan trọng hơn sai số ngẫu nhiên. Có thể kiểm tra độđúng theo 2 cách:

a. Độ thu hồi(recovery) dựa trên phương pháp thêm chuẩn của mẫu LFM(known additon, spiking)

100*%spike

samplelespikedsamp

C

CCR

−=

Yêu cầu: 80% < %R < 120%

b. Biểu đồ kiểm soát chất lượng (control chart)

- Accuracy: là bao gồm cả độ lặp lại và độ đúng, do đó có thể hiểu là độ tin cậy

Phụ lục 0 Quality Control- RPD (Relative Percentage Difference) đánh giá độ lặp lại kết quả:

100.2/)(

||

21

21

CC

CCRPD

+−

=

69

Phân tích nước

- Replicate: đo lặp lại 1 mẫu nào đó sau khi hoàn tất một loạt mẫu. NếuRPD<10% là đạt yêu cầu.

- Duplicate (mẫu lặp toàn bộ): phân tích 2 phần của cùng một mẫu trải quatất cả giai đoạn của quy trình phân tích, từ đó đánh giá độ lặp lại của quá trìnhchuẩn bị mẫu. Nếu RPD<20% là đạt yêu cầu.

- Mẫu trắng kiểm tra độ ổn định của đường nền. Nếu cần phải rezero để loạitrừ trôi nền.

- Reslope: xác nhận lại đường chuẩn (calibaration verification) thông quayếu tố độ dốc đường chuẩn bằng cách chạy lại 1 chuẩn nằm ở giữa đường chuẩn,thông thường sau 10 mẫu và tính ra nồng độ CR. Chênh lệch nồng độ CR này vànồng độ chỉ định CS tốt nhất ở trong khoảng 90-110%, nếu ngoài khoảng 80-120%thì phải chạy lại toàn bộ đường chuẩn (recalibration). Sau khi xác định reslope thoảgiới hạn cho phép 90-110% , các nồng độ về sau sẽ được nhân với hệ số CS/CR

- Reagent Blank/ Method Blank: Thay mẫu bằng nước cất, thêm các thuốcthử và tiến hành y như đối với mẫu. Bằng cách này ta đánh giá được nhiễm bẩn từhoá chất và thiết bị, nếu giá trị lớn hơn MQL thì kết quả không đáng tin cậy.

- QC Sample/ Laboratory Control Check Sample (QCS, LCS, LCC): Dungdịch có chất phân tích với nồng độ và khoảng sai số đã được chứng nhận, được gọilà Certified Reference Material (CRM, true value) và thường được mua từ nhà cungcấp. Có thể coi đây là thước đo chính xác đánh giá độ đúng của 1 phương pháp,dùng kiểm soát riêng quá trình đo trên máy. Kết quả xem là đạt yêu cầu nếu saikhác dưới 10% so với nồng độ thực.

- Laboratory-fortified Matrix(LFM)/ Matrix Spike: Mẫu được thêm vào 1lượng chất chuẩn ngay từ đầu, trước khi qua các bước xử lý. Từ kết quả mẫu thêmnày và mẫu nguyên thủy, tính được độ thu hồi (recovery) từ đó đánh gía ảnh hưởngcủa 2 yếu tố matrix và quá trình chuẩn bị mẫu. Thông thường sử dụng nồng độ thêmvào bằng với trong LFB để đánh giá riêng ảnh hưởng của matrix.

- Laboratory-fortified Blank (LFB)/ Blank Spike: Chính là mẫu trắng phươngpháp (method blank) là nước cất được thêm vào 1 lượng chất chuẩn. Từ kết quảphân tích, tính được độ thu hồi trong matrix “sạch” và đánh gía ảnh hưởng của riêngquá trình chuẩn bị mẫu.

- QC Spike/ Analytical Spike: Mẫu sau khi trải qua các bước được thêm vào1 lượng chất chuẩn trước khi đem đo trên máy. Tỷ lệ thu hồi chấp nhận trongkhoảng 70-110% và RSD nhỏ hơn 20%.

Trong hoạt động QC, các mẫu LFB/LFM/QC Spike/LCS đều phải thực hiệntrong loạt 20 mẫu tức tỷ lệ 5%.

70

Phân tích nước

Xác nhận sự hiện diện của cản nhiễu bằng 1 trong 3 yếu tố sau : + Độ thu hồi của chuẩn thêm vào nhỏ hơn 85% (Lượng thêm vào tốt nhất nằm trong khoảng 50-200% nồng độ của mẫu) + Nồng độ mẫu nguyên thuỷ và mẫu pha loãng 5-10 lần sai khác hơn 10% + Đường chuẩn phương pháp thêm không song song, độ dốc nhỏ hơn đường chuẩn ban đầu.

- Phương pháp thêm chuẩn để loại bỏ cản nhiễu :Yêu cầu khi thực hiện làcác giá trị đo A phải nằm trong khoảng tuyến tính của đường chuẩn, có ít nhất 2mẫu thêm bên cạnh mẫu không thêm, thể tích của chuẩn thêm vào không quá 10%mẫu, nồng độ thêm vào cao nhất không không quá 3 lần nồng độ mẫu. Tuy nhiênphương pháp thêm chuẩn chỉ đúng nếu

- Phương pháp thêm chuẩn để tính độ thu hồi (Recovery). Từ đây, đánh giáđộ tin cậy của phương pháp hoặc hẹp hơn là ảnh hưởng/ tác động của một yếu tốnào đó như đệm, nồng độ thuốc thử, thời gian phản ứng,.v.v..

- Giới hạn phát hiện LOD(Limit of Detection):

Là khái niệm chung để chỉ lượng chất phân tích nhỏ nhất mà máy có thể phát hiện,khẳng định hiện diện chất phân tích với một mức tin cậy nào đó, thường chọn mứctin cậy 99%. Nếu mẫu có nồng độ nhỏ hơn LOD thì sẽ cho tín hiệu đo như mẫutrắng, các kết quả gần LOD sẽ có độ lệch chuẩn rất kém 50% và 33% ứng vớitrường hợp 2 và 3 lần độ lệch chuẩn.

Nếu khẳng định không phát hiện một chất => Cần đưa ra giá trị LOD

Theo quy ước, LOD là nồng độ tương đương 2 hay 3 lần độ lệch chuẩn của mẫublank. Tuy nhiên, như trong sắc ký, tín hiệu phân tích thay đổi theo thời gian thì tốtnhất nên tính LOD theo 2 hay 3 lần độ lệch chuẩn của mẫu nồng độ thấp gần zero.Trong thực tế thường dựng đường chuẩn và đo 7 lần lặp lại hay hơn nữa của mộtdung dịch chuẩn nồng độ khoảng 1-5 lần LOD (nồng độ gần bằng không) và tínhtheo công thức:

STD

nSTD

H

xSxCLOD

3=

+ IDL là giới hạn phát hiện của một thiết bị

+ MDL là giới hạn phát hiện cho toàn bộ quy trình phân tích bao gồm tất cả các giai đoạn như phá mẫu, làm giàu, phản ứng,vv...

71

Phân tích nước

- Giới hạn định lượng LOQ là nồng độ tương đương 10 lần độ lệch chuẩn của mẫublank hay chuẩn có nồng độ gần bằng không. Các kết quả gần với LOD và nhỏ hơnLOQ có độ lặp lại, độ đúng kém nên phép đo sẽ kém tin cậy. Phép định lượng chỉcoi là đủ tin cậy khi kết quả lớn hơn LOQ.

STD

nSTD

H

xSxCLOQ

10=

LOQ được sử dụng trong phạm vi một PTN. Còn PQL (PracticalQuantitation Limit) là giá trị dùng chung giữa các PTN trong phân tích, mặc dùthực hiện theo cùng quy trình, thiết bị, matrix nhưng LOQ vẫn khác nhau. Các kháiniệm RL (reporting limit) hay EQL (estimated quantitation limit) là tương tự PQL.

Vì PQL thay đồi theo từng matrix nên theo EPA, thông thường tính PQL gấpkhoảng từ 5-10 lần MDL.

Các đại lượng instrument detection limit (IDL), lower level ofdetection(LLD), method detection limit (MDL) và level of quantitation (LOQ) tỷ lệvới nhau như sau:

IDL: LLD: MDL: LOQ = 1 : 2 : 4 : 10

Các thông số trên phụ thuộc rất nhiều vào thiết bị, hóa chất và matrix củamẫu (loại mẫu). Chủ yếu là đo mức độ nhiễu của đường nền và pic mẫu mà điềunày phụ thuộc vào độ ổn định của hệ thống quang học, điện tử và độ tinh khiết hoáchất, độ dốc của đường chuẩn, cách lấy tín hiệu pic (diện tích hay chiều cao),cường độ nguồn ánh sáng tới(đèn Tunsten, HCL), bề rộng khe,....

72

Phân tích nước

Phụ lục 1 Danh sách các chất chuẩn gốc trong chuẩn độ, chất chuẩn.

Công thức Nhiệtđộ sấy

Thờigian sấy

Mục đích

Chất oxy hoá K2Cr2O7* 105oC 2 giờ Chuẩn lạiNa2S2O3

Chất oxy hoá KIO3* Chuẩn lạiNa2S2O3

Chất oxy hoá KH(IO3)2* 105oC 2 giờ Chuẩn lạiNa2S2O3

Chất khử H2C2O4.2H2O* Chuẩn lạiKMnO4

Chất axit H2C2O4.2H2O* Chuẩn lạiNaOH

Chất baz Na2B4O7.10H2O* Chuẩn lạiHCl

Canxi, chất baz CaCO3* 150oC 2 giờ Chuẩn lạiEDTA, HCl

Chất baz Na2CO3* 285oC

250oC

1 giờ

4 giờ

Chuẩn lạiEDTA, HCl

EDTA Na2C10H14O8N2.2H2O* 80oC 2 giờ

Kẽm ZnSO4.7H2O*

Magie MgSO4.7H2O*

Chuẩn kiểm tra CODChất axit

KHC8H4O4* 110oC 1 giờ Chuẩn lạiNaOH

Chuẩn kiểm tra BOD Glucose+Axit glutamit 105oC 1 giờ

Phosphat KH2PO4 105oC 1 giờ

Natri, clorua NaCl* 105oC Chuẩn lạiHg(NO3)2

Kali, clorua KCl

Nitrat KNO3 105oC 2 giờ

Amoni NH4Cl 105oC 2 giờ

Nitrit NaNO2

*Chất chuẩn gốc

73

Phân tích nước

Phụ lục 2 Dụng cụ chứa mẫu và điều kiện bảo quản

Thông số Chai đựng mẫu

Điều kiện bảo quản Thời gian

BOD 40C 24hCOD 40C, 2ml H2SO4/l (pH<2) 5 ngàyDO TT cố định tại chỗ 8hNO2 40C 48hNO3 40C 20 ngàyChlorophyll 40C 24hpH Ngay lập tứcClo dư 40C, tối Ngay lập tứcĐộ dẫn 40C 28 ngàyNH4 pH<2, 4oC 28 ngàyH2S pH>9 (2 ml kẽm axetat

2N/1000ml và NaOH)7 ngày

Fe(II) pH<2Kim loại nặng P 4 ml HNO3 1:1/L (pH<2) 6 tháng

trừ Hg 28 ngàyCN 40C, pH>12 (1ml NaOH

10%/100ml)14 ngày

Si, Na, K, Li PPO4 hòa tan TT lọc tại chỗ, H2SO4 30 ngàyDầu mỡ TT pH < 2 28 ngàyPhenolics TT 40C, 2ml H2SO4/l( pH < 2) 28 ngàyHĐBM TTThuốc trừ sâu TT tối

màu hayPTFE

Flo 28 ngàyVi sinh TT đã

tiệt trùng40C 8h

Mẫu hóa lý: lấy cách mặt nước 1,5 m

Mẫu vi sinh: lấy cách mặt nước 0,5 m; không lấy đầy chai. Chai mẫu xácđịnh vi sinh vật phải tiệt trùng bằng một trong các phương pháp dưới đây: Trong tủsấy ở nhiệt độ 160 - 1750C không ít hơn 2 giờ hay trong nồi hấp áp lực 1 atmotphe(1210C) không ít hơn 20 phút.

Các thông số chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ: pH, ORP, EC, TDS, độ mặn, DOvà các khí hoà tan.

74

Phân tích nước

Các thông số nước ngầm: pH, độ màu, độ đục, độ cứng, NH4, NO3, NO2,SO4, Cl, Fe tổng cộng, Mn, chỉ số permanganat, Coliform, EColi.

Các thông số có thể đo tại hiện trường bằng máy cầm tay: pH, nhiệt độ, DO,EC, ORP, Sal, TDS, chlorophyll, độ đục, Cl-, NO3

-, K+, Ca2+, NH4+, CN, S, Na, F,

Br, I, Cu, Pb, Cd, tỉ trọng, độ sâu.

Phụ lục 3 Nồng độ, tỷ trọng các loại axit, baz thường dùng

CM=(10*C%*d)/M

Axit

Nồng độ

%

Tỷ trọng

d

Phân tử lượng

M

Nồng độ

mol/lit

HCl 37 1,13 36,46 11,16

HNO3 63 1,38 63,01 13,80

H2SO4 95 1,83 98,07 17,73

H3PO4 85 1,69 98,00 14,66

CH3COOH 99,5 1,05 60,05 17,40

NH3 32 0,89 17,03 16,72

Phụ lục 4 Các cấp độ tinh khiết (purity grade)

1) Technical grade (kỹ thuật): không có tiêu chuẩn về chất lượng, hàm lượngtạp chất, dùng để tráng rửa dụng cụ hay làm nguyên liệu sản xuất. Độ tinh

khiết biến động, thông thường ≥90%.

2) Synthesis grade: tổng hợp, điều chế chất hữu cơ, tráng rửa dụng cụ, hoà tan.

Extra Pure grade: định tính và bán định lượng.

3) Analytical reagent (A.R), Pro analysis (p.a), Guaranteed reagent (GR), For

analysis: dùng trong các phương pháp thử nghiệm, độ tinh khiết ≥98,5%

4) Một số loại dung môi chuyên dùng cho lĩnh vực phân tích HPLC,Spectroscopy (UV/IR), LC-MS, Fluorescence.

5) Pharmacopoeia grade: sản xuất thuốc, đáp ứng các tiêu chuẩn ngành dượcnhư USP, BP, JP, DAB, Ph Eur.

6) ACS grade: đáp ứng tiêu chuẩn của American Chemical Society

Một cách tổng quát, độ tinh khiết tăng dần theo thứ tự sau:

Technical< Pure< Extra pure< Pro analysis

90% 97% 98,5%

75

Phân tích nước

Phụ lục 5 Tiêu chuẩn nước uống của Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa kỳ(USEPA) chia làm 2 cấp:

- Cấp 1 (primary): bao gồm các chỉ tiêu ảnh hưởng đến sự an toàn sức khoẻnhư các chất hoá học, vi sinh vật gây bệnh, yếu tố phóng xạ.

- Cấp 2 (secondary): bao gồm các chỉ tiêu ảnh hưởng đến mùi, vị, màu sắc,cảm quan như mùi, màu, pH, TDS, Cl, SO4, Cu, Fe, Mn, Zn, tính ăn mòn, chất tạobọt.

Các chỉ tiêu chất lượng nước chia thành các nhóm :

- Nhóm chỉ tiêu vật lý:

+ Độ đục: chỉ có ý nghĩa nhiều đối với nước sạch, nước uống.

+ Nhiệt độ: ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hoá học, sinh học, phát triển củavi sinh vật, độ hoà tan của chất khí, muối khoáng.

+ Màu sắc: theo tiêu chuẩn của EPA<15 Pt/L

+ Chất rắn: TDS, TS, VSS.

- Nhóm chỉ tiêu cảm quan: mùi gây ra do NH3, amin, H2S, chlorine.

- Nhóm chỉ tiêu hóa học: pH, Eh, độ cứng, NO3, NO2, NH4, PO4, DO, BOD

- Nhóm chỉ tiêu sinh học:

+ Động vật đáy không xương sống kích thước lớn (benthicmacroinvertebrates): sự giảm số lượng, chủng loài báo hiệu ô nhiễm

+ Faecal coliforms: là vi khuẩn vô hại, sinh sống trong đường ruột của độngvật, có nhiều trong phân của động vật. Nồng độ faecal coliforms cao chứng tỏnguồn nước bị nhiễm phân, và do đó có thể có các vi khuẩn, virut gây bệnh.

Phụ lục 6 Các chỉ tiêu phục vụ quản lý môi trường lưu vực sôngCác thông số chỉ thành phần hoá - lý ảnh hưởng đến cảm quan

Đây là các thông số thể hiện các yếu tố hoá - lý có độc tính thấp, chỉ ảnhhưởng đến khả năng sử dụng nước về mặt cảm quan. Nồng độ hay hàm lượng nhấtđịnh các thành phần này không ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, đời sống thuỷsinh nhưng gây cảm giác khó chịu cho việc sử dụng nước (ăn uống, bơi lội, giảitrí...). Chỉ ở nồng độ hoặc hàm lượng cao một số thành phần hoá - lý này mới có thểảnh hưởng xấu đến đời sống động vật thuỷ sinh và sức khoẻ con người.

Theo tiêu chuẩn chất lượng nước bề mặt và thuỷ sản của nhiều quốc gia, tiêuchuẩn cho phép (TCCP) của các thông số này là "tự nhiên" đối với các loại nướcsạch (nghĩa là chỉ phụ thuộc vào bản chất hoá - lý, sinh học vốn có của nguồn nướcvà chế độ thuỷ văn, khí hậu).

76

Phân tích nước

Các thông số hoá họcCác thông số chỉ thành phần hoá học có độc tính thấp

Đặc điểm: Đây là các thông số thể hiện các chất ô nhiễm hoá học có độc tínhthấp theo phân loại của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) dựa theo giá trị LD50. Ởnồng độ thấp các ion hoặc hợp chất này không gây độc đối với con người và thuỷđộng vật. Chỉ ở nồng độ cao vượt nhiều lần TCCP các ion và hợp chất này mới ảnhhưởng đến sức khoẻ và gây tác động sinh thái. Theo phân loại của WHO(Guidelines for Drinking Water, Geneva, 1984) các chất ô nhiễm này cung đượcxếp vào nhóm các thông số gây ảnh hưởng cảm quan.

Theo tiêu chuẩn chất lượng nước sinh hoạt và thuỷ sản của nhiều quốc gia vàtổ chức quốc tế, nồng độ cho phép của các thông số này là > 0,1mg/l Các thông số chỉ thành phần hoá học có độc tính cao

Đặc điểm: Đây là các thông số thể hiện các ion hoặc hợp chất hoá học có độctính thuộc nhóm Ia (rất độc), Ib (độc cao) và II (độc trung bình), theo phân loại củaWHO dựa vào LD50 (liều lượng gây chết 50% động vật thực nghiệm). Ngay ở nồngđộ thấp các chất này cung có khả năng ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người vàđộng vật thuỷ sinh.

Theo tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và thuỷ sản của nhiềuquốc gia và tổ chức quốc tế, nồng độ cho phép của các thông số này ở mức nhỏ hơn0,5 mg/l (thường là nhỏ hơn 0,1 mg/l).

Các động vật thuỷ sinh (tôm, cá) nhạy cảm với hoá chất hơn động vật có vúđối. Trong thực tế, một số hoá chất ít độc đối với con người và các loài động vật cóvú (NH4+, NO2-, H2S, hoá chất bảo BVTV nhóm pyrethroid) nhưng lại rất độc đốivới tôm cá. Để đánh giá độc tính đối với thuỷ sinh cần sử dụng thông số LC50(nồng độ gây chết đối với động vật thực nghiệm).Các chất phóng xạĐặc điểm: Là các vật liệu, nguyên tố có khả năng phát xạ gây ảnh hưởng xấu đếnsức khoẻ con người và đời sống sinh vật.Các thông số sinh họcĐặc điểm: Là các sinh vật chỉ thị (bio-indicator) sự ô nhiễm nguồn nước do sinhvật.Để đánh giá chất lượng nước và mức độ ô nhiễm nuớc hệ thống quan trắc môitrường của nhiều quốc gia trên thế giới đã sử dụng một trong 2 nhóm hoặc cả 2nhóm chỉ thị thuỷ sinh:- Nhóm chỉ thị ô nhiễm nước về mặt hữu cơ, dinh dưỡng nhiễm mặn, phèn hoặcnhiễm hoá chất: Sử dụng các thành phần thuỷ sinh như phytoplankton, zooplankton,zoobenthos.

77

Phân tích nước

- Nhóm chỉ thị ô nhiễm nước về mặt vi trùng và mầm bệnh, vi khuẩn: tổngcoliform, E.coli, streptococci phân (faecal strepptococci), clostridia khử lưuhuỳnh..., đơn bào (protozoa), giun, sán.

Phụ lục 7 Tiêu chuẩn nước hồ bơi

Thông số Khoảng giá trị

pH 6,8 - 7,6Free Chlorine 0,6 - 1,0 ppmORP > 700 mVĐộ kiềm 80 - 125 ppmĐộ cứng 200 - 270 ppmNhiệt độ 24-28 °C

Phụ lục 8 Đặc trưng một số loại mẫu nước

1. Nước ngầm : nồng độ tối đa (mg/l)

NH4-N NO3-N Fe tổng Mn tổng As Coliform

max 10 - 60 90 110 1,5 0,4003000

2400

2. Sông Mêkông : nồng độ trung bình, trung vị, tối thiểu, tối đa(mg/l)

Mean Median Min Max

pH 2,66 9,77

Alkalinity (meq/l) 1,07 0,99 0 4,85

NO23-N 0,289 0,216 0,001 3,32

NH4-N 0,061 0,031 0 2,69

Total N 0,880 0,697 0,018 5,19

Total P 0,081 0,052 0,001 2,11

CODMn 3,26 2,55 0,011 29,5 3. Nước phèn: P4. Nước biển:

pH=7,5-8,5 (trung bình 8,2), tỷ trọng 1,025

78

Phân tích nước

Thành phần trung bình của các ion chính trong nước biển 35 ‰ như sau:

meq/l mg/l meq/l mg/l

Na+ 470 10.800 Cl- 550 19.400K+ 10 392 SO4

2- 54 2.660Mg2+ 110 1.290 HCO3

-

Ca2+ 20 411 CO32-

Sr2+ 8,1 Br- 67,3F- 13I- 0,064

Ngoại lệ một số vùng biển trên thế giới có độ mặn dưới 32‰ hay trên 37‰

5. Nước thải sinh hoạt: có các thông số điển hình như sau: COD=500 mg/l, BOD5= 250 mg/l, TSS= 200 mg/l, NH4-N = 30- 40 mg/l, tổng N= 50mg/l, tổng P= 8 mg/l, Coliform= 107-109 MPN/100ml.

Phụ lục 9 Chất lượng nước cho sản xuất nông nghiệp (nước tưới) đánh giátheo các tiêu chuẩn

- Độ chua (pH)

- Độ mặn

- Hệ số hấp thụ Natri (SAR)

2

MgCNaCNaC

SAR+

=

Rất tốt Tốt Trung bình Xấu Rất xấu

SAR <10 10 - 15 16 - 26 >26

Phụ lục 11 Các sinh vật chỉ thị (bio - indicator)

1/ Phiêu sinh thực vật (phytoplankton) trong đó chủ yếu là tảo được xem như làsinh vật chỉ thị vì chúng có quan hệ với nghiên cứu về sự phì dưỡng(eutrophication).

2/ Phiêu sinh động vật (zooplankton) là loài thức ăn giàu chất dinh dưỡng và nănglượng cho nhiều loại cá ở giai đoạn ấu trùng. Ngòai ra đây là các sinh vật chỉ thịnước bẩn.

79

Phân tích nước

3/ Động vật đáy không xương sống kích thước lớn (benthic macroinvertebrates)như giun đốt, thân mềm, giáp xác, da gai.. được sử dụng làm chỉ thị sinh học trongquan trắc ô nhiễm chất hữu cơ, kim loại nặng và hoá chất BVTV vì:

- Tương đối cố định tại đáy sông, hồ chiụ ảnh hưởng của sự thay đổi liên tụcchất lượng nước và chế độ thuỷ văn trong ngày.

- Thời gian phát triển khá lâu (vài tuần đến vài tháng).

- Dễ thu mẫu, dễ phân loài.

Chỉ số quan trắc sinh học BMWP (Biological Monitoring Working Party)được sử dụng để đánh giá chất lượng nước dựa vào sự xác định số loài và phân bốcủa động vật đáy không xương sống.

4/ Một số vi khuẩn được nghiên cứu vì sự liên quan của chúng trong vấn đề sứckhỏe cộng đồng và sự lan truyền qua đường nước. Có 3 nhóm vi sinh vật chỉ thị ônhiễm phân: Coliform , Streptococci, Clostridia khử sulphite.

5/ Động vật đơn bào (protozoa)

6/ Thực vật lớn (macrophyte) như các loại bèo, lau sậy.

7/ Cá

Phụ lục 12 PHÂN TÍCH HÓA NƯỚC (NƯỚC DÙNG TRONG XÂY DỰNG)

- Độ ăn mòn bê tông TCVN 4506:88

- Độ kiềm TCXD 81:81

- Cácbonic (CO2 tự do và ăn mn) TCXD 81:81

- Độ cứng toàn phần TCXD 81:81

- Clorua (Cl-) TCXD 81:81

- Xác định hàm lượng amoniac TCXD 81:81

- Xác định hàm lượng nitrat TCXD 81:81

- Xác định hàm lượng nitrit TCXD 81:81

- Xác định độ pH TCXD 81:81

- Xác định hàm lượng cặn TCXD 81:81

- Xác định sunfat-Phương pháp trọng lượng sử dụng bari clorua

TCXD 81:81

- Độ ăn mòn kim loại- PP đo hàm lượng sắt hoà tan

TC 01: 99

- Độ ổn định nước, theo PP Langelier

TC 02: 99

- Keo tụ và kết cợn – PP jartest TC 03: 99

- Xác định vận tốc lắng của cợn-PP TC 04: 99

80

Phân tích nước

đo độ đục và cặn không tan

81