PGS.TS. L Ề ĐỨC ( c h ủ b i ê n ) - PGS. TS. T R Ầ N K H Ắ C HIỆP TS. N G U Y Ễ N XUÂN c ự - T h S . P H Ạ M VĂN K H A N G - C N . NGUYÊN N G Ọ C MINH

• • •

M Ộ T S Ố P H Ư Ơ N G P H Á P

P H Â N T Í C H M Ô I T R Ư Ờ N G

N H À X U Ấ T B Ả N Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G I A H À N Ộ I

P h â n c ô n g b i ê n s o ạ n

1. PGS.TS. Lê Đức: Chương 3; chướng 4; chương 5 (mục 5.1; mục 5.2; mục 5.3; mục 5.4; mục 5.8) ; chương 6; chương 9 (mục 9.2).

2. PGS.TS. Trần Khắc Hiệp: Chương 7

3. TS. Nguyễn Xuân Cự: Chương 1; chương 2; chương 5 (mục 5.5; mục 5.6; mục 5.7); c h ư ơ n g 8 (mục 8.1; mục 8.2; mục 8.3).

4. ThS. Phạm Văn Khang: Chương 8 (mục 8.4; mục 8.5).

5. CN. Nguyễn Ngọc Minh: Chương 9 (mục 9.1; mục 9.3).

M ụ c l ụ c

Trang

P h ầ n 1. N h ữ n g v ấ n đ ề c h u n g

C h ư ơ n g 1. M ở đ ầ u Ì

1.1 Môi t r ư ờ n g ỉ Ì

1.2 P h â n t ích môi t rường Ì

1.3 Sự lựa chọn p h ư ơ n g p h á p để p h â n t ích môi t rường 2

1.4 Giá t r ị của các số l i ệ u t rong p h â n t ích môi t rường 2

1.5 A n h hưởng của c â n bằng 4

C h ư ơ n g 2. Đ ộ c h í n h x á c v à đ ộ t i n c ậ y c ủ a p h é p p h â n t í c h 7

2.1 Bảo đ ả m và k i ể m soá t chất lượng t rong p h â n t ích môi t rường 7

2.2 Sai số và độ c h í n h xác 7

2.3 Đồ t h ị k i ể m t ra 13

Phần 2. Một số phương pháp dùng trong phân tích môi trường

C h ư ơ n g 3. P h ư ơ n g p h á p t r ắ c q u a n g 15

3. Ì P h ư ơ n g p h á p so m à u quang đ iện 15

3.2 P h ư ơ n g p h á p quang k ế ngọn lửa (Flamephotomet) 18

3.3 P h ư ơ n g p h á p quang phổ hấp t h ụ n g u y ê n tử (AAS) 21

C h ư ơ n g 4. P h ư ơ n g p h á p đ i ệ n h ó a 27

4. Ì Cực chọn lọc lon 27

4.1.1 Lí t h u y ế t về các t h ế m à n g của các cực chọn lọc lon 28

4.1.2 M ộ t và i l o ạ i đ i ệ n cực chỉ t h ị t h ô n g t hường 30

4.2 P h ư ơ n g p h á p cực p h ô 37

4.2.1 Cực p h ổ mộ t ch iều dòng khuếch t á n (cực phổ cổ điển) 37

4.2.2 Cực p h ổ hỗn hống (hay Von-Ampe hòa tan) 41

4.2.3 Cực p h ổ xung 45

ì i

C h ư ơ n g 5. C á c p h ư ơ n g p h á p p h â n t í c h sắc k í 47

5.1 M ở đ ầ u 47

5.2 M ộ t số k h á i n i ệ m 47

5.2.1 Q u á t r ì n h sắc k í 47

5.2.2 P h â n l o ạ i các p h ư ơ n g p h á p sắc k í 48

5.2.3 Sự t á c h sắc k í và sắc đồ 50

5.3 Sắc k í lỏng h i ệ u n ă n g cao 53

5.3.1 M á y sắc k í lỏng h i ệ u n ă n g cao 53

5.3.2 Các p h ư ơ n g p h á p sắc kí h i ệ u n ă n g cao 54

5.4 Sắc k í k h í 55

5.5 T á c h ch iế t các chấ t ô n h i ễ m h ữ u cơ và l à m sạch m ẫ u 58

5.6 P h â n t ích chất ô n h i ễ m hữu cơ bằng sắc k í k h í 62

5.7 P h â n t ích d ư lượng h ó a chất bảo vệ thực v ậ t 67

5.7.1 N h ó m cacbamat, ure và t r i az in '. 67

5.7.2 Thuốc bảo vệ thực v ậ t n h ó m cơ clo (Organochlorine pesticides) 68

5.7.3 Thuốc bảo vệ thực v ậ t n h ó m cở photpho (Organophosphorus pesticides) 69

5.8 S ắ c k í i o n ( I C ) 70

Chương 6. Phương pháp khối phổ 75

6. Ì Sự h ì n h t h à n h khô i phổ 75

6.1.1 Sự lon h ó a 75

6.1.2 M á y k h ố i phổ 76

6.1.3 Q u á t r ì n h h ì n h t h à n h k h ố i p h ổ 76

6.2 K h ả n ă n g p h â n g i ả i của m á y k h ố i p h ổ 79

6.3 ứ n g dụng sắc k í k h í - k h ố i phổ để p h â n t ích các chấ t ô n h i ễ m h ữ u cơ 79

Chương 7. Các loại nước và các phương pháp phân tích nước 83

7.1 Đ ạ i cương v ề các l o ạ i nưóc 83

7.1.1 Nưốc t h i ê n n h i ê n 83

7.1.2 Nước t h ả i 84

7.2 P h â n t ích nước 85

7.2.1 P h â n t ích nước t h i ê n n h i ê n 85

7.2.2 Phần t ích nước t h ả i 86

7.2.3 N h ữ n g đ iêu cần chú ý k h i p h â n t ích nưốc 86

l i

7.3 L ấ y và bảo quản m ẫ u nước 86

7.3.1 Xác đ ị nh vị t r í l ấ y m ẫ u 86

7.3.2 L ấ y m ẫ u nưốc 87

7.3.3 L ấ y và bảo q u ả n m ẫ u 87

7.3.4 M ộ t số chỉ d ẫ n k h i l ấ y m ẫ u nưốc 89

7.3.5 Bảo quản m ẫ u nưốc trước k h i p h â n t ích 89

7.4 Xác đ ị nh t h à n h p h ầ n hoa học của nưốc 90

7.4.1 Xác đ ịnh p H 90

7.4.2 Độ cứng 90

7.4.3 Xác đ ịnh Cu 93

7.4.4 Xác đ ịnh Pb bằng p h ư ơ n g p h á p t rắc quang đ i th izon 94

7.4.5 Xác đ ịnh Zn bằng phương p h á p t rắc quang đ i th izon 96

7.4.6 Xác đ ịnh H g bằng p h ư ơ n g p h á p t rắc quang đ i th izon 97

7.4.7 Xác đ ị nh Fe 98

7.4.8 Xác đ ị nh M n 100

7.4.9 Xác đ ị nh Cr l o i

7.4.10 Xác đ ị nh N i bằng thuốc t h ử đ imety lg l ioxim 102

7.4.11 Xác đ ịnh Asen (As) bằng p h ư ơ n g p h á p t r ắc quang 103

7.4.12 Xác đ ị nh c r bằng p h ư ơ n g p h á p chuẩn độ M o r h 105

7.4.13 Xác đ ị nh NO3 106

7.4.14 Xác đ ị nh bạc (Ag) 107

7.4.15. Xác đ ịnh Ber i (Be) 108

7.5 Xác đ ịnh m ộ t số t í n h chất k h á c của nước 111

7.5.1 Xác đ ị nh h à m lượng oxi h ò a tan t rong nưốc (DO) 111

7.5.2 Xác đ ịnh nhu cầu oxi hóa học (COD) 113

7.5.3 Xác đ ị nh nhu cầu oxi sinh h ó a (BOD) 114

7.5.4 Xác đ ịnh m à u sắc 115

7.5.5 Xác đ ị nh độ dẫn đ i ệ n r i ê n g 116

Chương 8. Phân tích khí 119

8.1 L ấ y m ẫ u k h í 119

8.2 Xác đ ịnh m ộ t số t í n h chất v ậ t lí của k h ô n g k h í 120

8.3 M ộ t số t í n h chấ t h ó a học của k h ô n g k h í 123

8.4 M ộ t số p h ư ơ n g p h á p p h â n t ích đ ịnh t í n h k h í 133

i i i

8.5 P h ư ơ n g p h á p đ ịnh lượng m ộ t số chỉ t i êu t rong k h ô n g k h í 135

8.5.1 Xác đ ị nh h à m lượng b ụ i 135

8.5.2 Xác đ ịnh n i tđ oxit và ni tơ đioxi t 138

8.5.3 Xác đ ịnh h à m lượng lưu huỳnh đioxit 139

8.5.4 Xác đ ịnh c o bằng p h ư ơ n g p h á p sắc k í 140

8.5.5 Xác đ ịnh ozon 141

8.5.6 P h ư ơ n g p h á p i n đ o p h e n o l xác đ ị nh h à m lượng amoniac 142

C h ư ơ n g 9. P h â n t í c h đ ấ t 145

9.1 P h â n t í ch m ộ t số t í n h chất lí hóa học cơ b ả n của đ ấ t 145

9.1.1 T h à n h p h ầ n cơ giói đ ấ t 145

9.1.2 Xác đ ịnh dung t rọng của đ ấ t 162

9.1.3 Xác đ ịnh chất h ữ u cơ t rong đ ấ t 164

9.1.4 Độ chua v à cách xác đ ịnh độ chua của đ ấ t 167

9.1.5 Xác đ ịnh dung t ích trao đ ổ i cation của đ ấ t 173

9.2 Xác đ ịnh mộ t số k i m l o ạ i nặng t rong đ ấ t 175

9.2.1 P h ư ơ n g p h á p p h â n h ủ y m ẫ u t r u y ề n thống 176

9.2.2 P h ư ơ n g p h á p p h â n h ủ y m ẫ u bằng kỹ t h u ậ t v i sóng 179

9.2.3 C h u ẩ n bị m ẫ u thực v ậ t để xác đ ịnh h à m lượng các k i m l o ạ i nặng . 182

9.2.4 M ộ t số v í d ụ v ề giói h ạ n p h á t h i ệ n của các p h ư ơ n g p h á p p h â n t í ch công cụ t rong p h â n t ích các k i m l o ạ i n ặ n g 184

9.2.5 Xác đ ị nh chì t rong đ ấ t 185

9.2.6 Xác đ ịnh t h ủ y n g â n t rong đất . . . 187

9.2.7 Xác đ ịnh dạng di động của mộ t số n g u y ê n t ố 189

9.3 Sử dụng p h ư ơ n g p h á p quang phổ hấp t h ụ n g u y ê n t ử để xác đ ịnh các k i m l o ạ i n ặ n g 203

P h ụ l ụ c 205

T à i l i ệ u t h a m k h ả o 215

iv

D a n h m ụ c b ả n g

Bảng 1.1. Anh hưởng của hưống từ nguồn đối với sự tích lũy của ion kim loại trong mẫu.. 3

Bảng 3.1. Các kính lọc sử dụng cho các dung dịch màu 17

Bảng 3.2. Nhiệt độ của một số ngọn lửa thường dùng 19

Bảng 4.1. Sử dụng một số điện cực chọn lọc ion trong phân tích môi trường 36

Bảng 5.1. Các chất chiết rú t pha rắn 59

Bảng 5.2. Tính phân cực của pha tĩnh GC thường dùng 62

Bảng 5.3. Áp dụng các phương pháp sắc kí lon trong phân tích môi trường 70

Bảng 5.4. Mộ t số dung môi rửa giải thông thường trong sắc kí ion 72

Bảng 6.1. Yêu cầu của chất điều chỉnh BFB cho phân tích chất hữu cơ dễ bay hơi 82

Bảng 6.2. Yêu cầu của chất điều chỉnh DFTPP cho phân tích chất hữu cơ bán bay hơi.... 82

Bảng 8.1. Phân loại gió 121

Bảng 8.2. Thành phần của không khí khô, sạch ỏ độ cao của mặt nước biên 124

Bảng 8.3. Sự biến động hàm lượng c o trong không khí ở đường giao thông theo thời gian 127

Bảng 8.4. Hàm lượng các chất ô nhiễm gây sương mù quang hóa 132

Bảng 9.1. Phân loại những nguyên tố cơ học của đất (theo Katrinski) 145

Bảng 9.2. Xác định thành phân cơ giới theo phương pháp ngoài đồng ruộng 147

Bảng 9.3. Lượng NaOH I N dùng cho các loại đất khác nhau 149

Bảng 9.4. Tỉ trọng thể rắn của một số nhóm đất chính ở Việt Nam 150

Bảng 9.5. Phân loại đất theo thành phần cơ giới của Katrinski 155

Bảng 9.6. Độ sâu (em) lấy mẫu cấp hạt phụ thuộc vào nhiệt độ 158

Bảng 9.7. Tốc độ l i tâm, thời gian quay và nhiệt độ để xác định

cấp hạt sét mịn < 0,2 (im 160

Bảng 9.8. Biểu mẫu ghi và tính kết quả dung trọng của đất 163

Bảng 9.9. Mộ t số ví dụ so sánh giữa phương pháp phá mẫu vi sóng và phương pháp truyền thống 181

V

D a n h m ụ c h ì n h

Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống cân bằng và tác động qua l ạ i giữa chúng trong hệ nưóc tự nhiên 5

Hình 2.1. Đường cong phân bố chuẩn 7

Hình 2.2. Đồ thị kiểm tra độ chính xác 14

Hình 3.1. Vùng quang phổ hấp thụ 17

Hình 3.2. Đường chuẩn trong phương pháp xác định photpho 18

Hình 3.3. Quan hệ giữa cường độ phát xạ và nồng độ nguyên tố 20

Hình 3.4. Sơ đồ nguyên tắc của một máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử 23

Hình 4.1. Sơ đồ nguyên tắc của cực chọn lọc ion (CLI) 28

Hình 4.2. Sự phụ thuộc thê của mạch đo khi dùng điện cực màng K + vào giá trị pK + 28

Hình 4.3. Sự phụ thuộc của thê của mạch đo khi dùng điện cực màng nitrat vào giá trị pNOg 32

Hình 4.4. Điện cực với màng khí thấm qua 33

Hình 4.5. Điện cực vối khoảng trống khí 33

Hình 4.6. Điện cực bạc clorua 35

Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lý máy cực phổ 37

Hình 4.8. Sóng cực phổ 37

Hình 4.9. Phương pháp xác định chiều cao của sóng 40

Hình 4.10. Các đường cực phổ cổ điển (a) và cực phổ hỗn hống (b) của Pb 2 + trong nền KCNS 42

Hình 4.11. Đường Von - Ampe hòa tan của một số kim loại trong nền K>C0 3 0,1M 43

Hình 5.1. Sự tách sắc kí và sắc đồ 50

Hình 5.2. Sắc đồ của một chất 51

Hình 5.3. Sờ đồ máy sắc kí lỏng hiệu năng cao 53

Hình 5.4. Sơ đồ máy sắc kí khí 55

Hình 5.5. Sắc đồ của hỗn hợp chứa các chất cần phân tích A và B 57

Hình 5.6. Sơ đồ sắc kí ion có cột ức chế và phát hiện bằng độ dẫn 73

Hình 6.1. Sơ đồ phân loại các chất ô nhiễm hữu cơ dựa vào kỹ thuậ t chiết rút mẫu 80

VI

Hình 7.1. Dụng cụ xác định asen 105

Hình 8.1. Ống lấy mẫu khí 119

Hình 8.2. Thiết bị đo gió k iểu hình chén 121

Hình 8.3. Thiết bị đo gió k iểu cối xay 121

Hình 8.4. Địa bàn từ t ính 122

Hình 8.5. Sơ đồ nhiệt k ế 123

Hình 8.6. Sơ đồ ẩm k ế 123

Hình-8.7. Thiết bị va đập 125

Hình 8.8. Sơ đồ phát hiện c o 127

Hình 8.9. Dụng cụ lấy mẫu C0 2 128

Hình 8.10. Giá trị trung bình của so , tai một điểm quan trắc trong 3 tuần 130

Hình 8.11. Sơ đồ phá t hiện S0 2 131

Hình 9.1. Dụng cụ pipet để lấy mẫu khi xác định thành phần cơ giới 151

Hình 9.2. Phương pháp đồ thị biểu diễn thành phần cơ giói đất theo độ sâu phẫu diện đất 154

Hình 9.3. Phương pháp h ình tròn biếu diễn thành phần cơ giói đất 154

Hình 9.4. Thành phần cơ giói phân loại theo hình tam giác đều 162

Hình 9.5. Dụng cụ lấy mẫu đất để xác định dung trọng 163

Hình 9.6. Phương pháp chia tư để lấy mẫu 177

Hình 9.7. Phá mẫu theo phương pháp truyền thống 179

Hình 9.8. Phá mẫu theo phương pháp vi sóng 179

Hình 9.9. Dụng cụ thiêu kế t mẫu khi xác đinh Hg trong đất 188

v i i

L ờ i n ó i đ ầ u

N g à y nay, các v ấ n đ ề môi t rường đã t rỏ t h à n h m ố i quan t â m của n h â n loạ i . N h i ề u nơi t r ê n t h ế giói v à ở V i ệ t N a m môi t rường đ a n g bị suy t hoá i , t à i n g u y ê n t h i ê n n h i ê n trở n ê n cạn k i ệ t , h ệ s inh t h á i m ấ t cân bằng, chất lượng cuộc sống suy g iảm. M ộ t t rong những n g u y ê n n h â n c h í n h là do h à n h v i , n h ậ n thức và t h á i độ của con ngườ i đố i v ố i môi t rường sống của m ì n h còn h ạ n chế. Trong l u ậ t bảo vệ môi t rường (1993) đã chỉ rõ: "Nhà nước có trách nhiệm tô chức thực hiện việc giáo dục, đào tạo, nghiên cứu khoa học và công nghệ, phổ biến kiến thức khoa học và pháp luật bảo vệ môi trường". Giáo dục môi t rường ở t ấ t cả các cấp học đã trở n ê n vô cùng quan t rọng t rong thờ i kỳ công nghiệp hoa và h i ệ n đ ạ i hoa đ ấ t nưốc.

Nghị đ ịnh số 1363 /QĐ-TTg n g à y 17 t h á n g 10 n ă m 2001 đã p h ê duyệ t đề á n và

n ê u ra 5 hoạt động cụ t h ể , t rong đó hoạ t động số Ì là xây dựng chương t r ì n h , giáo t r ì n h ,

b à i g iảng v ề giáo dục bảo vệ môi t rường cho các bậc học, cấp học và các t r ì n h độ đào tạo.

Thực h i ệ n chủ t r ư ơ n g t r ê n , Bộ Giáo dục và Đào tạo đã tổ chức b i ê n soạn cuốn sách

"Khoa học môi trường" x u ấ t b ả n n ă m 2001, l à m t à i l i ệ u học t ậ p và t ham khảo cho các

t r ư ờ n g Đ ạ i học và Cao đẳng .

Đ ể thực h i ệ n t i ế p việc xây dựng chương t r ì n h , giáo t r ì n h c h ú n g tôi t i ế n h à n h b iên

soạn cuốn sách "Một sô phương pháp phân tích môi trường".

N ộ i dung cuốn s á c h gồm 2 p h ầ n ch ính :

Phần 1: Giới t h i ệ u cơ sở của mộ t số p h ư ơ n g p h á p p h â n t ích p h ổ b i ế n t r ê n t h ế giói

d ù n g t rong p h â n t í ch môi t rường , đó là các p h ư ơ n g p h á p t r ắc quang, quang p h ổ hấp t h ụ

n g u y ê n tử , các p h ư ơ n g p h á p p h â n t ích đ iện hóa , p h ư ơ n g p h á p cực phổ , các p h ư ơ n g

p h á p sắc kí , k h ố i phổ , k ế t hợp sắc k í k h í - k h ố i phổ đế p h â n t ích các chất ô n h i ễ m

t h ư ờ n g gặp t rong môi t r ư ờ n g n h ư k i m l oạ i nặng, hóa chất bảo vệ thực vậ t . . . Đồng thòi

cũng giới t h i ệ u mộ t số p h ư ơ n g p h á p d ù n g để đ á n h giá k ế t q u ả của các số l i ệ u p h â n t ích.

P h ầ n 2: Giớ i t h i ệ u p h ư ơ n g p h á p l ấ y mẫu , bảo quản m ẫ u và p h ư ơ n g p h á p p h â n

t ích mộ t số chỉ t i ê u quan t r ọ n g t rong các t h à n h phần môi t rường: đ ấ t , nưốc, k h ô n g kh í .

M ỗ i p h ư ơ n g p h á p p h â n t í ch được t r ì n h b à y theo t r ì n h tự: n g u y ê n lí p h ư ơ n g p h á p , t r ì n h

t ự p h â n t ích, t í n h t o á n đ á n h giá k ế t quả p h â n t ích.

Cuốn sách : " M ộ t số p h ư ơ n g p h á p p h â n t ích môi t rường" là mộ t g iáo t r ì n h t rong

chương t r ì n h đ à o t ạo cử n h â n khoa học môi t rường, t r ang bị cho sinh v iên những k i ế n

thức thực h à n h v ề p h â n t ích môi t rường. Sách còn là t à i l i ệ u t ham khảo cho những n h à

ix