Khóa luận Xác định tổng hàm lượng sắt trong một số mẫu nước sinh hoạt ở thành phố Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA HÓA HỌC NGÀNH PHÂN TÍCH ---------- XÁC ĐỊNH TỔNG HÀM LƯỢNG SẮT TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC SINH HOẠT Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC K.33 GVHD : Th.S HỒ THỊ BÍCH NGỌC SVTH : HOÀNG MINH ĐỨC Đà Lạt, năm 2013 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn toàn thể các Thầy Cô khoa Hóa Học – Trường Đại học Đà Lạt đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian bốn năm Đại học vừa qua. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới Cô Hồ Thị Bích Ngọc đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, động viên, tận tình và truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thị Như Mai, Thầy Nguyễn Hải Hà đã đọc, góp ý kiến và phản biện cho khóa luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn lớp HHK33 và các bạn có quan tâm đã động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận này. Cuối cùng, con xin tỏ lòng biết ơn Cha, Mẹ và những người thân đã động viên và tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt để con hoàn thành khóa luận này. Đà Lạt, tháng 5 năm 2013 Sinh viên Hoàng Minh Đức LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Những kết quả và số liệu trong khóa luận này chưa được ai công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này. Đà Lạt, tháng 5 năm 2013 Sinh viên Hoàng Minh Đức MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU............................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .....................................................................................3 I.1. KHÁI QUÁT VỀ NƯỚC ................................................................................3 I.1.1. Phân loại nguồn nước..................................................................................3 I.1.1.1. Phân loại nước theo đặc điểm phân bố trên bề mặt Trái Đất ...............3 I.1.1.2. Phân loại nước theo nguyên tắc và mục đích sử dụng .........................3 I.1.2. Thành phần và tính chất của nước ..............................................................4 I.1.2.1. Thành phần của nước............................................................................4 I.1.2.2. Tính chất của nước ...............................................................................4 I.1.3. Vai trò của nước đối với đời sống con người .............................................5 I.1.4. Vấn đề ô nhiễm nguồn nước .......................................................................6 I.1.5. Ô nhiễm môi trường nước tại thành phố Hồ Chí Minh ..............................7 I.1.5.1. Đặc điểm của hệ thống kênh rạch, cấp thoát nước, nước thải thành phố Hồ Chí Minh ..............................................................................................7 I.1.5.2. Ô nhiễm do nước thải sinh hoạt và dịch vụ ..........................................8 I.5.1.3. Ô nhiễm do các hoạt động nông nghiệp ...............................................8 I.5.1.4. Ô nhiễm do nước thải công nghiệp.......................................................9 I.5.1.5. Hệ thống xử lý và thu gom rác thải ở Thành phố Hồ Chí Minh ..........9 I.2. SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT..................................................................10 I.2.1. Sắt..............................................................................................................10 I.2.1.1. Tính chất lý học ..................................................................................10 I.2.1.2. Tính chất hóa học ...............................................................................11 I.2.1.3. Trạng thái tự nhiên..............................................................................12 I.2.2. Các hợp chất của sắt..................................................................................12 I.2.2.1. Hợp chất của Fe(II).............................................................................12 I.2.2.2. Hợp chất của sắt (III) ..........................................................................14 I.2.3. Vai trò của sắt ...........................................................................................15 I.2.3.1. Đối với cơ thể con người ....................................................................15 I.2.3.2. Đối với cây trồng và chăn nuôi...........................................................16 I.2.3.3. Đối với công nghiệp ...........................................................................17 I.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮT .................................................18 I.3.1. Phương pháp phân tích định tính sắt (III) .................................................18 I.3.1.1. Phản ứng với K4[Fe(CN)6] .................................................................18 I.3.1.2. Phản ứng với thioxianat......................................................................18 I.3.2. Phương pháp phân tích định lượng sắt (III)..............................................18 I.3.2.1. Phương pháp phân tích hóa học..........................................................18 I.3.2.2. Phương pháp phân tích hóa lí .............................................................20 I.4. GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG SO MÀU ...............22 I.4.1. Định luật cơ bản về hấp thụ quang (định luật Bouguer – Lambert – Beer)............22 I.4.2. Điều kiện áp dụng định luật ......................................................................22 I.4.3. Các tiêu chuẩn của phức chất dùng trong phương pháp trắc quang so màu .23 I.4.4. Các phương pháp xác định nồng độ..........................................................23 I.4.5. Ưu điểm của phương pháp trắc quang: .....................................................24 I.5. GIỚI THIỆU AXIT SUNFOSALIXILIC ...................................................24 I.6. XỬ LÝ THỐNG KÊ CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH.................................25 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM ............................................................................26 II.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT .........................................................26 II.1.1. Thiết bị, dụng cụ ......................................................................................26 II.1.2. Hóa chất ...................................................................................................26 II.1.3. Chuẩn bị các dung dịch............................................................................26 II.2. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN XÁC ĐỊNH SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG SO MÀU .......................................................................27 II.2.1. Khảo sát bước sóng hấp thụ cực đại ........................................................27 II.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung dịch NH3 5% ..............................29 II.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung dịch axit sunfosalixilic 10% .............30 II.2.4. Khảo sát thời gian ổn định màu và bền màu ...........................................32 II.2.5. Khảo sát khoảng tuyến tính tuân theo định luật hấp thụ Bouger – Lambert – Beer ...................................................................................................33 II.2.6. Khảo sát ảnh hưởng của nguyên tố cản ...................................................35 II.2.6.1. Khảo sát ảnh hưởng của Cu(II) .........................................................35 II.2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của Mn(II) ........................................................37 II.2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của Al(III) ........................................................38 II.2.7. Dựng đường chuẩn trên nền nguyên tố cản.............................................40 II.2.8. Sai số tương đối của phương pháp trắc quang so màu Fe(III) với thuốc thử axit sunfosalixilic trong môi trường NH3.....................................................42 II.3. ÁP DỤNG CÁC KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐỂ XÁC ĐỊNH TỔNG HÀM LƯỢNG SẮT TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC SINH HOẠT Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH...........................................................................................43 II.3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu nước..............................................................43 II.3.1.1. Lấy mẫu nước....................................................................................43 II.3.1.2. Bảo quản mẫu nước...........................................................................43 II.3.2. Thời gian và địa điểm lấy mẫu ................................................................44 II.3.3. Xác định tổng hàm lượng sắt trong một số mẫu nước ở thành phố Hồ Chí Minh ...................................................................................................................45 KẾT LUẬN ..............................................................................................................49 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................50 DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào bước sóng λ........................................28 Bảng 2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch NH3 5%. ...............29 Bảng 3: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch axit sunfosalixilic 10%............................................................................................................................31 Bảng 4: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thời gian t. ..........................................32 Bảng 5: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào nồng độ dung dịch Fe(III)..................34 Bảng 6: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch Cu(II) 50μg/mL....36 Bảng 7: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch Mn(II) 50μg/mL...37 Bảng 8: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch Al(III) 1mg/mL. ...39 Bảng 9: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào nồng độ dung dịch Fe(III)..................41 Bảng 10: Các giá trị độ hấp thụ của mẫu giả............................................................42 Bảng 11: Các mẫu nước phân tích............................................................................44 Bảng 12: Bảng số liệu thực nghiệm:.........................................................................46 Bảng 13: Bảng kết quả xác định tổng hàm lượng sắt trong một số mẫu nước ở thành phố Hồ Chí Minh. .....................................................................................................47 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào bước sóng λ..............28 Hình 2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch NH3 5%..............................................................................................................................30 Hình 3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch axit sunfosalixilic 10%.....................................................................................................31 Hình 4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thời gian t. ................33 Hình 5: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào nồng độ dung dịch Fe(III). .......................................................................................................................35 Hình 6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch Cu(II) 50μg/mL. ........................................................................................................36 Hình 7: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch Mn(II) 50μg/mL. .......................................................................................................38 Hình 8: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch Al(III) 1mg/mL. ........................................................................................................39 Hình 9: Đường chuẩn trắc quang Fe(III)..................................................................41 Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 1 LỜI MỞ ĐẦU Nước là nguồn sống của sự sống, cần thiết không những đối với con người mà còn đối với tất cả các sinh vật. Con người có thể không ăn trong nhiều ngày mà vẫn sống nhưng sẽ không thể sống nổi chỉ sau ít ngày nhịn khát. Tuy nhiên do quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa và thâm canh trong nông nghiệp đã làm ảnh hưởng xấu đến tài nguyên nước, gây ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường sinh thái cũng như sức khỏe của con người. Trong số những nguyên nhân gây ô nhiễm thì sự ô nhiễm kim loại nặng là rất nguy hiểm, trong đó sắt góp phần đáng kể vào tác động trực tiếp đến chất lượng nước. Hàm lượng sắt trong nước nhiều sẽ làm cho nước có mùi, có màu ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe con người và vật nuôi, gây ra những bệnh như: tim mạch, tiểu đường, rối loạn sinh lí, rối loạn chức năng gan… Tuy nhiên, con người khi thiếu sắt thường hay đau đầu, chóng mặt, da xanh xao và khô, đổ mồ hôi, rụng tóc… Ngày nay, nhu cầu sử dụng nước sạch trong sinh hoạt của người dân ở nước ta hiện nay là rất lớn, đặc biệt là ở thành phố Hồ Chí Minh, ngoài nhu cầu sử dụng nước sạch trong sinh hoạt của các hộ dân, nhu cầu tiêu thụ nước ở các văn phòng công sở, trung tâm thương mại, trường học, bệnh viện… cũng cần một lượng nước sạch không nhỏ. Như vậy cùng với sự phát triển rất nhanh của nền kinh tế - công nghiệp ở thành phố Hồ Chí Minh, nhu cầu sử dụng nước sạch của thành phố không ngừng gia tăng. Tuy nhiên, môi trường nước ở thành phố Hồ Chí Minh hiện nay đã đến mức độ không chỉ báo động mà phải nói là nguy hiểm hơn mức báo động. Sự ô nhiễm đang hàng ngày, hàng giờ góp phần tác động làm suy giảm sức khỏe, chất lượng cuộc sống cư dân thành phố. Vì vậy, phân tích hàm lượng sắt trong nước là điều cần thiết để tạo cơ sở cho việc đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước và có phương án khắc phục, xử lý, cải tạo nguồn nước một cách hiệu quả. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 2 Từ những lý do trên nên chúng tôi chọn đề tài: “Xác định tổng hàm lượng sắt trong một số mẫu nước sinh hoạt ở thành phố Hồ Chí Minh”. Trong bài khóa luận tốt nghiệp, nhiệm vụ cơ bản của đề tài này đặt ra là: - Xây dựng quy trình phân tích sắt đơn giản, dễ áp dụng trong hầu hết các phòng thí nghiệm phân tích với độ đúng và độ chính xác cao. - Áp dụng quy trình phân tích trên để xác định tổng hàm lượng sắt trong một số mẫu nước sinh hoạt ở thành phố Hồ Chí Minh. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1. KHÁI QUÁT VỀ NƯỚC [1], [3], [4], [5], [14]: Nước là hợp chất hóa học của oxi và hidro, có công thức hóa học là H2O. Nước rất quan trọng trong khoa học và đời sống, là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá trên toàn thế giới. 70% diện tích của Trái Đất được che phủ bởi nước nhưng chỉ có 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống. I.1.1. Phân loại nguồn nước: Nước là nguồn tài nguyên rất cần thiết cho sự sống trên Trái đất. Nước tồn tại trong khắp sinh quyển như trong đất, trong các lưu vực, trong không khí và trong tất cả các cơ thể sống. I.1.1.1. Phân loại nước theo đặc điểm phân bố trên bề mặt Trái Đất: Dựa vào sự phân bố nước trên trái đất mà người ta phân loại nguồn nước như sau: - Nguồn nước dưới đất: Nguồn nước dưới đất bao gồm: nước thổ nhưỡng (nước trong tầng đất canh tác), nước ngầm và nước trong các túi nước tầng sâu (thường là nước khoáng). Theo vị trí tầng chứa nước và áp suất của nó, nước dưới đất được chia thành: + Nước không áp trong đới không khí (nước thượng tầng). + Nước ngầm có mặt thoáng tự do, áp suất thay đổi (tầng nước bị chặn phía dưới, phía trên không bị phủ tầng đất cách nước). + Nước ngầm mạch sâu giữa các vĩa có áp (tầng nước bị chặn hai phía bởi các lớp đất cách nước). - Nguồn nước mặt lục địa: + Nước băng tuyết. + Nước hồ và đầm lầy. + Nước sông suối. + Nước biển và đại dương. I.1.1.2. Phân loại nước theo nguyên tắc và mục đích sử dụng: Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, người ta phân loại nước như sau: - Nước sinh hoạt. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 4 - Nước sử dụng cho nông nghiệp. - Nước sử dụng trong kĩ thuật. - Nước sử dụng cho các hoạt động vui chơi giải trí… I.1.2. Thành phần và tính chất của nước: I.1.2.1. Thành phần của nước: Nước là một hợp chất hóa học có thành phần rất đa dạng và phức tạp. Sự phân bố các chất hòa tan và thành phần khác trong nước quyết định bản chất của nước: - Nước ngọt, nước mặn, nước lợ. - Nước giàu hoặc nghèo dinh dưỡng. - Nước cứng hoặc nước mềm. - Nước bị ô nhiễm nặng hoặc nhẹ. Các chất hòa tan trong nước gồm: - Các khí hòa tan trong nước. - Các vi sinh vật hòa tan trong nước. - Các hợp chất hữu cơ hòa tan: trong nước có chứa nhiều chất hữu cơ do sự phân hủy của xác thực vật, động vật, do nước ngấm qua đất, hòa tan các chất hữu cơ có trong đất. - Các muối vô cơ hòa tan: đây là thành phần quan trọng nhất của các hợp chất hòa tan có trong tự nhiên, có hàm lượng từ 30mg/l đến 500mg/l, gồm các muối của ion kim loại kiềm K+, Na+…; kiềm thổ Ca2+, Mg2+… và các nguyên tố vi lượng như sắt, đồng, chì… Trong đó sắt là một nguyên tố có hàm lượng đáng kể và gây ra nhiều ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước đang được sử dụng hiện nay. I.1.2.2. Tính chất của nước: - Về mặt lí tính: Nước là chất có khả năng tồn tại ở cả ba dạng: rắn, lỏng và khí. Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực hoặc có tính ion như axit, rượu và muối đều dễ tan trong nước. Tính hòa tan của nước đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xảy ra trong dung dịch nước. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 5 Nước tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua. - Về mặt hóa học: Nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axit hay bazơ. Ở pH = 7 (trung tính) hàm lượng các ion OH− cân bằng với hàm lượng của H3O+. Khi phản ứng với một axit mạnh hơn, ví dụ như với HCl, nước phản ứng như một bazơ: HCl + H2O H3O+ + Cl− Với amoniac, nước lại phản ứng như một axit: NH3 + H2O NH4+ + OH− Ngoài ra, nước còn tham gia trực tiếp vào các phản ứng hóa học, trong đó có hai phản ứng quan trọng nhất là phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ. I.1.3. Vai trò của nước đối với đời sống con người: Nước là một tài nguyên vô cùng quan trọng đối với mỗi quốc gia, là thành phần không thể thiếu đối với mỗi sinh vật. Nước đồng nghĩa với cuộc sống của sinh vật, cần thiết không những đối với con người, động vật mà cả đối với cây cỏ, chiếm một tỷ lệ lớn trong cơ thể sống. Trong cơ thể con người, nước là chất lỏng chiếm 60% đến 70% thể trọng của cơ thể; nước phân bố khắp nơi trong cơ thể như máu, cơ bắp, não bộ, phổi, xương khớp… Con người có thể không ăn trong vài tháng, nhưng thiếu nước trong hai ba ngày là có nguy cơ tử vong, việc thường xuyên thiếu nước làm giảm sút tinh thần, khả năng tập trung kém. Nước tham gia vào việc hình thành các dịch tiêu hóa, giúp con người hấp thụ chất dinh dưỡng, cũng như tạo thành các chất lỏng trong cơ thể, thúc đẩy quá trình trao đổi chất. Nước giúp duy trì nhiệt độ trung bình của cơ thể, giúp cơ thể hấp thụ, chuyên chở chất dinh dưỡng và ôxy nuôi tất cả các tế bào, giúp chuyển hóa thực phẩm ra năng lượng cần thiết cho các chức năng của cơ thể. Nước giúp bảo vệ các khớp xương, tránh viêm sưng, đau nhức vì nước là chất nhờn làm cho khớp cử động trơn tru, làm ẩm không khí để sự hô hấp dễ dàng, tránh dị ứng, ho khan, phòng chống được sự đóng