Giáo trình thí nghiệm hóa môi trường

âm chất phản ư ùng orthotolidine. Trở ngại bởi chlor dư có thể bị loại bằng một lư ợng sodium arsenite khi chlor dư không quá 5 mg/l. Một lư ợng dư sodium arsenite nhỏ không ảnh hư ởng đến việc xác định nitrate, ion Fe2+, Fe3+ và Mn4+ sẽ gây ảnh hư ởng nhẹ, như ng nếu hàm lư ợng các ion này nhỏ hơn 1 mg/l thì ảnh hư ởng không đáng kể. Trở ngại do nitrite gây ra khi N-NO3 < 0,5 mg/l đư ợc ngăn ngư øa bằng acid sulfanilic. Hàm lư ợng chất hư õu cơ cao trong nư ớc thải cũng sẽ gây trở ngại cho việc xác định nitrate. II. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ : - Pipet 1mL - Pipet 10mL - Pipet bầu 25Ml - Ống nghiệm - Bình tia - Becher 100mL 1 cái 1 cái 1 cái 1 cái 1 cái 1 cái - Bóp cao su - Đũa khuấy - Giá đỡ ống nghiệm - Becher 1000ml - Spectrometer 1 cái 1 cái 1 cái 1 cái 1 cái III. HÓA CHẤT : - Dung dịch N-NO3 lư u trư õ - Dung dịch N-NO3 chuẩn - Dung dịch brucine – sulfanilic: - Dung dịch H2SO4 đậm đặc. - Dung dịch NaCl 30% - Dung dịch NaAsO2 0.5% Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa môi trường 25 - Dung dịch N-NO3 lư u trư õ (1mL = 0,1mg N-NO3): Hòa tan 0,7218g KNO3 + nư ớc cất thành 1 lít - Dung dịch N-NO3 chuẩn (1mL = 0,002mg = 2 g N-NO3): Pha loãng 10mL dung dịch lư u trư õ vư øa pha ở trên thành 500mL để có 1mL dung dịch chuẩn = 2 g N- NO3. - --------------------------------------------------------------------------------------------------------- D ung dịch brucine – sulfanilic: Cân 1g brucine sulfate + 0,1g sulfanilic acid trong 70mL nư ớc cất nóng, thêm 3mL HCl đậm đặc, làm lạnh, pha loãng thành 100mL. Giư õ trong chai đậm màu ở 500C. Dung dịch này có màu hồng như ng không ảnh hư ởng đến kết quả phân tích và có thể dùng trong vài tháng (chú ý: rất độc không dùng miệng để hút dung dịch vào pipet). - Dung dịch H2SO4 đậm đặc. - Dung dịch NaCl: hòa tan 300g NaCl với 1 lít nư ớc cất. - Dung dịch NaAsO2: hòa tan 5,0g NaAsO2 với 1 lít nư ớc cất Chú ý: NaAsO2 rất độc không dùng miệng để hút dung dịch vào pipet IV. THỰC HÀNH: - Nếu mẫu cóchlorine, khư û lư ợng chlor dư này bằng cách thêm 1 giọt arsenite cho mỗi 0,1mg Cl2 trên 50mL mẫu. - Chuẩn bị dung dịch tham chiếu như sau: - --------------------------------------------------------------------------------------------------------- Tr ong loạt ống nghiệm khác, cẩn thận lấy 4mL H2SO4 đậm đặc cho vào tư øng ống. - --------------------------------------------------------------------------------------------------------- Th ật chính xác, trích ly 1mL dung dịch tham chiếu cũng như tư øng ống nghiệm theo đúng số thư ù tư ï tư øng ống. - --------------------------------------------------------------------------------------------------------- Lắ c đều, đặt tất cả vào tủ kín hoặc hộp giấy trong bóng tối. Đợi 10 phút. STT 0 1 2 3 4 5 6 Thể tích dd tham chiếu 0 1 1 1 1 1 1 Thể tích nư ớc cất (mL) 2 1 1 1 1 1 1 Thể tích mẫu nư ớc (mL) 2 Thể tích brucine (mL) 0,5 Thể tích H2SO4 (mL) 4 STT 1 2 3 4 5 6 Thể tích dd N-NO3 chuẩn (ml) 1 2 3 4 5 6 Thể tích nư ớc cất 9 8 7 6 5 4 C (g) 2 4 6 8 10 12 C (mg/L) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa môi trường 26 - --------------------------------------------------------------------------------------------------------- Tr ong thời gian đợi phản ư ùng hoàn tất, hút sẵn 5mL nư ớc cất vào loạt ống nghiệm đã dùng H2SO4 trư ớc đó. - --------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sa u 10 phút rót nhanh 5mL nư ớc cất vào ống nghiệm, lắc đều. Tiếp tục để trong bóng tối thêm 20 phút nư õa cho phản ư ùng hoàn toàn. - --------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đ o độ hấp thu A  = 410 nm. Chú ý: Khi cho H2SO4 vào nên chuẩn bị trư ớc và rót nhanh vào mỗi ống đư ïng dung dịch N-NO3 chuẩn và mẫu. Lắc đều cho tư øng ống. Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa môi trường 27 BÀI 9 : XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SẮT I. GIỚI THIỆU CHUNG : 1. Ý nghĩa môi trường: Tư ø lâu con ngư ời đã nhận biết, uống nư ớc có chư ùa sắt sẽ không gây tác hại đối với sư ùc khỏe. Nư ớc mặt sau khi loại bỏ cặn lơ lư ûng thì hàm lư ợng sắt ít khi đạt tới 1 mg/l. Riêng đối với nư ớc ngầm và nư ớc thải sinh hoạt, hàm lư ợng sắt có thể cao hơn rất nhiều. Như õng loại nư ớc như thế khi tiếp xúc với không khí sẽ trở nên đục và có màu vàng cam, nguyên nhân là do Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+ tạo thành như õng chất kết tủa dư ới dạng keo. Ở như õng điều kiện tư ï nhiên và pH thấp, tốc độ của quá trình oxy hóa thư ờng xảy ra chậm và sắt trong nư ớc thư ờng tồn tại dư ới dạng Fe2+. Trong môi trư ờng pH < 6 và có sục khí, Fe3+ có thể tồn tại một thời gian. Tốc độ oxy hóa sẽ tăng lên khi trong môi trư ờng có pH > 6 , có mặt các chất oxy hóa hay do hoạt động của vi sinh vật. Sắt có trong nguồn nư ớc là nguyên nhân làm cho quần áo bị vàng sau khi giặt, làm ố các đồ vật bằng sư ù và tạo ra các vết ố trên các đồ vật hàn chì. Khi hàm lư ợng sắt lớn hơn 1 mg/l gây ra vị tanh trong nư ớc và về mặt cảm quan không thể chấp nhận đư ợc. Ngoài ra cặn sắt bám trên thành ống dẫn lâu ngày làm thay đổi lư u lư ợng và tắc ống dẫn của hệ thống phân phối nư ớc. Chính vì như õng lý do trên nên tiêu chuẩn Việt Nam đặt ra cho nư ớc sư û dụng trong sinh hoạt có hàm lư ợng Fe tổng < 1,5 mg/l và nư ớc sư û dụng cho ăn uống phải có hàm lư ợng Fe3+ < 0,3 mg/L. Đối với một số ngành công nghiệp, tiêu chuẩn cho phép sắt có trong nư ớc cấp cho sẵn xuất đòi hỏi rất nghiêm ngặt như đối với công nghệ dệt nhuộm thì hàm lư ợng Fe tổng < 0,1 mg/l. 2. Nguyên tắc: ------------------------------------------------------------------------------------- Sắt trong dung dịch đư ợc khư û thành dạng Fe2+ (tan trong nư ớc) bằng cách đun sôi trong môi trư ờng acid và hidroxylamine sau đó Fe2+ tạo phư ùc có màu với 1.10- phenanthroline ở pH 3,0 - 3,3. Mỗi nguyên tư û Fe2+ sẽ kết hợp với ba phân tư û của phenanthroline tạo thành phư ùc chất có màu đỏ cam. Cư ờng độ màu tuân theo định luật Lambert-Beer và phụ thuộc vào pH. Phản ư ùng sẽ đạt tốc độ cư ïc đại khi pH của môi trư ờng nằm trong khoảng 2,9 - 3,5 và sư û dụng một lư ợng thư øa phenanthroline. Các phư ơng trình phản ư ùng như sau: Fe(OH)3 + 3 H+  Fe3+ + H2O 4Fe3+ + 2 NH2  4Fe2+ + N2O + H2O + 4 H+ NN Fe (màu cam đỏ) + Fe2+  3 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa môi trường 28 Phư ơng pháp phenanthroline có thể xác định hàm lư ợng sắt cao nhất là 1 mg/l. 3. Trở ngại: Như õng chất oxy hóa mạnh như cyanide, nitrite và phosphates (polyphosphate mạnh hơn orthophosphate), chromium, zine với hàm lư ợng lớn hơn sắt 10 lần, cobalt, copper lớn hơn 5 mg/l và niken lớn hơn 2 mg/l đều gây ảnh hư ởng đến kết quả phân tích. Bismush, cadmium, mercury, molybdate và silver kết tủa với phenanthroline. Trong quá trình thư ïc hiện thí nghiệm, bư ớc đun sôi với acid nhằm chuyển polyphosphate thành orthophosphate, loại bỏ ảnh hư ởng của nitrite và cyanide. Thêm một lư ợng thư øa phenanthroline để loại bỏ như õng sai số gây ra bởi các chất oxy hóa mạnh và tạo phư ùc với một số ion kim loại có trong dung dịch. Nếu hàm lư ợng các ion kim loại quá cao, cần phải sư û dụng phư ơng pháp trích ly. Nếu mẫu có màu hay chất hư õu cơ, xư û lý mẫu bằng cách đun sôi mẫu nhiều giờ với acid HCl 1 : 1 trong cốc có quai bằng silica, sư ù hay platinum. Khi mẫu cạn, đốt nhẹ, phần tro còn lại đư ợc hòa tan bằng acid. Nếu hàm lư ợng chất hư õu cơ quá cao, bư ớc phân hủy sẽ đư ợc thư ïc hiện giai đoạn trích ly. II. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ Nhằm loại bỏ sắt bám trên thành dụng cụ cần phải rư ûa tất cả dụng cụ thủy tinh bằng HCl đậm đặc, tráng lại bằng nư ớc cất trư ớc khi sư û dụng. III. HÓA CHẤT - HCl - NH2OH.HCl 10% - (NH4C2H3O2) - Dung dịch Phenanthroline 0,1% - Dung dịch lư u trư õ Sắt - Dung dịch Sắt (II) chuẩn Cáh pha dung dịch: 1. Hydrochloric acid (HCl) đậm đặc. 2. Dung dịch Hydroxylamine 10%: 3. Dung dịch đệm Ammonium acetate (NH4C2H3O2): hòa tan 250g NH4C2H3O2 trong 150mL nư ớc cất thêm 700mL acid acetic (CH3COOH) đậm đặc. Lắc đều. 4. Dung dịch Phenanthroline: Hòa tan 100mg 1.10-phenanthroline monohydrate (C12H8N2.H2O) trong 100mL nư ớc cất, khuấy và gia nhiệt tới 800C. Không đư ợc đun sôi. Thêm 2 giọt acid HCl đậm đặc, khuấy đều đến khi tan hoàn toàn. Không sư û dụng dung dịch khi có màu đen 5. Dung dịch lư u trư õ Sắt: Cho tư ø tư ø 20mL H2SO4 đậm đặc vào 50mL nư ớc cất và thêm vào 1,404g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O. Sau khi dung dịch đồng nhất, thêm tư øng giọt KMnO4 cho đến khi xuất hiện màu hồng nhạt không đổi. Định mư ùc thành 1.000mL với nư ớc cất (1mL = 200 g Fe) 6. Dung dịch chuẩn: pha trư ớc khi sư û dụng Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa môi trường 29  Lấy 50mL dung dịch lư u trư õ sắt cho vào bình định mư ùc 1.000mL, thêm nư ớc cất tới vạch định mư ùc (1mL = 10,00 g Fe).  Lấy 5mL dung dịch lư u trư õ sắt cho vào bình định mư ùc 1000mL, thêm nư ớc cất tới vạch định mư ùc (1mL = 1,00 g Fe). IV. THỰC HÀNH: Mẫu phải đư ợc chư ùa trong chai thủy tinh . 1. Xác định sắt tổng cộng (FeTC): - Mẫu phải đư ợc acid hóa pH < 2 trư ớc khi phân tích, lấy 50mL mẫu cho vào erlen. Nếu thể tích mẫu có hàm lư ợng sắt cao hơn 1 mg. Sư û dụng một lư ợng mẫu ít hơn và pha loãng thành 50mL. Thêm 2mL HCl đậm đặc và 1mL NH2OH.HCl. - Thêm vài viên bi thủy tinh vào erlen, đun sôi đến khi thể tích còn 15 -20mL (nếu mẫu cạn cho vào 2mL HCl đậm đặc và 5mL nư ớc cất). - Làm nguội ở nhiệt độ phòng, chuyển dung dịch vào bình định mư ùc 100mL. Thêm 10mL dung dịch đệm NH3C2H3O2 và 4mL dung dịch phenanthroline. Cho nư ớc cất tới vạch định mư ùc và lắc đều, để yên khoảng 10 - 15 phút cho cư ờng độ màu đạt cư ïc đại và ổn định. Do độ hấp thu trên máy spectrophotometer ở bư ớc sóng 510 nm. 2. Xác định sắt hòa tan (FeHT): Ngay sau khi lấy mẫu, lọc mẫu bằng giấy lọc có đư ờng kính 0,45 m, nư ớc sau lọc đư ợc acid hóa với tỉ lệ 1mL HCl đậm đặc/100mL mẫu. Tổng hàm lư ợng sắt hòa tan đư ợc xác định như trong phần trên 3. Xác định sắt hai (Fe 2+): ------------------------------------------------------------------- - Việc xác định Fe2+ phải thư ïc hiện tại vị trí lấy mẫu bởi vì có sư ï thay đổi tỉ lệ giư õa Fe2+ và Fe3+ theo thời gian. Để xác định Fe2+, acid hóa mẫu theo tỉ lệ 2mL HCl đậm đặc/ 100mL mẫu tại thời điểm lấy mẫu. - Lấy 50mL mẫu đã đư ợc acid hóa, thêm 10mL dung dịch đệm NH4C2H3O2 và 4mL phenanthroline, lắc đều. Lắc đều thành 100mL với nư ớc cất, để yên khoảng 10 -15 phút, sao đó đo độ hấp thu A trên máy spectrophotometer ở bư ớc sóng 510 nm. 4. Cách thành lập đư ờng chuẩn: Sư û dụng dung dịch chuẩn có nồng độ 1mL = 10 g Fe Pha loạt dung dịch chuẩn sắt như sau: STT 0 1 2 3 4 5 V dung dịch chuẩn (ml) 0 2 4 6 8 10 V nư ớc cất (ml) 50 48 46 44 42 40 V HCl đậm đặc (ml) 2 V dd đệm NH2OH.HCl (ml) 1 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa môi trường 30 STT 0 1 2 3 4 5 Đun sôi cho tới khi thể tích dung dịch còn khoảng 10 15mL để nguội chuyển vào bình định mư ùc 100mL V dd NH3C2H3O2 (ml) 10 V dd phenanthroline (ml) 4 Định mư ùc thành 100mL bằng nư ớc cất. Lắc để yên 10 15 phút và đo độ hấp thu. C g 0 20 40 60 80 100 C mg/l 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Nếu mẫu bị đục có màu, thay vì sư û dụng nư ớc cất làm mẫu trắng, sư û dụng chính mẫu làm mẫu trắng và xư û lý mẫu qua tất cả các bư ớc như trong quá trình thư ïc hiện như ng không cho phenanthroline. Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa môi trường 31 BÀI 10: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG OXY HÒA TAN (DISSOLVE OXYGEN) I. GIỚI THIỆU CHUNG: 1. ÝÙ nghĩa môi trường: DO (oxy hòa tan) là yếu tố xác định sư ï thay đổi oxy trong nguồn nư ớc. Đây là chỉ tiêu quan trọng nhất liên quan đến việc kiểm soát ô nhiễm dòng chảy. Ngoài ra DO còn là cơ sở kiểm tra BOD nhằm đánh giá mư ùc ô nhiễm của nư ớc thải sinh hoạt và nư ớc thải công nghiệp. Tất cả các quá trình xư û lý hiếu khí phụ thuộc vào sư ï hiện diện của DO trong nư ớc thải, việc xác định DO không thể thiếu vì đó là phư ơng tiện kiểm soát tốc độ sục khí để bảo đảm đủ lư ợng DO thích hợp cho vi sinh vật hiếu khí phát triển. DO cũng là yếu tố quan trọng trong sư ï ăn mòn sắt thép, đặc biệt là trong hệ thống cấp nư ớc lò hơi. 2. Nguyên tắc: Phư ơng pháp Winkler cải tiến dư ïa trên sư ï oxy hóa Mn2+ thành Mn4+ bởi lư ợng oxy hòa tan trong nư ớc 1. Nếu không có oxy hiện diện, kết tủa Mn(OH)2 có màu trắng. Mn2+ + 2 OH-  Mn(OH)2------------------------------------------------------- (tủa trắng) (1) 2. Nếu mẫu có oxy, một phần Mn2+ bị oxy hóa thành Mn4+, kết tủa có màu nâu. Mn2+ + 2 OH- + ½ O2  MnO2 + H2O ------------------------------------------------ (2) Hoặc Mn(OH)2 + ½ O2  MnO2 + H2O--------------------------------- (3) Mn4+ có khả năng khư û I- thành I2 tư ï do trong môi trư ờng acid. Như vậy lư ợng I2 đư ợc giải phóng tư ơng đư ơng với lư ợng oxy hòa tan có trong môi trư ờng nư ớc. Lư ợng Iod này đư ợc xác định theo phư ơng pháp chuẩn độ bằng thiosulfate với chỉ thị hồ tinh bột. MnO2 + 2 I- + 4 H  Mn2+ + I2 + 2 H2O ------------------------------------------------------- (4) 2 Na2S2O3 + I2  Na2S4O6 + 2 NaI (không màu) (5) Phư ơng pháp Winkler bị giới hạn bởi các tác nhân oxy hóa khác như nitrite, sắt các tác nhân này cũng có thể oxy hóa 2 I-  I2 đư a đến việc nâng cao trị số kết quả. Ngư ợc lại tác nhân khư û như Fe2+, sulfite, sulfide, oxy hóa I2  2 I- sẽ làm thấp giá trị kết quả. Đặc biệt ion nitrite là một trong như õng chất thải ngăn trở thư ờng gặp, nó không oxy hóa Mn2+ song khi môi trư ờng có iodide và acid, NO2 nó sẽ oxy hóa 2 I-  I2, N2O2 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa môi trường 32 tạo thành tư ø phản ư ùng lại bị oxy hóa bởi oxy không khí qua mặt thoáng dung dịch để cho lại NO2: 2 NO2- + 2 I- + 4H+  ------------------------------------------------------- I2 + N2O2 + 2 H2O ----------------------------------------------------------------------------------- (6) Và N2O2 + ½ O2 + H2O  -------------------------------------------------------2 NO2- + 2 H+ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- (7) Do đó khi có NO2- trong mẫu, điểm kết thúc không thể xảy ra bình thư ờng khi có sư ï biến đổi liên tục tư ø 2 I-  I2 và ngư ợc lại Để khắc phục như ợc điểm trên phư ơng pháp Winkler cải tiến bằng cách: trong dung dịch iodide kiềm đư ợc thêm một lư ợng nhỏ sodium azide: NaN3 + H+  HN3 + Na+ ----------------------------------- (8) HN3 + NO2 + H+  N2 + N2O + H2O ---------------------------- (9) Theo tiến trình này NO2 bị loại hẳn. 3. Các trở ngại: Các chất lơ lư ûng, màu. II. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ: - Chai BOD loại 300ml 1 cái - Pipet 10ml 3 cái - Pipet 50ml 1 cái - Bình tia 1 cái - Buret 25ml 1 cái - Oáng đong 100ml 1 cái - Becher 250ml 1 cái - Bóp cao su 1 cái III. HOÁ CHẤT: - Dung dịch Mn2+ bão hòa - Dung dịch hồ tinh bột 1% - Axit H3PO4 đđ - Dung dịch Mn2+ bảo hòa - Dung dịch chuẩn Na2S2O3 0,025N Cáh pha dung dịch: - Dung dịch Mn2+ bão hòa: Nếu sư û dụng MnCl2.4H2O thì cách pha như sau: hòa tan 300 gam MnCl2.4H2O trong khoảng 300ml nư ớc cất (đun nóng cho đến khi tan hết), để nguội rồi chuyển vào bình định mư ùc 500ml, dùng nư ớc cất định mư ùc tới vạch. Hòa tan 160gam NaOH trong 150ml nư ớc cất, làm lạnh. Hòa tan 300g NaI (hoặc 286g KI) trong 200ml nư ớc cất. Hòa tan 5gam NaN3 trong 50ml nư ớc cất. Trộn ba dung dịch này và thêm nư ớc cất tới vạch định mư ùc của bình 500ml. Nếu có kết tủa nâu thì phải lọc bỏ bằng giấy lọc băng xanh. - Dung dịch hồ tinh bột 1%, axit H3PO4 đđ. - Dung dịch chuẩn Na2S2O3 0,025N: Hòa tan 6.205gam Na2S2O35H2O vào 900ml nư ớc cất + 0,1gam Na2CO3 + 10ml isobutanol + nư ớc cất tới vạch 1000ml. Chuẩn lại nồng độ dung dịch này trư ớc khi sư û dụng như sau: Hiệu chuẩn dung dịch Na2S2O3: Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa môi trường 33 Thêm vào bình nón 2ml dung dịch KIO3 0,005M (cân 1,070gam KIO3 + nư ớc cất bằng 1 lít) + 0,2gam KI + 20ml nư ớc cất + 1ml HCl 1M. Lắc đều và chuẩn bằng dung dịch chuẩn Na2S2O3 vư øa pha tới màu vàng rơm, thêm 3 giọt hồtinh bột 1%, tiếp tục chuẩn tư øng giọt Na2S2O3 đến khi dung dịch mất màu xanh, lặp lại 2 lần và lấy kết quả trung bình. Nồng độ của Na2S2O3 đư ợc tính theo công thư ùc : ------------------------------ D A.B.6C  Trong đó: - A, B là thể tích và nồng độ mol/l của KIO3 (ml). - D,C là thể tích và nồng độ mol/l của Na2S2O3; 6 là số đư ơng lư ợng của KIO3. IV. THỰC HÀNH: - Lấy mẫu đầy vào chai DO, đậy nút gạt bỏ phần trên ra, V = 300mL, không đư ợc để bọt khí bám xung quanh thành chai. - Mở nút lần lư ợt thêm vào bên dư ới mặt thoáng mẫu:  ------------------------------------------------------------------------------------------- 2 mL MnSO4  ------------------------------------------------------------------------------------------- 2 mL azide kiềm - Đậy nút chai, lắc đều ít nhất 20 giây. - Để yên khi kết tủa lắng hoàn toàn, lắc đều chai thêm một lần nư õa. - Đợi kết tủa lắng yên, cẩn thận mở nút, thêm 2mL H2SO4 đậm đặc. - Đậy nút, rư ûa chai dư ới vòi nư ớc, đảo chai hòa tan hoàn toàn kết tủa. - Rót bỏ 97mL dung dịch, định phân lư ợng mẫu còn lại bằng dung dịch Na2S2O3 0,025N với chỉ thị hồ tinh bột. Hồ tinh bột chỉ đư ợc thêm khi màu vàng dung dịch còn thật nhạt.