ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TR ỜNG ĐẠI HỌC

s

PHẠM

NGUYỄN THỊ HOÀN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG HỌC TRẮC QUANG
XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NITRIT TRONG MÃU
NƯỚC NGẦM VÀ THỰC PHẨM

LUẬN VĂN THẠC s ĩ KHOA HỌC

Thái Nguyên - 2009
s ố hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên

htto:/fyvww.Lrc-tnu.edu.vn


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TR ỜNG ĐẠI HỌC

s

PHẠM

NGUYỄN THỊ HOÀN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG HỌC TRẮC QUANG

1.2.1. Nừrừ- Trạng thái tự nhiên và tính chất hoá học....................... 8
1.2.2. Độc tính của nitrit........................................................................ 9
1.2.3. Các phương pháp xác định nitrit................................................ 11
1.2.3.1. Phương pháp thể tích ...............................................................11
1.2.3.2. Phương pháp hắc quang............................................................. 12
1.2.3.3. Phương pháp động học xúc tác - trắc quang............................. 12
1.2.3.4. Một số phương pháp khác......................................................... 16
CHƯƠNG II. THựC NGHIỆM.......................................................... 19
2.1. Hóa chất và thiết bỉ.........................................................................19
2.1.1. Hóa chất.......................................................................................19
2.1.2. Dung cu và thiết bỉ thỉ nghiêm................................................... 20
Sổ hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên




M u ộ n n ă n Ịhạt' i ĩ

'3ÔOÓL p h â n tíe h — 3 L1 5

2.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu...................................... 21
2.2.1. Nguyên tắc phương pháp động học xúc tác trắc
quang xác định nitrit............................................................................ 21
2.2.2. Nội dung nghiên cứu................................................................... 22
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................24
3.1. Lựa chọn phản ứng chỉ thị phù hợp để xác định nỉtrit bằng
phương pháp động học xúc tác trắc quang........................................ 24
3.1.1. Xác định nitrit dựa vào tác dụng xúc tác cho phản ứng
giữa metylen xanh và bromat...............................................................24
3.1.1.1. Phổ hấp thụ của sản phẩm phản ứng chỉ thị...............................24

3.3.2.2. Xác định hàm lượng Nitrit trong mẫu thịt................................ 54
3.3.2.3. Xác định hàm lượng Nitrit trong mẫu nước ngầm.................... 56
3.4. So sánh kết quả phân tích giữa phương pháp nghiên cứu
và phương pháp tiêu chuẩn................................................................... 57
Kết luận................................................................................................... 59

s ố hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên

htto:/fyvww.Lrc-tnu.edu.vn


J lè l e Á t n đ ề i
Lời đầu tiên tôi xin được gửi tới cô giáo - TS. Tạ Thị Thảo lời biết ơn
chân thành và sâu sắc nhất. Cô là người đã trực tiếp giao đề tài và tận tình chỉ
bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Hóa học - Đại học Quốc gia
Hà Nội, Khoa Hoá học - Đại học Sư phạm Thái Nguyên, các anh chị và các bạn
đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn đơn vị cơ quan nơi tôi công tác đã tạo điều
kiện để tôi học tập, nghiên cứu hoàn thành tốt bản luận văn.
Cuối cùng tôi xin được cảm ơn những người thân trong gia đình, đã luôn
động viên, cổ vũ để tôi hoàn thành tốt luận văn của mình.

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2009
Học viên
Qlạuụễti (~ĩhị Jôơàn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đ ại học Thái Nguyên

http:/fyvww.Lrc-tnu.edu.vn

định nitrit bằng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp trắc quang
dựa trên sự hình thành hợp chất màu azo, phương pháp sắc ký và phương
pháp cực phổ. Phương pháp động học trắc quang là phương pháp đang được
quan tâm nghiên cứu để xác định nitrit vì có độ nhạy và độ chính xác cao, quy
trình phân tích đơn giản không tốn nhiều hoá chất và không tốn kém về trang
thiết bị. Khi nghiên cứu mẫu có hàm lượng nhỏ nitrit thì đây là phương pháp
thích hợp để ứng dụng phân tích. Vì vậy, để đóng góp vào việc phát triển ứng
dụng phương pháp này với đối tượng nghiên cứu là thực phẩm và nước ngầm
chúng tôi chọn đề tài: ‘Nghiên cứu phương pháp động học trắc quang xác
định hàm lượng nỉtrỉt trong mẫu nước ngầm và thực phẩm ’.

s ố hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên

1

htto:/fyvww.Lrc-tnu.edu.vn


Jltutn oàn, thạc. t ĩ

7ũfíá phân, tíeii —3C15

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Tồng quan về nước ngầm và thực phẩm.
1.1.1. Nước ngầm và ô nhiễm nước ngầm.
1.1.1.1. Nước ngầm [5]
Cùng với nước mặt, nước dưới đất là phần tài nguyên nước có ý nghĩa
rất lớn đối với đời sống con người.
Sự tồn tại của nước dưới đất được phân thành hai đới chính: Đới thông
khí và đới bão hoà. Trong đới thông khí, nước tồn tại ở dạng hấp phụ chưa




M u ộ n n ă n Ịhạt' i ĩ

Tùũă. ph â n tíeh —3L15

cấc thành phần vi lượng ngoài chịu ảnh hưởng của nguồn gốc còn phụ thuộc
nhiều vào đặc điểm địa chất, địa hoá riêng biệt của khu vực.
- v ề khí hoà tan và kim loại vi lượng: Nước ngầm thường nghèo oxi và
giàu C 0 2 tự do hơn nước mặt vì vậy khác với nước mặt (thường có pH trung
tính - tính kiềm yếu và môi trường oxi hoá cao, kim loại vi lượng có hàm
lượng nhỏ) có thể gặp nhiều trường hợp nước ngầm có tính axit và môi
trường khử do đó có hàm lượng đáng kể các kim loại vi lượng. Ngoài ra trong
nước ngầm còn có thể có các khí có hàm lượng rất nhỏ trong khí quyển như:
metan, sunfuahidro và các khí hiếm như Heli, Neon... các khí này có thể từ
sự phân huỷ yếm khí chất hữu cơ trong đất đi lên theo các khe nứt kiến tạo
hoà tan vào nước.
- Thành phần hoá học và độ khoáng hoá của nước ngầm tầng sâu biến
đổi theo mùa ít hơn nước mặt. Ở tầng sâu nước ngầm có thể có thành phần
hoá học ổn định. Đặc điểm này rất quan trọng trong khai tthác các mỏ nước
có độ khoáng hoá nhỏ và không ô nhiễm các thành phần vi lượng làm nước
uống đóng chai.
- Nước ngầm ít bị ô nhiễm chất hữu cơ và vi khuẩn, do chất hữu cơ
trong nước mặt đã được keo đất hấp phụ trong quá trình nước ngấm qua các
tầng đất. Nước ngầm ở dưới sâu có thể hầu như không chứa chất hữu cơ và vi
khuẩn. Do đặc điểm này giá trị sử dụng lớn nhất của nước ngầm có độ khoáng
hoá thấp là khai thác làm nước sạch cung cấp cho sinh hoạt của con người và
nhiều ngành sản xuất (chăn nuôi, nông nghiệp, công nghiệp). Tuy nhiên, cần
đặc biệt cú ý đến đặc điểm: khả năng ô nhiễm các nguyên tố vi lượng trong

xả vào các cống chung hoặc kênh mương, ao hồ. Nhiều nơi nước được xả trực
tiếp ra sông làm ô nhiễm chất lượng nước các sông [2 ].
2 - Các chất phóng xạ có trong các khoáng sản dưới đất, hoặc các chất
thải phóng xạ đã không xử lý có thể ngấm dàn thông qua các lóp đất và thâm
nhập vào nước ngầm sau rất nhiều năm. Nhiễm asen: Năm 2001, nguy cơ ô
nhiễm asen được Micheál Berg, thuộc viện Liên bang Khoa học và Công
nghệ Môi trường Thụy Sĩ công bố trên tạp chí Environmental Science &
Technology số tháng 7/2001 là nguồn nước uống ở vùng phía Bắc Việt Nam
đã bị nhiễm arsen với nồng độ gấp 50 cao hơn định mức của Việt Nam (10
phần tỷ). Nguyên nhân được tác giả nêu ra là do nguồn nước này lấy từ các
giếng đóng ở độ sâu từ 10 đến 35m. Năm 2003, tình trạng ô nhiễm này đã
được chứng minh qua việc khám phá một số bệnh nhân bị bệnh arsenicosis
tức là lòng bàn tay và chân bị nám đen[15]
3- Ô nhiễm nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh học
(BOD5 ): Nhu cầu oxy hóa học là một chỉ dấu cho thấy sự hiện diện của các
họp chất hữu cơ nhẹ trong nước. Ở những vùng phát triển nông nghiệp và
công nghiệp, lượng COD và BOD5 thường tăng cao và đây là báo hiệu cho
thấy sự có mặt của hữu cơ và việc thiếu oxy trong nước. Ngoài ra, cũng cần
kể đến ô nhiễm các tác nhân nhân tạo như nồng độ kim loại nặng cao,
photphat, nitrat, nitrit và ammoniac mà nguyên nhân chính là dư lượng của
phân bón mà con người sử dụng cho cây trồng [2 ].
4 - Ồ nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật: Nhu cầu phát triển nông nghiệp
để giải quyết việc gia tăng dân số là nguyên nhân chính của nguy cơ ô nhiễm
các hóa chất diệt cỏ, trừ sâu trong nguồn nước ngầm. Thời gian bán hủy của

s ố hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên

4

htto:/fyvww.Lrc-tnu.edu.vn

của một sổ quốc gia và tồ chức [7].
STT

Tổ chức và Quốc gia

Hàm lượng NO3

Hàm lượng N 02

1

WHO

45

-

2

TCVN5501-91

50

0,1

3

Canada

10

độ

trực

tiếp

hay

chuẩn

độ

ngược).

Phương trình chuẩn độ:
2Mn0‘4 + 5N 02 + 6ỉ t — >2Mn2+ + 5N 03 + 3H20
Tuy nhiên trong môi trường axit ion N 0 2 bị phân huỷ thành NO và
N 02 theo phương trình
N 02 + H+ — ►HN02 — ►NO + N 0 2 + H20
Do đó cần đảo ngược thứ tự phản ứng (nhỏ từ từ dung dịch N 0 2' vào dung
dịch Mn0 4 trong môi trường axit). Phương pháp này có độ nhạy không cao
và tính chọn lọc kém vì trong dung dịch có nhiều ion có khả năng bị Mn0 4
oxihoá.
Ví dụ: Nếu chuẩn độ chậm dung dịch nitrit đã được axit hoá bằng dung
dịch KMn04 thì sẽ thu được kết quả thấp do axit nitrơ không bền dễ bay hơi.
Ngoài ra oxi không khí cũng oxi hoá nitrit thành nitrat. Do đó, nên thêm chính
xác thể tích dung dịch nitrit từ buret vào dung dịch KMn04 đã được axit hoá
cho đến khi mất màu dung dịch. Nhưng ion N 0 2' phản ứng chậm với Mn0 4 ,
do đó có thể xảy ra sự phân huỷ N 0 2' trước khi phản ứng với Mn0 4 - Nguyên
tắc của phương pháp: oxi hoá N 02' thành NO3' bằng KMn0 4 điểm cuối của

N 0 2- + I

i| +

2 H ' ------

S 0 3H

j^ j]

+

2 H 20

SO gH

Sau đó muối này kết hợp với a - naphtylamin tạo ra họp chất màu hồng.

Độ hấp thụ quang được đo ở bước sóng 520nm, yếu tố đầu ảnh hưởng
đến phản ứng diazon hoá là pH của môi trường phản ứng, nhiệt độ phản ứng.
Phản ứng thường được tiến hành ở pH khoảng 1,7 - 3 và ở khoảng nhiệt độ
là 0 - 5°c. Nhiệt độ càng cao phản ứng xảy ra càng nhanh nhưng lại dễ dàng
bị phân huỷ thành các hợp chất khác. Phương pháp này có độ chọn lọc cao
khi có một lượng rất lớn (thường gấp 1 0 0 làn) cloramin, clo, thiosunfat, natri
poly photphat và sắt (III) thì sai số của phương pháp này là 10% [25]
1.2.3.3. Phương pháp động học xúc tác - trắc quang.
A. Cơ sở lý thuyết của phương pháp động học xúc tác [9,22]
Cơ sở phương pháp động học xúc tác [22] là dựa trên việc đo tốc độ
phản ứng để xác định nồng độ các chất. Phương pháp tiến hành dựa trên hiệu


Chất để theo dõi tốc độ phản ứng chỉ thị được gọi là “chất chỉ thị ”.
Giả thiết có phản ứng như sau:
A+B —

Pi + p 2

(1)

Ở đây, Pi, p 2 là sản phẩm được tạo thành từ các phản ứng không xúc tác của
A và B.
Giả sử trong phản ứng có mặt chất xúc tác c , cơ chế mới như sau :
A+C —
X+B

Pi + X

"*"* > p2+ c

(2)
(3)

Ở đây, X là phức chất trung gian hoạt động. Nếu phản ứng (3) xảy ra nhanh
hơn phản ứng (2 ), nồng độ của chất xúc tác sẽ không đổi suốt quá trình phản

s ố hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên

13

htto:/fyvww.Lrc-tnu.edu.vn


phương pháp chính được sử dụng để phân tích xúc tác là phương pháp vi
phân và phương pháp tích phân, kết hợp với ba cách xây dựng đường chuẩn:
phương pháp thời gian ấn định, phương pháp nồng độ ấn định và phương
pháp t g a .
¥ Phương pháp vỉ phân
Đánh giá tốc độ phản ứng trực tiếp qua d/dt:
+ Đo nồng độ ban đầu, từ đó xác định được tốc độ ban đầu và dùng để
đánh giá nồng độ.
+ Đo độ dốc của đường cong thực nghiệm tại một điểm bất kì, từ đó có
thể tính được nồng độ.
* Phương pháp tích phân
Phương pháp tích phân chủ yếu dựa vào việc đánh giá tốc độ tương ứng vượt
quá một giới hạn, thường là khoảng nhỏ At.

s ố hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên

14

htto:/fyvww.Lrc-tnu.edu.vn


M u ộ n n ă n Ịhạt' i ĩ

'3ÔOÓL p h â n tíe h — 3 L1 5

+ Đo thời gian ấn định và đo sự thay đổi của một biến số có liên quan
tới nồng độ của chất phản ứng hoặc sản phẩm vượt qua một khoảng thời gian
xác định.
+ Phương pháp nồng độ ấn định hoặc biến thiên thời gian (chu kì thời
gian) được áp dụng để đo sự thay đổi tương tự trong nồng độ chất phản ứng



M u ộ n Băn, th ạ a i l

Tùũă. ph â n tíeh. —3L15

phổ, kết tủa đồng thời, chưng cất, điện di...), sử dụng các tác nhân che để hạn
chế ảnh hưởng của các ion cản.
Giới hạn phát hiện là một ưu điểm thường được nhấn mạnh ữong
phương pháp phân tích động học xúc tác. Tuy nhiên, độ chọn lọc thấp có thể
là nguyên nhân hạn chế một phần các ứng dụng của phương pháp này.
c. Một sổ phương pháp động học xúc tác trắc quang xác định hàm lượng
nitrit.
+ Có thể xác định nitrit sử dụng thuốc thử molybdoxylicic acid xanh
(MSAB). Phương pháp này nhanh, đơn giản, có độ nhạy và độ chọn lọc cao
cho việc xác định hàm lượng Nitrit. Đo quang tại Ă= 810 nm. Giới hạn phát
hiện là 0.004 ppm.[17]
+ Có thể xác định hàm lượng nitiit dựa trên tác dụng xúc tác của nó cho
phản ứng giữa methylthymol xanh và kalibromat trong môi trường axit H2SO4
. Đo quang tại Ả= 437nm cho phạm vi nồng độ nitrit từ 2-100ng/ml và 100 500ng/ml theo phương pháp thời gian ấn định thời gian tại 4 phút ở 30°c.
Giới hạn định lượng nitrit là 0.6 ng/ml.[21]
+ Có thể xác định hàm lượng Nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nó
cho phản ứng oxi hóa cresy brilliant xanh bằng bromat. Đo quang ở 595nm và
ở 30°c. Giới hạn định lượng niữit là 0.1ng/ml.[18]
+ Có thể xác định nitrit trong môi trường axit dựa vào sự khử Cresyl
violet thành màu vàng. Đo biến thiên độ hấp thụ quang của dung dịch ỞÃ 555nm nếu hàm lượng nitrit trong khoảng 0.0188 - 2.3 ụ g/ml và tại Ẳ =
405nm khi xác định 2.4 - 2.6 ụ g/ml [16]
+ Có thể xác định hàm lượng nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nó cho
phản ứng oxi hóa methylene xanh bằng bromat. Tốc độ phản ứng được theo
dõi màu bằng đo quang ở 664nm và ở 25 °c theo phương pháp thời gian ấn

loại oxi không khí sau đó ghi phổ xung vi phân từ - 0,2 đến - 0,8V. Thế đỉnh
pic xuất hiện ở - 0,52V.[28]
B. Phương pháp sắc ký.
Ion nitrit phân tích bằng phương pháp sắc kí lỏng cao áp với pha động
là axit p-hyđrobenroic 8 mM và Bis - Tris 3,2mM. Hàm lượng nitrit có thể xác
định được đếnl0.e'8M. Ion niừit cũng có thể xác định được cùng với các ion
khác bằng phương pháp sắc kí ion. Tuy nhiên giới hạn phương pháp này chỉ
xác định được 0,1 mg/lit NO2". Mẩu được bơm vào cột tách bằng van bơm
mẫu, nhờ pha động thích hợp để qua cột tách. Tại đây các cấu tử trong hỗn
hợp được tách ra khỏi nhau và xác định nhờ bộ Detector thích hợp. [27,20]
c . Phương pháp phân tích khối lượng [15].
Nitrit có thể tạo thành muối khó tan với 2,4- điamino 6 -oxypyriđin là
2,4 điamino 5 nitrozo

6

-oxypyriđin. sấy khô muối ở nhiệt độ 120-140°c rồi

xác định trọng lượng của muối. Phương pháp phân tích này hầu như ít được
nghiên cứu vì thời gian phân tích quá dài, không thích họp khi càn phân tích
nhanh.
Ngoài ra, người ta còn xác định nitrit bằng phương pháp gián tiếp dựa
trên phản ứng:
3 HNƠ2 +

AgBrƠ3 -» AgBr + 3 HNO3

s ố hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên

17

s ổ hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên

19

htto:/fyvww.Lrc-tnu.edu.vn