QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG FLOURIDE

QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG FLOURIDE BẰNG PHƯƠNG PHÁP SPANDS (SMEWW 4500-F^–. B & D:2017)

1. Tổng quan về mẫu nước ăn uống

• Khái niệm nước ăn uống

Nước ăn uống là nước được dùng cho các mục đích ăn uống, chế biến thực phẩm do các cơ sở cung cấp nước cung cấp, bảo đảm chất lượng theo các quy chuẩn kỹ thuật do Bộ y tế ban hành.

Chỉ tiêu kiểm nghiệm nước ăn uống theo QCVN 01-1:2018/ BYT do Cục Y tế dự phòng và Môi trường biên soạn và được Bộ trưởng Bộ y tế ban hành theo Thông tư số 41/2018/TT-BYT ngày 14 tháng 12 năm 2018.

• Giới hạn các chỉ tiêu chất lượng trong nước ăn uống

Tham khảo file …

Ngoài các chỉ tiêu trên, trong nước ăn uống còn có các hợp chất hữu cơ, hóa chất bảo vệ thực vật, hóa chất khử trùng và sản phẩm phụ, mức nhiễm xạ và vi sinh vật.

2. Tổng quan về Fluoride

Khái niệm Fluoride

• Fluoride là một anion hóa vô cơ, đơn phân tử của fluo với công thức hóa học F^–. Fluoride là anion đơn giản nhất của fluo.
• Muối của nó thường có màu trắng hoặc không màu.
• Nó tồn tại ở dạng vi lượng trong các vùng nước trong tự nhiên.
• Tất cả thảm thực vật đều chứa một số fluoride, được hấp thụ từ đất và nước.

Tác động của Fluoride đến thiên nhiên và cơ thể người

• Fluoride gây ra sự phá hủy diện rộng mùa màng. Nó chủ yếu được tập trung bởi thực vật ở dạng khí (HF) qua khí khổng của lá, hòa tan vào pha nước và hấp thu vào lá. Các triệu chứng thương tổn chung là sự gây vàng đỉnh, mép lá và gây cháy lá. Nó cũng làm giảm sự sinh trưởng phát triển của thực vật và sự nảy mầm của hạt.
• Hàm lượng fluo cao gây ngộ độc đối với con người. Liều lượng gây tử vong cho người 0.5g/ kg thể trọng. Fluo chủ yếu được tích lũy ở các khớp cổ, đầu gối, xương chậy và xương vai, gây sự khó khăn khi di chuyển hoặc đi bộ. Các triệu chứng của xương nhiễm fluo tương tự như cột sống dính khớp hoặc viêm khớp, xương sống bị dính lại với nhau và cuối cùng nạn nhân có thể bị tê liệt.
• Nó thậm chí có thể dẫn đến ung thư và cuối cùng là cột sống lớn, khớp lớn, cơ bắp và hệ thần kinh bị tổn hạu như: thoái hóa sợi cơ, nồng độ hemoglobin thấp, dị dạng hồng cầu, nhức đầu, phát ban da, thần kinh căng thẳng, trầm cảm, các vấn đề về tiêu hóa và đường tiết niệu, ngứa ran ở ngón tay và ngón chân, giảm khả năng miễn dịch, xảy tha, phá hủy các enzyme.

3. Phương pháp SPANDS

• Khái niệm SPANDS

SPANDS có công thức hóa học C₁₆H₉N₂Na₃O₁₁S₃ (Hình 2.2) có khối lượng phân tử bằng 570.4 đVC, là thuốc thử chính không thể thiếu trong phương pháp này.

Hình 2.2 Công thức hóa học SPANDS

• Phạm vi áp dụng

Phương pháp SPANDS sử dụng phương pháp trắc quang (UV – Vis) để xác định nồng độ fluoride trong nước sạch (nước sinh hoạt, nước uống), nước thải và nước thô (nước ngầm, nước mặt, nước biển).

• Nguyên tắc

Phương pháp SPANDS dựa trên phản ứng giữa ion Fluoride và thuốc thử Zircon màu đỏ. Fluoride phản ứng với thuốc thử tạo thành một phức chất không màu (ZrF₆^2-), khi hàm lượng ion Fluoride tăng lên, thì làm giảm màu của thuốc thử.

4. Tổng quan về trắc quang (UV – Vis)

• Khái niệm trắc quang

Trắc quang là tên gọi chung của các phương pháp phân tích quang học dựa trên sự tương tác chọn lọc giữa chất cần xác định với năng lượng bức xạ thuộc vùng tử ngoại, khả kiến hoặc hồng ngoại.

• Nguyên tắc của phương pháp trắc quang

– Là dựa vào lượng ánh sáng đã bị hấp thu bởi chất hấp thu để tính hàm lượng của chất hấp thụ.

– Trong phương pháp trắc quang – phương pháp hấp thu quang học, chúng ta thường sử dụng vùng phổ UV – Vis có bước sóng từ 200 – 800nm.

– Phân loại các phương pháp

– Phương pháp hấp thu quang: dựa trên việc đo cường độ dòng ánh sáng bị chất màu hấp thu chọn lọc.

– Phương pháp phát quang: dựa trên việc đo cường độ dòng ánh sáng phát ra bởi chất phát quang khi ta chiếu một dòng ánh sáng vào chất phát quang.

– Phương pháp đo độ đục: dựa trên việc đo cường độ dòng ánh sáng bị hấp thu hoặc bị khuếch tán bởi hệ keo được điều chế từ chất cần phân tích

• Nguyên lý hoạt động

Trong thiết bị UV – Vis, khi có chùm tia sáng đi qua bộ tán sắc ánh sáng sẽ cho ra nhiều ánh sáng màu khác nhau, các tia sáng màu sẽ chiếu qua mẫu, tia sáng màu nào đi xuyên qua được mẫu tới buồng chiếu sẽ được hấp thụ bởi đầu dò và phản hồi kết quả mà nó đo được (Hình 2.3)

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của thiết bị UV-Vis

5. Hệ thống UV – 2650 UV-VIS Scanning Spectrophotometer With 8 Auto Cell Holder (Hình 2.4)

Model: UV – 2650

Hãng sản xuất: Labomed – USA

• Ưu điểm
• Chức năng quét phổ đa năng
• Hoạt động hoàn toàn tự động
• Năm phương thức đo lường cơ bản: WL Quét (A, T, E), trắc quang đo lường (WL cố định đo lường, A, T), Quantitation (Nồng độ đo, A, C), Thời gian Quét (động học đo lường, A, T), Thời gian thực đo lường (A, T, C, E);
• Các chức năng phổ biến: Lưu phổ, Spectrum Load, Peak-Valley Pick, Derivative Spectrum, lưu dữ liệu in tại Intervals, tính toán, Cursor locating, Spectrum Zooming, AT Chuyển đổi, in hình ảnh phổ
• Các chức năng xử lỹ dữ liệu: lưu dữ liệu, tìm kiếm dữ liệu, xóa dữ liệu và in ấn dữ liệu, vv
• Tham số có thể được lưu trong một thời gian dài sau khi tắt thiết bị
• Khoảng phổ và dữ liệu có thể lưu giữ lại khi xảy ra mất điện đột ngột;
• Khoảng phổ và dữ liệu có thể được gửi đến máy tính thông qua giao diện RS-232.
• Thông số kỹ thuật
• Khoảng phổ: 190 – 1100nm
• Độ rộng phổ: 2nm.
• Độ chính xác bước sóng: ± 0.5nm
• Độ lặp bước sóng: 0.2nm
• Độ chính xác trắc quang: ± 0.5% T (0 ~ 100% T)

                                                    ± 0.002A (0 ~ 0.5A)

                                                    ± 0.004A (0.5A ~ 1A)

• Độ lặp trắc quang: 0.2% T
• Chế độ làm việc: T, A, (-0.3-3A), C, E
• Ánh sáng: ≤ 0.1% T (Nai, 220nm; NaNO₂, 340nm)
• Độ phẳng: đường nền: ± 0.002A
• Độ ổn định: ≤ 0.002A / h (tại 500nm, sau khi nóng lên up)
• Tiếng ồn: ± 0.001A (tại 500nm, sau khi nóng lên up)
• Detector: Silicon Photo – Diode
• Màn hình hiển thị LCD
• Power: AC: 220V/50Hz, 110V/60Hz, 140W (tự động)
• Kích thước: 530 x 410 x 210mm
• Trọng lượng: 18 kg

QUY TRÌNH PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG FLOURIDE TRÊN NỀN MẪU NƯỚC ĂN UỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SPANDS (SMEWW 4500-F^–. B & D:2017)

1. NGUYÊN TẮC, THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ CHUẨN BỊ HÓA CHẤT

• Phạm vi áp dụng

Phương pháp SPANDS sử dụng phương pháp trắc quang để xác định nồng độ florua trong nước sạch (nước sinh hoạt, nước uống), nước thải và nước thô (nước ngầm, nước mặt, nước biển).

Khoảng nồng độ tuyến tính của phương pháp từ 0 – 1,4 mg FL^-1 và có thể kéo dài khoảng xác định trên bằng cách pha loãng mẫu.

Bất cứ các chất gây nhiễu có hàm lượng đủ lớn để gây sai số 0,1 mgL^-1 hoặc mẫu có màu, mẫu đục cần tiến hành chưng cất mẫu trước khi xác định. Mặt khác nếu các chất cản nhiễm không đủ gây sai số có thể pha loãng mẫu hoặc xác định trực tiếp trên mẫu mà không cần chưng cất.

• Nguyên tắc

Phương pháp chưng cất (dùng cho mẫu đục, nhiều cặn) có thể tách florua khỏi hầu hết các nền mẫu bằng cách sử dụng 1 acid mạnh ở nhiệt độ thích hợp (180^oC) để chuyển đổi fluoride thành acid hydrofluoric hoặc acid fluohydric (sử dụng hạt thủy tinh) sẽ phân tách và thu được trong quá trình bay hơi. Chưng cất tạo ra 1 thể tích mẫu bằng với thể tích mẫu ban đầu nên không cần tính đến hệ số pha loãng khi biểu thị kết quả phân tích. Mẫu sau chưng cất được sử dụng trực tiếp để phân tích theo các bước tiếp theo của phương pháp so màu.

Phương pháp SPANDS dựa trên phản ứng giữa ion Fluoride và thuốc thử Zircon màu đỏ. Fluoride phản ứng với thuốc thử tạo thành một phức chất không màu (ZrF₆^2-), khi hàm lượng ion Fluoride tăng lên, thì làm giảm màu của thuốc thử.

Tốc độ phản ứng giữa ion Fluoride và thuốc thử Zircon bị ảnh hưởng bởi tính acid của hỗn hợp phản ứng. Nếu tỷ lệ acid trong thuốc thử tăng lên, phản ứng có thể xảy ra tức thời.

• Hóa chất
• Nước cất 2 lần
• Dung dịch SPANDS: Hòa tan 958 mg SPANDS, (sodium – 2 – (parsulfophenylazo) -1, 8 dihydroxy – 3, 6 – napthalenedisulfonat) hay còn gọi 4, 5 – dihydroxy – 3 – (parasulfophenylazo) – 2, 7 – naphthalenedisulfonic acid trisodium salt trong bình định mức 500 mL. Dung dịch này bền trong vòng một năm nếu tránh ánh nắng trực tiếp.
• Dung dịch thuốc thử Zirconyl acid: Hòa tan 133 mg Zirconyl chloride octahydrate (ZnOCl₂.8H₂O) trong 25 mL nước cất. Thêm 350 mL HCl đậm đặc, pha loãng đến 500 mL bằng nước cất.
• Dung dịch thuốc thử SPANDS – Ziconyl: Lấy 500 mL dung dịch SPANDS trộn với 500 mL dung dịch acid zirconyl. Bảo quản trong bình tối màu bền ít nhất 2 năm.
• Dung dịch so sánh (mẫu Blank): Hút 10 mL dung dịch SPANDS vào 100 mL nước cất. Pha loãng 7 mL HCl đặc thành 10 mL và thêm vào dung dịch SPANDS đã pha loãng. Dung dịch này bền trong vòng 1 năm. Dung dịch chuẩn có nồng độ 0 mg FL^-1.
• Dung dịch Natri asenit 0,04 M: Hòa tan 5,0 g NaAsO₂ và định mức bằng nước cất thành 1 L. Chú ý: dung dịch độc tránh nuốt phải.
• Dung dịch chuẩn Fluoride 100 mgL^-1: Cân 0,2210 g NaF khan và pha trong nước cất và định mức đến vạch 1000 mL. Hoặc hút 10 mL dung dịch chuẩn Fluoride (ρF- = 1000 mgL^-1) vào bình định mức dung tích 100 mL và pha loãng với nước tới vạch mức.
• Dung dịch chuẩn Fluoride làm việc 10 mgL^-1: Dùng pipet chuyển 10 mL dung dịch Fluoride chuẩn sang bình định mức dung tích 100 mL và pha loãng với nước tới vạch mức. Chuẩn bị dung dịch này khi dùng và loại bỏ sau khi sử dụng.
• Acid sunfuric (H₂SO₄) đậm đặc
• Bạc sunfat (Ag₂SO₄) rắn
• Thiết bị

– Hạt thủy tinh

– Máy UV-Vis: đo được ở bước sóng 570 nm.

– Cuvet thạch anh: chiều dài 40mm.

– Dụng cụ thủy tinh: Bình định mức 50ml; ống đong, pipet các loại

• QUY TRÌNH TIẾN HÀNH

Bảo quản mẫu

Mẫu được ưu tiên đựng trong chai polyetylen hoặc chai thủy tinh sạch và được tráng lại bằng 1 phần mẫu thử.

Mẫu phải được phân tích càng sớm càng tốt hoặc bảo quản mẫu ở nhiệt độ từ 2 – 5^oC. Đưa mẫu về nhiệt độ phòng trước khi phân tích.

Chuẩn bị mẫu

Nếu mẫu có độ kiềm cao trung hòa mẫu bằng acide clohydric hoặc acid nitric. Nếu mẫu có chứa clo dư, loại bỏ bằng cách thêm 1 giọt (0.05 mL) dung dịch NaAsO₂ /0,1 mg clo dư và trộn đều.

Thể tích phần mẫu thử lớn nhất là 50 mL tương ứng với nồng độ Florua từ 0 – 1,4 mgL^-1. Sử dụng thể tích mẫu nhỏ hơn để xác định Florua có nồng độ cao hơn.

Đối với bài báo cáo này do sử dụng nước ăn uống là nước trong không cặn không vẩn đục nên sẽ không sử dụng quy trình chưng cất mẫu.

Chuẩn bị mẫu đường chuẩn

• Sử dụng bình định mức 50 mL
• Chuẩn bị dãy dung dịch hiệu chuẩn và xác định Fluoride theo trình tự bảng phía dưới:

Bảng 3.1: Bảng nồng độ đường chuẩn cần dựng

• Cách tiến hành

Hình 3.1: Quy trình phân tích mẫu

• Công thức tính

Nồng độ Florua tính theo miligam/lít, được xác định theo công thức:

Trong đó:

Abs: độ hấp thu của mẫu.

A, B: hệ số hồi quy tuyến tính y = A + Bx.

f: hệ số pha loãng