Báo cáo Đề tài 8: Phân tích nước mưa

1BÁO CÁO ĐỀ TÀI 8 : PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA 2NHÓM “ 10 + 1” 1. TRẦN KHƯƠNG DUY 0617012 – NHÓM TRƯỞNG 2. NGUYỄN TRẦN THU HIỀN 0617015 3. NGUYỄN HẢI HÀ 0617021 4. NGUYỄN THỊ THU HỐNG 0617028 5. NGUYỄN LÊ NHẬT KHOA 0617030 6. NGUYỄN THẢO NGUYÊN 0617043 7. HOÀNG THỊ MINH NGUYỆT 0617044 8. NGUYỄN THỊ NGỌC 0617045 9. LA THỊ TUYẾT NHUNG 0617049 10.TRẦN NGUYỄN DIỄM PHƯƠNG 0617057 11.NGUYỄN THỊ THUẦN 0617069 3BỐ CỤC BÀI BÁO CÁO A. ĐẶT VẤN ĐỀ B. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MƯA AXIT C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA 4A. ĐẶT VẤN ĐỀ : - Nước mưa là một thành phần chủ yếu của vòng tuần hoàn nước. Nó đóng vai trò quan trọng trong toàn bộ chu trình của các chất hóa học hòa tan trong nước. -Nước mưa có thành phần giống như nước cất vì cũng là hơi nước ngưng tụ. 5A. ĐẶT VẤN ĐỀ : Nhưng nước mưa khác nước cất ở chỗ là nước mưa có chứa nhiều yếu tố hóa học, vi sinh vật … mà nước mưa đã hập thụ trong suốt quá trình giao lưu trong khí quyển. Hầu hết các mẫu nước mưa đều có vi khuẩn, nhưng nói chung, nước mưa vẫn là một nguồn nước tốt cho con người và các hoạt động sống. 6A. ĐẶT VẤN ĐỀ : - Một vấn đề môi trường đang được quan tâm hiện nay là hiện tượng mưa axit. - Mưa axit lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1948 tại Thụy Điển. 7- Càng ngày, tác hại của mưa axit đến môi trường và các hoạt động sống của con người càng lớn. Do đó, các nhà khoa học bắt đầu quan tâm và tìm hiểu về những thành phần của nước mưa tự nhiên. Từ đấy, đòi hỏi phải có những phương pháp phân tích nước mưa hiệu quả. A. ĐẶT VẤN ĐỀ : 8B. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MƯA AXIT I – Mưa axit và nguyên nhân gây ra mưa axit : - Nước mưa bình thường mà con người có thể sử dụng có độ pH khoảng 5.6 - Mưa axit là hiện tượng mưa mà nước mưa có độ pH < 5.6 - Nguyên nhân chính của mưa axit là sự có mặt của các khí như SO2, NOx , HCl … trong thành phần nước mưa. 9B. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MƯA AXIT - Mưa axit là hậu quả của : + Quá trình phát triển sản xuất của con người, tiêu thụ nhiều than đá, dầu mỏ và các nguyên liệu tự nhiên khác. + Những hoạt động công nghiệp, giao thông vận tải,… của con người. 10 B. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MƯA AXIT II – Các phương trình xảy ra trong khí quyển tạo nên mưa axit - Trước đây, người ta chỉ xem khí SO2 là tác nhân chính gây ra mưa axit. - Nhưng càng ngày, sự có mặt của khí NOx trong việc hình thành mưa axit cũng là một vấn đề đáng được theo dõi Sự đóng góp của hai loại khí này đến tính axit của nước mưa là như nhau. 11 12 B. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MƯA AXIT SO2 + H2O  SO2.H2O SO2.H2O  HSO3- + H+ HSO3-  SO32- + H+ 2NO + O2  2NO2 NO + O3  NO2 + O2 4NO2 + O2 + 2H2O  4HNO3 13 B. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MƯA AXIT III – Ảnh hưởng của mưa axit : - Mưa axit ảnh hưởng xấu tới các thủy vực (như ao, hồ). - Mưa axit cũng ảnh hưởng xấu tới đất đai. - Mưa axit còn phá hủy các vật liệu làm từ kim loại, hoặc các loại đá, nên làm giảm tuổi thọ của các công trình xây dựng. 14 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA 15 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA I- Lấy mẫu Dựa vào tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5997-1995 Tiêu chuẩn này quy định về : + Thiết bị lấy mẫu, phương pháp lưu trữ và bảo quản mẫu + Kỹ thuật lấy mẫu + Địa điểm lấy mẫu 16 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA Đo tại chỗ Lấy mẫu phụ Bảo quản mẫu Lưu trữ mẫu Vận chuyển mẫu Bình trắng Bình chứa mẫu Thiết bị lấy mẫu và phương pháp lưu trữ. bảo quản mẫu 17 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA + Kỹ thuật lấy mẫu : Lấy mẫu sự kiện Lấy mẫu tổ hợp Lấy mẫu liên tục Lấy mẫu theo hướng 18 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA Thiết bị lấy nước mưa tự động 19 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA Địa điểm lấy mẫu + Thành phố và nơi xa xôi hẻo lánh + Vùng nước + Mật độ trạm 20 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA II – Phân tích mẫu : 1. Các thông số hóa học chính cần xác định : + Độ dẫn và độ pH. +Nồng độ các ion : SO42-, NO3-, Cl-, NH4+, Na+, K+, Ca 2+, Mg2+ + Các axit hữu cơ như axit fomic, axit axetit. + Các kim loại vết như Fe, Mn… 21 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA Kỹ thuật phân tích Mục đích phân tích Conductimetry Độ dẫn Ion chromatography (IC) SO4 2-, NO3 -, Cl-,NH4 +, Na+, K+, Ca2+, Mg2+CHO-, COOH- Flame atomic absorption spectroscopy (FAAS) Na+, K+, Ca2+, Mg2+ Flame atomic emission spectroscopy (FAES) Na+, K+, Ca2+, Mg2+ Inductively coupled plasma (ICP) Na+, Ca2+, Mg2+, kim loại vết. Graphite furnace atmic absorption spectroscopy (GFAAS) Kim loại vết Ion selective electrodes (ISE) H+, Cl-, NO3 -, Na+, K+, NH4 +, một vài kim loại vết Voltammetry Kim loại vết. 2. Một số kỹ thuật phân tích nước mưa thông thường : 22 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA 3. Khoảng nồng độ của các ion có trong nước mưa : Ion Nồng độ (mg ion/L) Cl- 0.02 – 60 NO3 - 0.1 - 20 SO4 2- 0.1 – 30 Na+ 0.02 – 30 K+ 0.02 – 2 Mg2+ 0.005 – 2 Ca2+ 0.02 – 4 NH4 + 0.03 - 4 23 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA 4. Phương pháp đo từng thông số : a. Đo độ dẫn : * Chuẩn bị : - Máy đo độ dẫn . - Dung dịch KCl. 24 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA Pha dung dịch chuẩn KCl : - Cân chính xác 5,1g KCl và pha loãng đến 1L dung dịch với nước sạch trong bình định mức 1L. - Pha loãng 10mL dung dịch này với nước sạch trong bình định mức 1L khác. Đây là dung dịch chuẩn có độ dẫn là 100µmho/cm 25 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA Máy đo độ dẫn * Cách tiến hành thí nghiệm : 26 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA b. Đo độ pH : * Chuẩn bị : - Dung dịch đệm pH = 4, và pH = 7 - Đồng hồ đo pH - Máy khuấy và đũa khuấy nam châm. 27 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA * Cách tiến hành thí nghiệm : Máy đo pH 28 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA Máy khuấy và đũa khuấy nam châm. 29 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA LƯU Ý : - Luôn tiến hành đo dộ dẫn trước khi đo độ pH. - Cần giữ cho đầu các điện cực không tiếp xúc thành beaker 30 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA c. Đo các anion chính : * Chuẩn bị : - Máy sắc ký ion - Cột phân ly anion - Ống tiêm và máy lọc nhỏ - Dung dịch Cl-, NO3-, SO42-, mỗi loại 1000mg/L - Dung dịch hoạt động : 2,5 mM dung dịch axit phthalic ; 2,5 mM dung dịch tris(hydroxymethyl)aminomethane, pH = 4 31 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA * Cách tiến hành thí nghiệm : Máy sắc ký ion 32 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA d. Đo các cation chính : * Chuẩn bị : + Đo các ion Na+, K+, Mg2+, Ca2+ - Máy quang phổ hấp thu nguyên tử (AAS). - Axit nitric HNO3 - Dung dịch Na, K, Ca, Mg. Mỗi loại 1000mg/L. - Dung dịch Lanthanum. 33 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA Pha dung dịch chuẩn của Na, K, Ca, Mg : (mỗi loại 1000mg/ L) - Hòa tan lượng muối sau đây trong nước và pha loãng đến 1L dung dịch : 2,542g NaCl ; 1,907g KCl ; 2,479g CaCO3 ; 4,952g MgSO4 - Thêm lần lượt khoảng 10mL HCl và 1,5mL HNO3 vào dung dịch Ca và Mg - Làm khô các muối ờ 1100C trong 2giờ trước khi cân. (Đặc biệt quan trọng với muối NaCl) 34 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA Pha dung dịch lanthanum: - Hòa tan 67g LaCl3.7H2O trong HNO3 1M ở điều kiện ấm. - Làm lạnh và pha loãng đến 500mL với nước tinh khiết. 35 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA * Cách tiến hành thí nghiệm : Mô hình máy AAS 36 37 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA + Đo ion ammonium NH4+ * Chuẩn bị : - Máy đo ảnh phổ. - Các chất phản ứng A và B - Dung dịch ammonium chuẩn. 38 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA - Chất phản ứng A : Hòa tan 5g phenol và 25mg natri nitroprusside trong nước và pha loãng đến 500mL. Lưu trữ trong những lọ tối và để trong tủ lạnh. Pha các dung dịch : - Chất phản ứng B : Hòa tan 2,5g NaOH và 4,2mL NaOCl (5% Clo) trong nước và pha loãng đến 500mL. Ủ dung dịch 1 vài ngày trước khi dùng. Bảo quản trong những lọ tối trong tủ lạnh. 39 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA - Dung dịch ammonium chuẩn, có nồng độ 1000mg/L : Hòa tan 0,367g (NH4)2SO4 trong nước và pha loãng đến 1L trong bình định mức 1L. Sấy khô muối trong lò ở 1100C trong 2 giờ trước khi cân. 40 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA * Cách tiến hành thí nghiệm : Máy đo ảnh phổ 41 42 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA e. Đo các kim loại vết như Pb, Fe, Mn, Cu, Cd, Co, Cr, Zn… Sử dụng máy quang phổ hấp thu nguyên tử AAS 43 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA III – Xử lý và kiểm tra kết quả phân tích mẫu : Theo lý thuyết, nếu tất cả các thành phần đều được phân tích đúng thì tổng các điện tích trái dấu là bằng nhau. Điều này gọi là “cân bằng điện tử” và ta dùng nó để đánh giá độ tin cậy của phép phân tích. ∑cation = ∑anion Nếu tỉ số giữa ∑cation/∑anion 1.15 thì ta xem như số liệu có vấn đề. Trong trường hợp như vậy, kết quả sẽ không được chấp nhận và ta phải làm lại việc phân tích mẫu. 44 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA Một phương pháp đánh giá bổ sung trong công việc phân tích là tính toán độ dẫn điện của mẫu dựa trên giá trị nổng độ thực nghiệm: kc = ∑ λi* Ci kc: độ dẫn điện (µmho.cm-1). λi : độ trung hòa điện của ion i . Ci : nồng độ đương lượng của ion i (µeq.L-1). 45 Bảng : Độ trung hòa điện của ion nồng độ thấp, ở 25oC. Ion Độ trung hòa điện (µmho.cm-1) µeq.L-1 H+ 0.350 Cl - 0.076 NO3 - 0.071 SO4 2- 0.080 NH4 + 0.074 Na + 0.050 K + 0.074 Mg 2+ 0.053 Ca 2+ 0.060 HCO3 - 0.044 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA 46 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA Độ dẫn điện lý thuyết được so sánh với giá trị thực nghiệm, km, để đưa ra sai số điện dẫn,%CD: %CD = 100*(kc – km) / km 47 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA Bảng : Tiêu chuẩn của US EPA về việc loại bỏ kết quả và phân tích trở lại. Measure conductance (giới hạn độ dẫn điện) µmho.cm-1 % CD ±50 5-30 > ±30 > 30 > ±20 48 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA Bài tập ví dụ : Một mẫu nước mưa được phân tích và xác định nồng độ (mg.L-1) như sau: 0.34 Na + ; 0.14 K+ ; 0.08 Mg 2+ ; 0.44 Ca 2+ , 0.78 Cl - ; 0.72 NO3 - ; 0.86 SO4 2- ; 0.015 NH4+ pH = 5.03 và độ dẫn điện là 10.9 µmho.cm-1. Tính độ dẫn điện và so sánh với độ dẫn điện thực nghiệm. Có cần phân tích lại mẫu không? 49 C. PHÂN TÍCH NƯỚC MƯA IV – Những lỗi cơ bản của việc phân tích nước mưa : + Nhiễm bẩn bởi các chất vi sinh vật trong quá trình lấy mẫu, chuyển mẫu, hay khi đang phân tích. + Sự bay hơi của nước mưa. + Không cẩn thận trong quá trình vận chuyển, xử lý hoặc phân tích mẫu. + Tương tác với bình chứa nhiên liệu. 50