Xác định Cyanua trong nước mặt

I. Khái Niệm chung Cyanua (Xyanua)

Xyanua là một hợp chất hoá học có chứa nhóm xyano (C≡N), bao gồm một nguyên tử các-bon liên kết ba với một nguyên tử ni-tơ. Tiếp xúc với một lượng lớn cyanide có thể gây tổn thương cho não và tim mạch, nếu tiếp xúc ở liều lượng thấp có thể gây những hậu quả như khó thở, đau tim, nôn mửa, thay đổi máu, đau đầu, làm rộng tuyến giáp.
Tất cả các vùng nước chứa xyanua này đều nguy hiểm cho động vật hoang dã, đặc biệt là chim nước và dơi di cư, nếu không được quản lý đúng cách. Cá nước ngọt là nhóm sinh vật thủy sinh nhạy cảm nhất với xyanua được thử nghiệm, với tỷ lệ tử vong cao được ghi nhận ở nồng độ xyanua tự do > 20 µg/L và tác dụng phụ đối với bơi lội và sinh sản ở mức > 5 µg/L.

II. Xác định Cyanua trong nước mặt – theo SMEWW 4500-CN^–.C&E:2017

Quá trình chuẩn bị

CN^– trong chưng cất kiềm từ quá trình xử lý sơ bộ được chuyển thành CNCl bởi phản ứng với chloramine-T ở pH<8 mà không thủy phân đến CNO^– (Thận trọng-CNCl là một khí độc, tránh hít phải). Sau khi phản ứng hoàn toàn, CNCl tạo màu đỏ-xanh khi thêm vào thuốc thử axit pyridine-barbituric Độ hấp thu màu tối đa trong dung dịch là từ 575 đến 582nm.
Phân tích ngay trong vòng 15 phút. Nếu không phân tích ngay thì phải giữ mẫu ở dưới 4⁰C trong tối, nhưng không để mẫu đông lạnh, thêm NaOH để pH mẫu lớn hơn 12. Phải cẩn thận khi trình bày các kết quả thu được từ những mẫu đã lưu giữ quá 24h không nên thêm gì vào mẫu khi lưu giữ.

Hóa chất, chất chuẩn

Dung dịch hấp thu NaOH: Hòa tan 40g NaOH trong nước và pha loãng thành 1 lít với nước cất.
Dung dịch magie chloride: Hòa tan 510g MgCl₂.6H₂O trong nước và pha loãng thành 1000ml với nước cất.
Acid sulfuric 1:1 (v:v): thêm từ từ 100 ml acid sulfuric đậm đặc vào 100 ml nước cất.
PbCO₃ rắn
Acid sulfamic: NH₂SO₃H
Dung dịch Chloramine-T: Hòa tan 1,0g trong 100mL nước, chuẩn bị hàng tuần và bảo quản trong tủ lạnh.
Dung dịch cyanua gốc 1000mg/L: hòa tan hoàn toàn xấp xỉ 1,6g NaOH và 2,51g KCN trong 1L nước cất. (Thận trọng- KCN là có độc tính cao, tránh tiếp xúc hoặc hít phải). Chuẩn lại bằng dung dịch bạc nitrat (AgNO₃). Kiểm tra độ chuẩn hàng tuần vì độ bền dung dịch dần dần mất đi.
Thuốc thử axit pyridine-barturic: Cho 15g axit barbituric vào bình định mức 250mL và thêm đủ nước để rửa mặt bình và làm ướt axit barbituric.Thêm 75mL pyridine và trộn đều. Thêm 15mL axit clohydric (HCl), trộn đều, và làm nguội đến nhiệt độ phòng. Pha loãng đến vạch và trộn đến khi axit barbituric được hòa tan. Dung dịch được ổn định khoảng 6 tháng nếu bảo quản trong chai hổ phách trong tủ lạnh. Hủy bỏ nếu kết tủa phát triển.
Đệm axeat: Hòa tan 410g NaC₂H₃O₂.3H₂O trong 500mL nước. Thêm axit axetic băng để điều chỉnh pH đến 4,5, khoảng 500mL.
Dung dịch pha loãng Natri hydroxit: Hòa tan 1,6g NaOH trong 1L nước cất

Dụng cụ, thiết bị

Hệ thống chưng cất xyanua với bình chưng cất 1L kết nối với hệ thống hoàn lưu
Ống hấp thụ
Máy quang phổ UV-VIS
Cân phân tích
Bếp đun bình cầu 1 L
Các dụng cụ thủy tinh cơ bản trong phòng thí nghiệm

Quy trình chưng cất mẫu

Thêm 500 ml mẫu chứa không quá 10 mgCN^–/L (pha loãng nếu cần bằng nước cất) vào bình đun sôi. Thêm 10 ml dung dịch NaOH 1:1 vào bình hấp thu. Khi có S^2- xuất hiện, thêm 50 hoặc hơn lượng bột PbCO₃ vào dung dịch hấp thụ để kết tủa S^2-. Nối các thiết bị với nhau. Điều chỉnh tốc độ hút sao cho khoảng 0.3 L/phút vào bình đun sôi, để tốc độ hồi lưu ở 1 đến 2 giọt/giây. Quan sát thanh lọc không khí trong bộ phận hấp thu, nơi mực chất lỏng được nâng lên không quá 6.5-10 mm. Duy trì tốc độ này trong suốt quá trình phản ứng.
Thêm 2g axit sulfamic qua ống dẫn khí vào và rửa bằng nước cất.
Thêm 50 ml H₂SO₄ 1:1 qua ống dẫn khí vào. Rửa ống bằng nước cất và để trong không khí trong 3 phút.
Thêm 20 ml thuốc thử MgCl₂ thông qua đường khí vào và rửa xuống bằng nước cất. Kết tủa có thể hình thành khi đun nóng.
Gia nhiệt với sự sôi nhanh, nhưng không làm ngập đầu vào bình ngưng hoặc cho phép hơi nước tăng thêm vào bình ngưng. Đun sôi ít nhất ít nhất 1 giờ. Dừng gia nhiệt nhưng tiếp tục dòng khí thêm 15 phút. Để nguội và định mức lên 250 ml bằng nước cất. Trộn đều và lọc bỏ kết tủa.

Quy trình phân tích
- Lập đường chuẩn

Chuẩn bị dung dịch chuẩn như sau:

STT	1	2	3	4	5
Dung dịch chuẩn 0,5 mg/L	1	5	10	15	20
NaOH pha loãng	Thêm để đủ 40 ml
Nồng độ	0,01	0,05	0,10	0,15	0,20

Thêm 1 ml axetat đệm và 2 mL dung dịch chloramin-T, đậy nút và trộn bằng cách đảo ngược hai lần. Để yên chính xác 2 phút.
Thêm 5 ml thuốc thử axit pyridin-barbituric, pha loãng đến vạch bằng nước cất, trộn kỹ lưỡng, và để yên chính xác 8 phút. Đo độ hấp thụ đối với nước cất ở 578 nm với cuvet 1 cm. Vẽ giản đồ A = f(C), dùng phương pháp bình phương cực tiểu để lập phương trình A = aC + b.
- Phân tích mẫu
Dùng pipet hút chính xác 25 ml mẫu đã xử lý ở quy trình chưng cất mẫu 8.2 vào bình định mức 50 ml và thêm để đủ 40 ml dung dịch NaOH pha loãng.
Thêm 1 ml axetat đệm và 2 mL dung dịch chloramin-T, đậy nút và trộn bằng cách đảo ngược hai lần. Để yên chính xác 2 phút.
Thêm 5 ml thuốc thử axit pyridin-barbituric, pha loãng đến vạch bằng nước cất, trộn kỹ lưỡng, và để yên chính xác 8 phút. Đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 578 nm với cuvet 1 cm.

Tính toán kết quả

Trong đó:

C: Nồng độ xyanua trong mẫu (mg/L)
Abs : độ hấp thu đo được của mẫu từ máy UV-VIS
b,a: hệ số phương trình hồi quy tuyến tính
F : hệ số pha loãng (nếu có)

Kiểm soát chất lượng

Thực hiện kiểm soát chất đối với mẫu như sau:
- Mẫu trắng phòng thí nghiệm(LB: Laboratory Blank)
Phân tích ít nhất một mẫu trắng trong mỗi lần thực hiện phân tích. Đánh giá kết quả dựa vào giới hạn 0 ± 0,003 mg/L.
Nếu mẫu trắng ngoài giới hạn kiểm soát, kiểm tra xem dụng cụ, hoá chất, chất chuẩn có bị nhiễm bẩn không. Nếu bị nhiễm bẩn, làm sạch dụng cụ thủy tinh bằng H₂SO₄loãng. Kiểm tra chất lượng nguồn nước của phòng thí nghiệm. Sử dụng hóa chất và chất chuẩn mới nếu thấy cần thiết.
- Mẫu kiểm soát chất chất lượng (QCS: Quality Control Sample)
Phân tích ít nhất một mẫu QCS nồng độ 0,02 mg/L trong mỗi lần thực hiện phân tích. Đánh giá kết quả dựa vào biểu đồ kiểm soát chất lượng
Dung dịch QCS nồng độ 0,02 mg/L được chuẩn bị từ dung dịch làm việc QCS 0,5 mg/L.
Nếu mẫu QCS nằm ngoài giới hạn kiểm soát, kiểm tra xem dụng cụ, hoá chất, chất chuẩn có bị nhiễm bẩn không. Nếu bị nhiễm bẩn, làm sạch dụng cụ thủy tinh bằng H₂SO₄loãng. Kiểm tra chất lượng nguồn nước của phòng thí nghiệm. Sử dụng hóa chất và chất chuẩn mới nếu thấy cần thiết.
- Mẫu lặp (LD: Laboratory Duplicate)
Phân tích ít nhất 01 mẫu lặp sau khi phân tích 20 mẫu hoặc một mẻ mẫu.
Mẫu lặp phải được lấy cùng từ một chai chứa mẫu;
Phân tích mẫu LD1 và mẫu lặp LD2;
Tính toán sự khác nhau của mẫu lặp bằng phương trình:

Trong đó:

RPD = phần trăm sai khác

LD1 = mẫu lặp PTN, lặp lần thứ nhất

LD2 = mẫu lặp PTN, lặp lần thứ hai

Đánh giá sự khác nhau của mẫu lặp theo giới hạn RPD ± 20%.
Nếu % sai khác của mẫu lặp trong giới hạn, không có yêu cầu thêm nữa.
Nếu % sai khác của mẫu lặp nằm ngoài giới hạn RPD ± 20%, cán bộ phân tích phải báo với trưởng nhóm phân tích và trưởng nhóm phân tích phải báo cáo với quản lý chất lượng PTN về dữ liệu cuối cùng.
Trong trường hợp % sai khác của mẫu lặp ngoài giới hạn và kết quả mẫu gần với giới hạn phát hiện, việc tính toán sự khác nhau tuyệt đối như sau: ∆ = (LD1 – LD2)

Trong đó:

∆ = Sự khác nhau tuyệt đối

LD1 = mẫu lặp PTN, lặp lần thứ nhất

LD2 = mẫu lặp PTN, lặp lần thứ hai

Đánh giá sự khác nhau của mẫu lặp theo giới hạn 0 ± 0,003 mg/L.
Nếu ∆ nằm ngoài giới hạn 0 ± 0,003 mg/L, kết quả vẫn được báo cáo nhưng cán bộ phân tích có trách nhiệm thông báo với trưởng nhóm phân tích và ghi lại những nhận xét trong “Biên bản thử nghiệm/Hồ sơ phân tích gốc”.
- Mẫu thêm chuẩn (MS: Matrix Spike)
Phân tích 01 mẫu thêm chuẩn độ thêm là 0,02 mg/L sau khi phân tích 20 mẫu hoặc một mẻ mẫu.
Chuẩn bị mẫu thêm chuẩn nồng độ thêm là 0,02 mg/L: cho mẫu nền vào bình định mức 500ml nhưng không cho đến vạch. Thêm 1ml chuẩn có nồng độ 10 mg/L và định mức tới vạch bằng mẫu. (Lưu ý: Mẫu môi trường phải được điều chỉnh pH về môi trường trung tính trước khi thêm chuẩn hoặc phân tích)
Tính toán độ thu hồi theo phương trình