PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCHCÁC CHỈ TIÊU HOÁ HỌC TRONG NƯỚC – ĐẤT – THỰC VẬT

Ngo Thuy Diem Trang, Ph.D. Department of Environmental Sciences College of Environment and Natural ResourcesCan Tho University, 10 Otc 2011

©Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20th Ed. American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation.1998.

*Một số lưu ý trong quá trình phân tích mẫu

- Tất cả dung dịch phân tích, mẫu nước (được trữ lạnh) cần phải được để ra ngoài đạt nhiệt độ phòng trước khi tiến hành phân tích- Lưu ý, mỗi hóa chất hóa chất sau khi pha sử dụng cho mỗi chỉ tiêu thì có cách bảo quản (chai tối, chai sáng, lạnh, nhiệt độ phòng,…) và thời gian bảo quản hay thời hạn sử dụng khác nhau (xem chi tiết cho từng chỉ tiêu bên dưới). Kết quả phân tích có thể sẽ bị ảnh hưởng nếu bảo quản hóa chất không đúng. - Tất cả dụng cụ phải được chuẩn bị sẵn 1 ngày trước khi thu mẫu và phân tích mẫu. - Tất cả các loại bình định mức, buret thủy tinh không được phép sấy. Chỉ để khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng. - Dụng cụ nên được tách ra rửa trong 2 thùng acid H2SO4 riêng biệt dành cho P và N. Riêng dụng cụ phân tích COD không cần ngâm acid, chỉ cần rửa sạch bằng nước máy và tráng kỹ lại nhiều lần bằng nước cất (từ 5-7 lần) sau khi hoàn tất việc phân tích mẫu.- Mẫu không cần lọc dành cho phân tích TKN, COD, BOD, TP (nhớ mix đều trước khi bơm mẫu). Mẫu lọc thì sử dụng cho tất cả các chỉ tiêu hòa tan (nhớ mix đều trước khi bơm mẫu). - Pha loãng mẫu (TP, PO4-P, NO2-N, NO3-N, NH4-N, COD) cho phép sử dụng pipet điện tử đến ngưỡng pha loãng max 10 lần (0.5 mL mẫu + 4.5 mL nước cất). Nếu muốn pha loãng cao hơn >10 lần, thì dùng bình định mức 25 mL – 100 mL (Lưu ý: chỉ sử dụng 01 bình để pha loãng cho tất cả các mẫu, cho nên cần tráng rửa sạch trước khi chuyển sang mẫu khác. Và cố gắng lấy thể tích mẫu nhiều (càng nhiều càng tốt) để pha loãng, như thế sẽ hạn chế sai số bởi lấy quá ít mẫu hay sử dụng quá nhiều nước cất). - Lưu ý: tất cả các thao tác sử dụng dung dịch H2SO4 đậm đặc cần được thực hiện thật cẩn thận. Nếu lỡ bắn lên da hay quần áo, lập tức rửa ngay dưới vòi nước máy.

- pH, DO, nhiệt độ và EC được đo tại khu thí nghiệm cùng lúc thời điểm thu mẫu nước (ghi lại thời gian thu mẫu nước và cố gắng thống nhất cùng một thời gian mỗi đợt thu mẫu) 1. TSS

a. Dụng cụ:- Giấy lọc 0,45µm (Whatman) - Đĩa Petri- Cân (có 4 số thập phân) b. Phương pháp:* Chuẩn bị giấy lọc và đĩa Petri 1 ngày trước khi thu mẫu ngoài đồng:- Ghi tên trên đĩa Petri (vd: S1.1 tức là sample 1 lọc lần 1) trước khi đặt vào tủ sấy. - Sấy giấy lọc và đĩa Petri (1050C trong 1 giờ), lấy ra để vào bình hút ẩm (vận

chuyển bình hút ẩm cẩn thận đến gần tủ sấy khi lấy giấy lọc và đĩa Petri ra “tránh hiện tượng hút ẩm từ không khí”) trong khoảng 30 phút, cân ghi trọng lượng W0

(mg) (cân giấy lọc và đĩa Petri ngay lập tức trước khi lọc mẫu nước). Tránh tiếp xúc bằng tay vào giấy lọc, cho nên mọi thao tác đều phải sử dụng cây gấp.

- Trước khi lọc mẫu, cho 20 mL of Distill water (DW) qua giấy lọc làm mẫu blank (2 lần lặp lại). Sau đó với giấy lọc cho mẫu thực cũng nên dùng một ít DW để rửa giấy và giúp quá trình filter hiệu quả hơn. Lắc đều mẫu trước khi dùng một lượng mẫu (xác định) để lọc qua giấy lọc (bơm hút chân không) (tùy theo Organic Matter concentration hiện diện trong mẫu, nếu OM cao nên dilute mẫu hoặc có thể dùng lượng mẫu ít lại)

- Đem sấy giấy lọc và đĩa Petri (sau khi lọc mẫu) 1050C trong 2 giờ, lấy ra để vào bình hút ẩm (trong khoảng 30 phút), ghi trọng lượng W1 (mg) (sau đó đặt mẫu lại tủ sấy và cân lại. Quá trình này được thực hiện đến khi trọng lượng không đổi “không quá 0.0005 g giữa 2 lần cân”)

Tính kết quả:TSS (mg/L) = (W1-W0), mg*103/Vmẫu (mL)

2. TKN (Kjeldahl method, APHA 1998) (Distillation and Titration) (triplicate measurements in the lab)a. Dụng cụ, hoá chất:

- Bình tam giác 50mL, 250mL- Bình tam giác Bình chưng cất- DD NaOH 40% (400 g/1000mL) - H3BO3 2% (20 g/1000mL)

- Hỗn hợp (K2SO4 : CuSO4 : Se) trộn đều theo tỉ lệ 100:10:0.5 (hỗn hợp công phá mẫu)

- H2SO4 (sử dụng hóa chất Merck, để dành cho chuẩn độ TKN) (nếu tự pha thì 0.325 mL H2SO4 đậm đặc lên 1000mL đạt nồng độ 0.01N )

- Chỉ thị hiện màu: sử dụng acic boric và methyl red và blue 0,05 g methyl đỏ >> thêm alcohol 950 lên thành 100 mL (trữ lạnh) 0,15 g methyl blue >> thêm alcohol 950 lên thành 100mL (trữ lạnh)Dung dịch chỉ thị màu: Mix 10 mL đỏ + 2 mL xanh + 1000mL H3BO3 2%

b. Phương pháp:- Cho 20mL mẫu vào mỗi bình tam giác (loại 50mL) - Cho vào mỗi bình một nhúm hỗn hợp phá mẫu (khoảng 1 muỗng nhỏ đầy)- Tiếp tục thêm vào 4mL H2SO4 đđ (to maintain acid-salt balance and prevent

digestion temperature)- Đun mẫu: vặn nút 5 bếp trắng khoảng 30 phút sau vặn lên nút 7 (Khoảng 2100C).

Đợi đến khi mẫu chuyển từ màu đen > nâu > xanh lá cây > sang màu xanh da trời nhạt (có hạt tinh thể trắng), thì ngừng đun (thời gian đun khoảng 2 - 3 tiếng).

- Sử dụng giàn chưng cất (titration) của Kjeldahl. - Add 20mL dung dịch chỉ thị màu vào bình hứng trong giàn Kjeldahl. - Đem mẫu đi chuẩn độ (bằng H2SO4

0.01N) đến khi dung dịch trong bình chuyển từ màu đen >> sang tím thì dừng (thực hiện chuẩn độ dựa theo mẫu trắng). Ghi lại thể tích chuẩn độ.Nồng độ TKN trong mẫu được tính theo công thức:N-TKN (mg/L) = (V trung bình mẫu thật – V mẫu trắng),mL x 0.01 x 14 x

1000/V mẫu, mL4. TP (Total Phosphorus: Ascorbic Acid Method, APHA, 1998) (triplicate measurements in the lab)

a. Dụng cụ & hoá chất:- Ống nghiệm thuỷ tinh có nắp đậy dành cho TP- Ống nhỏ giọt- DD H2SO4 : pha loãng 50mL H2SO4 thành 200mL bằng nước cất- DD phá mẫu: Lấy 10mL dung dịch acid trên pha loãng thành 200mL với nước

cất. Sau đó thêm 10g K2S2O8. Hóa chất này sử dụng ngay sau khi pha (do đó tùy theo số lượng mẫu cần phần tích thì giảm thể tích và hoá chất theo tỉ lệ tương ứng)

- Phenolphtalein- NaOH 2N: 80g NaOH trong 1L nước cất- DD H2SO4 5N: 14mL H2SO4 đđ pha loãng thành 100mL nước cất

- Các hoá chất hiện màu giống với phân tích PO43-

b. Phương pháp:* Preliminary Acid Hydrolysis to hydrolyze all organic-P compounds to orthophosphate (công phá mẫu trong autoclave bằng acid) - Cho vào mỗi ống nghiệm 5mL mẫu, cho vào 1 giọt thuốc thử phenolphthalein.

(Chuẩn bị tương tự cho tất cả ống nghiệm có dung dịch chuẩn (standard solution)).

- Cho tiếp 0,4mL DD phá mẫu vào mỗi ống- Đậy kín nắp ống nghiệm, đem autoclave 30 phút ở áp suất từ 98 – 137kPa- Lấy ra để nguội, trung hoà bằng DD NaOH 2N (xuất hiện màu hồng nhạt) sau đó

cho thêm một ít H2SO4 đến khi dung dịch mất màu (đối với mẫu nghi ngờ có Fe cao thì áp dụng cách này), còn nếu không thì thêm dd hiện màu và đọc mẫu.

- Đem ly tâm nếu mẫu có cặn.- Đem cho hiện màu giống với PO4

3- (đọc mẫu ở 880 nm) 5. PO43- (Orthophosphate: Ascorbic Acid Method, APHA, 1998) (triplicate measurements in the lab)a. Dụng cụ, hoá chất:

- Ống nghiệm- Dung dịch chuẩn PO4

3- 5ppm (Sử dụng dd chuẩn PO43- 1000ppm để pha loãng.

Lưu ý nên pha loãng làm nhiều lần để tránh sai số: (pha từ 1000 ppm >> 100 ppm >> 10ppm, chai 100ppm nên trữ lại trong tủ lạnh để pha tiếp cho những lần sau)

- Dung dịch H2SO4 5N (1): 14mL H2SO4 đđ pha loãng thành 100mL nước cất- K(SbO)C4H4O60.5H2O (2): Cân 0.2743g hoà tan trong 100mL bằng nước cất. Trữ

lạnh trong chai thủy tinh tối có nắp đậy.- (NH4)6MO7O24.4H2O (3): Cân 4 g hoà tan trong bình 100mL bằng nước cất. Trữ

lạnh trong chai thủy tinh có nắp đậy - Acid ascorbic 0.1M (4): Cân 1.76g hoà tan trong 100mL nước cất. Trữ lạnh trong

chai thuỷ tinh nắp đậy, hoá chất này sử dụng trong vòng một tuần.- Hỗn hợp hiện màu: Trộn đều các hoá chất trên theo thứ tự 25mL (1) + 2.5mL (2) +

7.5mL (3) + 15mL (4). Mix mỗi lần thêm vào một chất. Hỗn hợp này ổn định trong 4 giờ. (Tốt nhất nên lấy các chất 1, 2, 3 và 4 ra khỏi tủ lạnh cho trở về room temperature trước khi mix). Tùy theo số lượng mẫu mỗi đợt phân tích mà chuẩn bị lượng dd hỗn hợp hiện màu vừa đủ (tránh lãng phí hóa chất).

b. Phương pháp:- Lọc mẫu

- Chuẩn bị dãy đường chuẩn từ dung dịch chuẩn 5ppm, nồng độ tối đa cho phép đến 3mg/L. (Bao gồm mẫu blank)

- Cho 0.8mL chất hiện màu vào mỗi ống nghiệm, lắc đều hỗn hợp. Đem so màu ở bước sóng 880nm. (Nên đọc mẫu ngay sau khi cho chất hiển thị màu trong thời gian không quá 30 phút)

5. NO3- (Phương pháp Salicylate, APHA)

(triplicate measurements in the lab)a. Dụng cụ, hoá chất:

- Bình tam giác 50mL- DD chuẩn NO3

- 1ppm- DD A: hoà tan 0.5g Natri salicylate với nước cất thành 100mL- DD B: H2SO4 đđ- DD C: 100g C4H4KNaO6.4H2O thành 1000mL nước- DD D NaOH 10N: 400g NaOH thành 1000mL nước cất

b. Phương pháp: - Lọc mẫu

- Cho vào mỗi bình tam giác 10mL mẫu và lặp dãy đường chuẩn từ dd chuẩn 1ppm- Cho vào 1mL thưốc thử A- Đem sấy ở nhiệt độ 1050C đến cạn- Để nguội, cho vào 1mL thuốc thử B- Chờ 10 phút, cho tiếp 20mL thuốc thử C và 5mL thuốc thử D (dung dịch có màu

vàng anh nếu có nitrate).- Chờ 15 phút đem so màu ở bước sóng 410nm.

6. NH4+ (Salicylate method, modified version of a photometric method)

(triplicate measurements in the lab)* Ghi chú: Tất cả hóa chất hiện màu để phân tích NH4 đều phải trữ trong chai tối, đặt trong tủ lạnh và chỉ sử dụng được 2 tuần. Đường chuẩn cao nhất là 1ppm

a. Dụng cụ, hóa chất:- Ống nghiệm- Dung dịch chuẩn NH4

+ 10ppm (pha từ 1000 ppm >> 100 ppm >> 10ppm, chai 100ppm nên trữ lại trong tủ lạnh để pha tiếp cho những lần sau)

Re1: Reagent 1. Salicylate/citrateHoà tan 34g natri salicylate và 300g trisodium citrate trong khoảng 950 mL nước cất.

Thêm 0.4g sodium nitroprusside. Khuấy đều co đến khi tất cả các hóa chất tan hết và cất lên tới vạch bằng nước cất.

Trữ dung dịch trong trong tủ lạnh bằng chai tối. Có thể sử dụng trong ít nhất hai tuần.

Re2: Sodium dichloroisocyanurateHòa tan 10g NaOH trong 500 mL nước và sau đó thêm 0.8g Sodium

dichloroisocyanurate (DIC, Dichloro –s- triazine 2,4,6 (1H,3H,H) – trione sodium salt) thành dung dịch. Khi hòa tan hoàn toàn, chuyển dung dịch sang bình định mức 1 lít. Trộn đều và cất lên đến vạch. Trữ dung dịch trong chai tối ở 40C. Chỉ sử dụng dung dịch trong 2 tuần.

b. Phương pháp:Lặp dãy đường chuẩn như sau:

STT Cmẫu chuẩn Vddc10ppm Vnước cất Reagent 1 Reagent 21 0.0 0.0 5 0.5 0.52 0.2 0.1 4.9 0.5 0.53 0.4 0.2 4.8 0.5 0.54 0.6 0.3 4.7 0.5 0.55 0.8 0.4 4.6 0.5 0.56 1.0 0.5 4.5 0.5 0.5

Chờ 1 giờ (trong thời gian này, nên đặt mẫu vào chỗ tối hoặc phủ kín mẫu bằng giấy bạc), đem so màu ở bước sóng 660nm

7. NO2- (Colorimetric Method, APHA) (triplicate measurements in the lab)

Hóa chất hiện màu 80mL nước cất + 10mL H3PO4 85% +1g sulfanilamide + 0.1g N-1 napthylehthylendiamin dihyrocloride. Trữ trong bình tối.Phương pháp: Lấy 5mL mẫu + 0.2mL dd hiện màu, để từ 10 phút – 2 giờ. Đem so màu ở bước sóng 543nm.

10. COD (Closed Reflux Method) ( triplicate measurements in the lab ) 1. Thuốc thử

a. Dung dịch chuẩn digestion K2Cr2O7 0.01667M (0.1N)Hoà tan 4.903g K2Cr2O7 (đã sấy khô ở 1500C trong thời gian 2h) với 500 mL nước

cất. Sau đó thêm 167 mL H2SO4 đđ và 33.3 g HgSO4 => lắc đều cho muối tan hết => làm nguội ở nhiệt độ phòng => lên thể tích thành 1000 mL.

b. Dung dịch acid sulfuricCân 5.5 g Ag2SO4 vào 500 mL H2SO4 đđ (theo tỷ lệ 5.5 g Ag2SO4/1Kg H2SO4).

dung dịch để khoảng 2 ngày cho muối Ag2SO4 hoà tan hết trong acid sulfuric => vặn nắp chai acid thật kính và lắc đều.

c. Chỉ thị Ferroin indicator

Hoà tan 1.485 g 1,10-Phenoltroline Monohydrate và 0.695 g FeSO4.7H2O với nước cất thành 100 mL (trữ trong chai tối).

d. Dung dịch chuẩn độ FAS 0.1 M Hoà tan 39.2 g muối Fe(NH4)2(SO4)2. 6H2O với một ít nước cất. Sau đó thêm 20 mL

H2SO4 đđ => Làm nguội ở nhiệt độ phòng => Lên thể tích thành 1000 mL (Dung dịch sau khi pha xong trữ trong tối). Dung dịch này phải được chuẩn lại hàng ngày với dung dịch chuẩn Digestion K2Cr2O7. d. 1 Cách chuẩn

- Dùng Pippet rút 5 mL dung dịch Digestion K2Cr2O7 vào beaker nhỏ, làm mát ở nhiệt độ phòng

- Thêm 1-2 giọt chỉ thị Ferroin và chuẩn độ với FAS. d. 2 Tính nồng độ FAS

VK2Cr2O7 0.01667M (mL) x 0.1

CM FAS = VFAS đã sử dụng (mL) 2. Qui trình phân tích

Qui trình này chỉ áp dụng cho mẫu nước có COD trong khoảng 40-400mg/L. Khi hàm lượng COD trong mẫu thấp thì phải pha loãng dung dịch K2Cr2O7 và dung dịch FAS xuống cho phù hợp.

Chuẩn bị dụng cụ: tráng ống nghiệm và bình tam giác nhỏ bằng acid H2SO4 20%, rửa lại bằng nước thật sạch và tráng bằng nước cất.

Tiến hành: Thực hiện qui trình theo bảng sau:

Digestion Vessel( Culture tubes)

Sample(mL)

Digestion Solution

(mL)

Dung dịch acid Sulfuric

(mL)

Tổng thể tích

(mL)16 x 100 mm 2.5 1.5 3.5 7.520 x 150 mm 5 3 7 1525 x 150 mm 10 6 14 30Standard 10 mL ampules 2.5 1.5 3.5 7.5

☻ Chú ý: Cho dung dịch acid Sulfuric chảy từ từ theo thành ống nghiệm vào mẫu => khi đó ống nghiệm rất nóng. Vì vậy trong quá trình phân tích phải mang găng tay để đảm bảo an toàn.

Vặn thật chặt nắp ống nghiệm và lắc đều mẫu bằng máy stirring

Đặt ống nghiệm hoặc ampules vào thiết bị đun COD, chuyển nhiệt độ về 1500C, chỉnh thời gian 120 phút.

Sau 120 phút, máy tự tắt => lấy ống nghiệm ra => để nguội ở nhiệt độ phòng

Chuyển mẫu từ ống nghiệm qua bình tam giác nhỏ

Cho vào mẫu 2 giọt chỉ thị Ferroin Indicator => lắc đều nhanh

Chuẩn độ mẫu với dung dịch FAS 0.01 M (Cần pha loãng từ FAS 0.1 M mỗi lần cần phân tích)

Điểm kết thúc chuẩn độ dung dịch chuyển từ màu xanh (Blue-green) sang màu nâu đỏ (lưu ý ngưỡng chuyển màu cho blank và mẫu thật phải giống nhau)

Mẫu trắng : được tiến hành song song với mẫu thật theo qui trình sau :2.5 mL nước cất + 1.5 mL Digestion solution + 3.5 mL dung dịch acid Sulfuric=> Các bước còn lại tiến hành giống như mẫu thật.

3. Tính kết quả(A – B) x M x 8000

COD (mgO2/L) =mL mẫu

Trong đó; A : mL FAS được sử dụng trong chuẩn độ mẫu trắngB : mL FAS được sử dụng trong chuẩn độ mẫu thậtM : Nồng độ mol/l của dung dịch FAS (0.01) 8000 : Đương lượng gram của oxy (8) x 1000mL