TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiêN ĐẶng thị trang nghiên cứu chế TẠo kit thử ĐỊnh lưỢng amoni, nitrit và nitrat trong nưỚc luận văn thạc sĩ khoa họC



tải về 1.06 Mb.
trang2/11
Chuyển đổi dữ liệu17.08.2016
Kích1.06 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT





Tên viết tắt

Tên tiếng anh

Tên Tiếng việt

% RSD

% Relative standard deviation

% Độ lệch chuẩn tương đối

LOD

Limit of Detection

Giới hạn phát hiện

LOQ

Limit of Quantification

Giới hạn định lượng

Abs

Absorbance

Độ hấp thụ quang




















MỞ ĐẦU


Trong môi trường nước nitơ tồn tại ở nhiều dạng hợp chất khác nhau nhưng có thể chia thành hai nhóm lớn đó là nitơ vô cơ và nitơ hữu cơ. Nitơ vô cơ tồn tại ở ba dạng chính đó là: amoni (NH­­­­­­­4+); nitrat (NO3-) và nitrit (NO­2-).

Amoni không gây độc trực tiếp cho con người nhưng sản phẩm chuyển hóa từ amoni là nitrit và nitrat là yếu tố gây độc. Nitrat tạo chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các amin để tạo thành nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở người cao tuổi [6].

Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ, hoặc qua nước dùng để pha sữa. Khi vào cơ thể, nitrat chuyển hóa thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột. Ion nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khỏe con người. Khi tác dụng với các amin hay ankyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo thành các hợp chất chứa nitơ gây ung thư [26].

Trong cơ thể nitrit có thể ôxi hóa sắt II ngăn cản quá trình hình thành Hemoglobin làm giảm lượng ôxi trong máu có thể gây ngạt, nôn, khi nồng độ cao có thể dẫn đến tử vong.

Có rất nhiều phương pháp để xác định amoni, nitrat và nitrit như phương pháp trắc quang, phương pháp cực phổ, phương pháp điện cực chọn lọc ion, phương pháp sắc kí, phương pháp phân tích bơm mẫu vào dòng chảy… trong các đối tượng mẫu khác nhau. Các phương pháp này có độ nhạy tốt, nhưng cần thiết phải có điều kiện phân tích nghiêm ngặt, máy móc và trang thiết bị hiện đại, cồng kềnh, mất nhều thời gian. Bên cạnh đó, việc lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu ảnh hưởng đến sự tồn tại các dạng nitơ trong nước.

Hiện nay ở các nước như Mỹ, Đức, Nhật . . . người ta đã sản xuất ra các kit thử xác định nhanh amoni, nitrat và nitrit dựa trên phản ứng tạo phức màu của chất phân tích với thuốc thử, kết hợp thang đo màu để phân tích bán định lượng. Tuy nhiên, khi về Việt Nam giá thành của các bộ kit tăng lên đáng kể và khó đặt mua.

Ở Việt Nam hiện nay cũng có bộ kit thử phân tích amoni, nitrat và nitrit của Bộ Công An sản xuất, tuy nhiên bộ kit cũng chỉ dùng phân tích định bán định lượng.

Với mục đích chế tạo kit thử amoni, nitrat và nitrit kết hợp máy đo quang cầm tay để có thể xác định lượng vết amoni, nitrit và nitrat trong mẫu nước ngoài hiện trường với thời gian phân tích ngắn, giảm hóa chất độc hại, giảm sai số do chuyển hóa các dạng nitơ trong quá trình vận chuyển và bảo quản mẫu, đơn giản hóa dụng cụ phòng thí nghiệm, giảm chi phí phân tích, tiện lợi, linh hoạt và phù hợp với điều kiện phân tích ở nước ta, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng amoni, nitrit và nitrat trong nước”.

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu chế tạo kit thử dạng bột, hạn chế tối đa dung dịch, sử dụng dụng cụ phân tích đơn giản để xác định lượng vết amoni, nitrit và nitrat trong nước ngay tại hiện trường bằng cách kết hợp với máy đo quang cầm tay.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu chung về nitrit, nitrat và amoni

1.1.1. Tính chất lí, hóa học của nitrit, nitrat và amoni

1.1.1.1. Tính chất lí, hóa học của nitrit


Trong muối nitrit nguyên tử N ở trạng thái lai hóa sp2, hai obitan lai hóa tham gia tạo thành liên kết σ với hai nguyên tử O và một obitan lai hoá có cặp electron tự do. Một obitan 2p còn lại không lai hoá của nitơ có một electron độc thân tạo nên liên kết π không định chỗ với hai nguyên tử oxy.

Nhờ có cặp electron tự do ở nitơ, ion NO2- có khả năng tạo liên kết cho nhận với ion kim loại. Một phức chất thường gặp là natricobantinitrit Na3[Co(NO2)6]. Đây là thuốc thử dùng để phát hiện ion K+ nhờ tạo thành kết tủa K3[Co(NO2)6] màu vàng.

Nitrit kim loại kiềm bền với nhiệt, chúng không phân hủy khi nóng chảy mà chỉ phân hủy ở trên 5000C. Nitrit của kim loại khác kém bền hơn, bị phân hủy khi đun nóng, chẳng hạn như AgNO2 phân hủy ở 1400C, Hg(NO2)2 ở 750C [4, 10].

Axit nitrơ không bền, nhanh chóng bị phân hủy, nhất là khi đun nóng:

3 HNO2 → HNO3 +2NO + H2O

Bởi vậy khi khí NO2 tan trong nước thì thực tế tạo nên HNO3 và NO theo phản ứng:

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

Trong dung dịch nước, axit nitrơ là một axit yếu (Kb= 4,5.10-4), hơi mạnh hơn axit cacbonic. Do không bền, axit nitrơ rất hoạt động về mặt hóa học. Nó vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.

Axit nitrơ oxi hóa được dung dịch HI đến I2, dung dịch SO2 đến H2SO4, ion Fe2+ đến ion Fe3+… còn bản thân nó biến thành NO. Với những chất oxi hóa mạnh như KMnO4, MnO2, PbO2, axit nitrơ bị oxi hóa đến axit nitric.

Các muối nitrit bền nhiệt hơn HNO2 và có thể tồn tại độc lập. Phần lớn các nitrit tan tốt trong nước, trừ AgNO2. Nitrit của các kim loại kiềm nóng chảy không phân hủy. Cũng như ion NO2-, đa số muối nitrit không có màu.

Trong môi trường axit, muối nitrit có tính oxi hóa và tính khử như axit nitrơ.

Muối NaNO2 được dùng rộng rãi trong công nghiệp hóa học, nhất là công nghiệp nhuộm azo [4].



1.1.1.2. Tính chất lí, hóa học của nitrat

Trong muối nitrat, ion NO3- có cấu tạo hình đa giác đều với góc ONO bằng 1200 và độ dài liên kết N-O bằng 1,218 A0. Trong đó nguyên tử nitơ ở trạng thái lai hóa sp2, ba obitan lai hóa tạo thành ba liên kết σ với ba nguyên tử oxi. Obitan 2p còn lại ở nguyên tử nitơ tạo nên một liên kết π không định chỗ với nguyên tử oxi



[4, 10].

Muối nitrat khan của kim loại kiềm khá bền với nhiệt (chúng có thể thăng hoa trong chân không ở 380 – 500oC). Còn các nitrat của kim loại khác dễ phân hủy khi đun nóng.

Nitrat là muối của axit kém bền HNO3. HNO3 bị thủy phân dưới tác dụng của ánh sáng, dung dịch có màu vàng. Trong nước, HNO3 là axit mạnh nên phân li hoàn toàn.

Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước và là chất điện li mạnh. Trong dung dịch, chúng phân li hoàn toàn thành các ion. Ion NO3- không có màu, nên màu của một số muối nitrat là do màu của cation kim loại trong muối tạo nên.

Một số muối nitrat như NaNO3, NH4NO3, ... hấp thụ hơi nước trong không khí nên dễ bị chảy rữa. Các muối nitrat dễ bị phân hủy. Độ bền nhiệt của muối nitrat phụ thuộc vào bản chất của cation tạo muối.

Muối nitrat của các kim loại hoạt động mạnh (kali, natri,...) bị phân hủy thành muối nitrit và oxi. Muối nitrat của magie, kẽm, sắt, chì, đồng,... bị phân hủy thành oxit kim loại tương ứng, NO2 và O2. Muối nitrat của bạc, vàng, thủy ngân,... bị phân hủy thành kim loại tương ứng, khí NO2 và O2 [4].

2 NaNO3 →2 NaNO2 + O2

2 Pb(NO3)2→ 2 PbO +4 NO2 + O2

Hg(NO3)2 → Hg +2NO2 + O2

Ở nhiệt độ cao, muối nitrat phân hủy ra oxi nên chúng là các chất oxi hóa mạnh. Khi cho than nóng đỏ vào muối kali nitrat nóng chảy, than bùng cháy.

Ion NO3- trong môi trường axit có khả năng oxi hoá như axit nitric.

Trong môi trường trung tính muối nitrat hầu như không có khả năng ôxi hóa, nhưng trong môi trường kiềm có thể bị Al, Zn khử đến NH3.

4 Zn + NO3- + 7 OH- → 4 ZnO2- + NH3 + 2 H2O

Do tính chất oxi hóa trong môi trường axit, nitrat còn có khả năng tham gia nitro hóa với một số chất hữu cơ như: axit sulfosalicilic, diphenylamin, antipyrin. Khi chuyển về môi trường kiềm sản phẩm của quá trình nitro hóa sẽ có màu. Đây là cơ sở cho phản ứng định lượng nitrat bằng phương pháp trắc quang [30].

1.1.1.3. Tính chất lí, hóa học của amoni

Ion amoni NH4+ có cấu tạo hình tứ diện đều với bốn nguyên tử H ở đỉnh và nguyên tử nitơ trung tâm, có bán kính ion là 1,43 Ao, gần tương đương với các ion kim loại Rb+= 1,48 và K+ = 1,44 Ao. Do đó muối amoni giống với muối kim loại kiềm. Chúng thường có kiến trúc kiểu NaCl hay kiểu CsCl. Hầu hết các muối amoni đều dễ tan và phân li mạnh ở trong nước [10].

Muối amoni tan tốt trong nước, NH4+ bị thủy phân tạo môi trường axit.

NH4+ + H2O  NH3 + H3O+ K =5,5.10-10

Các muối amoni khác với muối kim loại kiềm là đều kém bền với nhiệt. Tùy thuộc vào bản chất của axit tạo nên muối phản ứng nhiệt phân có thể xảy ra một cách khác nhau.

Các muối (NH4)2CO3, NH4HCO3 phân hủy ngay ở nhiệt độ thường thành NH3(k), CO2(k) và H2O.

Muối amoni trong thực tế được dùng nhiều để làm phân đạm, một số muối đặc trưng quan trọng là NH4Cl, (NH4)2SO4 và NH4NO3 [4].

1.1.2. Độc tính của nitrit và nitrat và amoni


Amoni trong nước tồn tại ở 2 dạng: không ion hoá (NH­3) và ion hoá (NH4+). Độc tính của amoni phụ thuộc vào dạng tồn tại của nó trong nước. Các phân tử NH3 độc hơn so với NH4+, điều này phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của nước. Ion NH4+ ít độc hại hơn và tồn tại ở pH thấp hơn. Khi pH tăng từ 7-8 thì có sự chuyển NH4+ thành NH3.

Sự có mặt của amoni trong nước bề mặt gây ra khó khăn trong việc xử lý nước uống do muốn xử lý chúng cần có clo, amoni có thể kết hợp với clo tạo ra cloramin làm cho hiệu quả khử trùng giảm đi rất nhiều so với clo gốc [7].

Amoni không gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người, nhưng trong quá trình khai thác, lưu trữ và xử lý…amoni được chuyển hoá thành nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) là những chất có tính độc hại tới con người.

Trong nước ngầm amoni không thể chuyển hoá được do thiếu oxy, khi khai thác lên vi sinh vật trong nước, oxy trong không khí sẽ chuyển amoni thành nitrit và nitrat.

Nitrat và nitrit là những tác nhân gây ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng và là một trong những nguyên nhân gây ra hai loại bệnh: methaemoglobinemia: hội chứng da xanh ở trẻ sơ sinh và ung thư dạ dày ở người lớn [5].

Khi đi vào cơ thể, nitrat tham gia phản ứng khử ở dạ dày và đường ruột do tác dụng của các men tiêu hoá sinh ra nitrit. Nitrit sinh ra phản ứng với Hemoglobin tạo thành methaemoglobinemia làm mất khả năng vận chuyển oxi của Hemoglobin.

Thông thường Hemoglobin chứa Fe2+, ion này có khả năng liên kết với oxi. Khi có mặt NO2- nó sẽ chuyển hoá thành Fe3+ làm cho hồng cầu không làm được nhiệm vụ chuyển tải oxi. Nếu duy trì lâu sẽ dẫn tới tử vong [8].

4HbFe2+(O2) +4NO2- + 2H2O → 2HbFe3+ + OH- +4NO3- +O2

Sự tạo thành methaemoglobinemia đặc biệt thấy rõ ở trẻ em. Trẻ em mắc chứng bệnh này thường xanh xao và dễ bị đe doạ đến cuộc sống đặc bệt là trẻ dưới 6 tháng tuổi.

Ngoài ra, NO2 trong cơ thể dễ tác dụng với các axit amin tạo thành nitrosamine một hợp chất gây ung thư [6, 26].



Các hợp chất nitroso được tạo thành từ các amin bậc hai và các axit nitrơ (HNO2) có thể trở nên bền vững hơn nhờ tách lại proton để trở thành nitrosamine.

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

Do độc tính của amoni, nitrit và nitrat mà các tổ chức y tế thế giới và các quốc gia đều có những qui định về hàm lượng của các ion này trong nước. Ở Việt Nam, Bộ Tài Nguyên Môi Trường, Bộ Y tế đã ban hành các quy chuẩn và tiêu chuẩn về hàm lượng cho phép amoni, nitrit và nitrat như sau:


Bảng 1.1: Giới hạn cho phép hàm lượng amoni, nitrit và nitrat trong nước

Nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT)

Nước ngầm

(QCVN


09:2008/BTNMT)

Nước uống (QCVN

01:2009/BYT)



Ion

Sinh hoạt

Mục đích khác

NH4+ - N

0,1 (mg/l)

1,0 (mg/l)

0,1 (mg/l)

NH4+

3,0 (mg/l)

NO2- - N

0,01(mg/l)

0,05 (mg/l)

1,0 (mg/l)

NO2-

3,0 (mg/l)

NO3- - N

2,0 (mg/l)

15 (mg/l)

15 (mg/l)

NO3-

50 (mg/l)



1.1.3. Chu trình sinh hóa của Nitơ trong môi trường


Trong môi trường nước, nitơ là chất dinh dưỡng vô cùng cần thiết cho nhiều loại thực và động vật, nhưng sự dư thừa nitơ (hiện tượng phú dưỡng) sẽ dẫn đến sự ô nhiễm, ảnh hưởng tới môi trường nước.

Khí nitơ trong khí quyển có thể bị oxi hóa thành dạng có hoạt tính sinh học hơn và nhiều hơn dưới dạng NO trong các cơn bão, sau đó bị hòa tan vào nước và rơi xuống mặt đất cùng với nước mưa.

Các nguồn phát thải nitơ chủ yếu tới từ khí quyển, phân đạm dư thừa, nước thải từ trang trại, cơ sở chăn nuôi, khu công nghiệp, dân cư, xe cộ…[17].

Một vài loại cây có khả năng cố định nitơ từ khí quyển, hầu hết tại mọi thời điểm nitơ vô cơ (NH4+ và NO3-) trong đất thường chỉ tồn tại một lượng nhỏ do sự hấp thụ nhanh của thực vật và vi sinh vật.

Nitơ hữu cơ có thể có nhiều hơn trong đất vì dạng này không thích hợp cho thực vật sử dụng. Đầu tiên nitơ hữu cơ phân hủy thành NH4+ bởi các vi khuẩn gọi là quá trình khoáng hóa. NH4+ sau đó bị ôxi hóa sinh ra NO3- trong môi trường có O2, với NO2- và NO là các dạng trung gian. Nitơ được chuyển hóa vào đất dưới dạng các ion NO3-, một vài trường hợp dưới dạng NH4+, sau đó tới được tầng nước ngầm.

Nitơ trở lại khí quyển từ đất hoặc từ biển thông qua quá trình đề nitơ hóa gồm nhiều bước trong đó NO3- bị khử thành N2 bởi các vi khuẩn trong môi trường thiếu ôxi hình thành các sản phẩm trung gian như NO2, N2O, NO [25].

Nitơ cũng có thể trở lại khí quyển thông qua quá trình ôxi hóa amoni trong môi trường thiếu ôxi, trong đó vi khuẩn ôxi hóa NH4+ cùng với NO2- sinh ra khí N2 và nước.


: files -> ChuaChuyenDoi
ChuaChuyenDoi -> ĐẠi học quốc gia hà NỘi trưỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Thị Hương XÂy dựng quy trình quản lý CÁc công trìNH
ChuaChuyenDoi -> TS. NguyÔn Lai Thµnh
ChuaChuyenDoi -> Luận văn Cao học Người hướng dẫn: ts. Nguyễn Thị Hồng Vân
ChuaChuyenDoi -> 1 Một số vấn đề cơ bản về đất đai và sử dụng đất 05 1 Đất đai 05
ChuaChuyenDoi -> Lê Thị Phương XÂy dựng cơ SỞ DỮ liệu sinh học phân tử trong nhận dạng các loàI ĐỘng vật hoang dã phục vụ thực thi pháp luật và nghiên cứU
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Hà Linh
ChuaChuyenDoi -> ĐÁnh giá Đa dạng di truyền một số MẪu giống lúa thu thập tại làO
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiêN
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Văn Cường


1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương