PDF Giáo trình hóa phân tích môi trường, Nguyễn Văn Sức

Giáo trình hóa phân tích môi trường, Nguyễn Văn Sức

 

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU
MỤC LỤC
Chương 1: CƠ SỞ CỦA HÓA PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG
3
5
17
1.1. GIỚI THIỆU 17
1.2. SỰ VẬN CHUYỂN CỦA CHẤT Ô NHIỄM TRONG HỆ
THỐNG MÔI TRƯỜNG VÀ SỰ TIẾP CẬN ĐỂ PHÂN TÍCH
NỒNG ĐỘ CHẤT Ô NHIỄM
18
1.2.1. Sự vận chuyển và biến đổi các chất ô nhiễm hữu cơ 18
1.2.2. Sự vận chuyển của ion kim loại 19
1.3. CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA TRONG HÓA
HỌC PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG
21
1.4. CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH TRONG MÔI TRƯỜNG 22
1.4.1. Các phương pháp phân tích 22
1.4.2. Các bước cơ bản trong phân tích môi trường 23
1.4.3. Thu mẫu phân tích 26
1.4.3.1. Thu mẫu nước 26
1.4.3.2. Thu mẫu rắn 28
1.4.3.3. Thu mẫu không khí 28
1.4.4. Chuẩn bị mẫu để phân tích 29
1.4.5. Phân tích mẫu lặp 30
1.4.6. Định chuẩn tín hiệu phân tích 30
1.5. CÁC DỤNG CỤ CƠ BẢN SỬ DỤNG TRONG HÓA
PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG
31
1.6. NỒNG ĐỘ HÓA HỌC 35
1.6.1. Nồng độ phần trăm 35
1.6.2. Nồng độ mol/L (M) 35
1.6.3. Nồng độ molan 36
5
1.6.4. Nồng độ phần mol (X) 36
1.6.5. Nồng độ đương lượng gam (N) 37
1.6.6. Nồng độ ppm và ppb 37
1.6.7. Các đơn vị sử dụng cho nồng độ chất khí 37
1.7. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH 39
1.7.1. Điều chế dung dịch dự trữ 39
1.7.2. Điều chế dung dịch bằng cách pha loãng 39
CÂU HỎI LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP 41
Chương 2: CÂN BẰNG HÓA HỌC 43
2.1. GIỚI THIỆU 43
2.2. CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC 43
2.2.1. Biểu diễn định lượng của một hệ cân bằng 44
2.2.2. Cân bằng và nhiệt động học 45
2.2.2.1. Enthalpy 45
2.2.2.2. Entropy 46
2.2.2.3. Năng lượng tự do Gibbs 47
2.2.2.4. Nguyên lý Le Chatellier 48
2.2.3. Các hệ cân bằng thường gặp trong hóa phân tích môi trường 49
2.2.3.1. Hằng số phân ly của nước, KW 49
2.2.3.2. Cân bằng axit-baz 51
2.2.3.3. Cân bằng của độ tan 53
2.2.3.4. Cân bằng tạo phức 54
2.2.3.5. Cân bằng oxy hóa-khử 55
2.2.3.6. Cân bằng từng bậc 56
2.2.4. Tính nồng độ cân bằng 58
2.3. PHÂN BỐ CỦA CHẤT TAN GIỮA HAI PHA KHÔNG
TRỘN LẪN
62
2.3.1. Định luật phân bố Nernst 62
2.3.2. Tỷ lệ phân bố 62
6
2.3.3. Hiệu suất chiết 63
CÂU HỎI LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP 64
Chương 3: XỬ LÝ SỐ LIỆU PHÂN TÍCH 67
3.1. CHỮ SỐ CÓ NGHĨA 67
3.2. SAI SỐ TRONG PHÂN TÍCH 68
3.2.1. Xác định sai số 68
3.2.2. Biểu diễn kết quả phân tích và sai số 70
3.2.2.1. Sai số tuyệt đối 70
3.2.2.2. Sai số tương đối 71
3.3. ĐỘ LỆCH CHUẨN 71
3.4. SỰ MỞ RỘNG SAI SỐ 74
3.4.1. Cộng và trừ 74
3.4.2. Nhân và chia 74
3.4.3. Hàm mũ 75
3.4.4. Logarit 76
3.5. GIỚI HẠN XÁC ĐỊNH 76
3.6. KIỂM TRA CÓ NGHĨA 78
3.6.1. Kiểm tra F 78
3.6.2. Kiểm tra student t 80
3.6.3. Loại bỏ kết quả 84
3.7. BÌNH PHƯƠNG TỐI THIỂU TUYẾN TÍNH 85
3.8. HỆ SỐ TƯƠNG QUAN 87
CÂU HỎI LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP 88
Chương 4: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRỌNG LƯỢNG 91
4.1. GIỚI THIỆU 91
4.2. HỆ SỐ TỶ LƯỢNG CỦA PHẢN ỨNG KẾT TỦA 92
4.3. TÍNH TOÁN TRONG PHÂN TÍCH TRỌNG LƯỢNG 93
7
4.4. TÍNH CHẤT CỦA KẾT TỦA 94
4.4.1. Kích thước hạt và khả năng lọc 94
4.4.2. Quá trình tạo nhân 95
4.4.3. Quá trình phát triển hạt 95
4.5. KẾT TỦA DẠNG KEO 96
4.5.1.Giai đoạn kết tủa 97
4.5.2. Xử lý kết tủa keo 97
4.5.3. Kết tủa tinh thể 98
4.6. ĐỒNG KẾT TỦA 98
4.6.1. Hấp phụ bề mặt 98
4.6.2.Tạo thành tinh thể trộn lẫn 98
4.6.3. Bám dính và bẫy cơ học 99
4.7. LÀM KHÔ KẾT TỦA 99
4.8. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
KẾT TỦA
100
4.9. PHÂN TÍCH TRỌNG LƯỢNG BẰNG KỸ THUẬT ĐỐT
CHÁY
100
4.10. CÁC TÁC NHÂN KẾT TỦA VÔ CƠ VÀ HỮU CƠ SỬ
DỤNG TRONG PHÂN TÍCH TRỌNG LƯỢNG
102
4.11. ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRỌNG
LƯỢNG TRONG MÔI TRƯỜNG
103
CÂU HỎI LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP 105
Chương 5: CHUẨN ĐỘ 107
5.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ 107
5.1.1. Điểm tương đương 108
5.1.2. Điểm cuối 108
5.1.3. Chất chỉ thị 108
5.1.4. Đường cong chuẩn độ 109
5.1.5. Các chất chuẩn trong chuẩn độ 109
5.1.5.1. Chất chuẩn sơ cấp 109
8
5.1.5.2. Chất chuẩn thứ cấp 110
5.1.6. Biểu diễn nồng độ trong chuẩn độ 110
5.1.6.1. Nồng độ phân tử gam (molarity) 110
5.1.6.2. Nồng độ phân tử gam phân tích 110
5.1.6.3. Nồng độ cân bằng hoặc nồng độ các cấu tử 111
5.1.6.4.Tính toán với nồng độ phân tử 111
5.1.6.5. Tính chuẩn độ với nồng độ đượng lượng 113
5.1.6.6. Một số các đơn vị khác được biểu diễn trong kết quả phân tích 113
5.1.7. Độ chuẩn 115
5.2. CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA 115
5.2.1. Giới thiệu 115
5.2.2. Đường cong chuẩn chuẩn độ kết tủa 116
5.2.2.1. Trước khi bắt đầu chuẩn độ 116
5.2.2.2. Trước điểm tương đương 116
5.2.2.3. Điểm tương đương 118
5.2.2.4. Sau điểm tương đương 119
5.2.2.5. Xác định điểm cuối 120
5.2.2.5.1. Phương pháp xác định bằng chuẩn độ điện thế 120
5.2.2.5.2. Các phương pháp hóa học xác định điểm cuối
trong chuẩn độ kết tủa
121
5.2.2.5.2.1. Phương pháp Mohr 121
5.2.2.5.2.2. Phương pháp Volhard 122
5.2.2.5.2.3. Phương pháp Fajans 123
5.2.2.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến điểm cuối hấp phụ 124
5.2.2.7. Ứng dụng phân tích định lượng của chuẩn độ kết tủa 125
5.3. CHUẨN ĐỘ AXIT-BAZ 126
5.3.1. Các chất chuẩn trong chuẩn độ axit-baz 126
5.3.2. Dung dịch chuẩn HCl 127
5.3.3. Dung dịch đệm 128
5.3.3.1. Một số phương pháp điều chế dung dịch đệm 129
9
5.3.3.2. Ảnh hưởng của axít và baz khi thêm vào dung dịch đệm 132
5.3.3.3. Dung tích đệm 134
5.3.4. Đường cong chuẩn độ axit-baz 135
5.3.4.1. Chuẩn độ axit mạnh với baz mạnh 136
5.3.4.2. Chuẩn độ axit yếu hoặc baz yếu 141
5.3.4.3. Các chất chỉ thị sử dụng trong chuẩn độ axit-baz 146
5.3.5. Chuẩn độ axit-baz phức tạp 147
5.3.5.1. Đường cong chuẩn độ 149
5.3.5.2. Chuẩn độ hỗn hợp HCO3
-/CO3
2- 154
5.3.6. Tính sai số trong chuẩn độ axit-baz 155
5.3.7. Ứng dụng phương pháp chuẩn độ axit-baz trong môi trường
nước
156
5.4. CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC 161
5.4.1. Một số khái niệm về phức chất 161
5.4.2. Giới thiệu về EDTA 164
5.4.2.1. Ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức của EDTA 165
5.4.2.2. Hằng số tạo phức EDTA - kim loại 165
5.4.2.3. Hằng số tạo thành điều kiện kim loại - EDTA 166
5.4.2.4. EDTA cạnh tranh với các phối tử tạo phức khác 169
5.4.3. Đường cong chuẩn độ EDTA 170
5.4.4. Chất chỉ thị cho chuẩn độ EDTA 175
5.4.5. Các kỹ thuật chuẩn độ EDTA 176
5.4.6. Áp dụng chuẩn độ phức chất trong môi trường 177
5.5. CHUẨN ĐỘ OXY HÓA - KHỬ 178
5.5.1. Lý thuyết xác định điểm tương đương trong chuẩn độ oxy
hóa - khử
178
5.5.2. Xây dựng đường cong chuẩn độ oxy hóa - khử 181
5.5.3. Một số tác nhân oxy hóa sử dụng để oxy hóa chất phân tích 183
5.5.4. Dung dịch chuẩn trong chuẩn độ oxy hóa - khử 184
5.5.5. Các chất chỉ thị sử dụng trong chuẩn độ oxy hóa - khử 186
10
5.5.5.1. Chất chỉ thị chung 186
5.5.5.2. Chất chỉ thị riêng biệt 188
5.5.6. Ứng dụng chuẩn độ oxy hóa khử trong phân tích môi trường 188
CÂU HỎI LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP 190
Chương 6: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA 195
6.1. PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ 195
6.2. ĐIỆN THẾ VÀ NỒNG ĐỘ - PHƯƠNG TRÌNH NERST 196
6.3. CÁC ĐIỆN CỰC SO SÁNH 196
6.3.1. Điện cực hydro 196
6.3.2. Điện cực calomel 197
6.3.3. Điện cực Ag/AgCl 198
6.4. CÁC ĐIỆN CỰC CHỈ THỊ KIM LOẠI 199
6.4. 1. Điện cực chỉ thị loại 1 199
6.4.2. Điện cực loại 2 199
6.5. ĐIỆN CỰC MÀNG 200
6.5.1. Màng chọn lọc ion 201
6.5.2. Điện cực chọn lọc ion thủy tinh 201
6.6. ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN THẾ 202
6.6.1. Phân tích định lượng sử dụng chuẩn ngoài 202
6.6.2. Phân tích định lượng bằng cách sử dụng phương pháp thêm
chuẩn
204
6.7. PHƯƠNG PHÁP CỰC PHỔ 205
6.7.1. Hoạt động của điện cực giọt thủy ngân (DME) 206
6.7.2. Dòng khuếch tán 207
6.7.3. Thế bán sóng 207
6.7.4. Phương pháp volta hòa tan 208
6.8. ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA TRONG
PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG
209
11
6.8.1. Đo pH 209
6.8.2. Đo độ dẫn điện 210
6.8.3. Đo oxy hòa tan (DO) 211
6.8.4. Phân tích vết kim loại nặng trong các đối tượng môi trường 212
CÂU HỎI LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP 212
Chương 7: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ 215
7.1. QUÁ TRÌNH HẤP THỤ BỨC XẠ 215
7.1.1. Sự hấp thụ nguyên tử 215
7.1.2. Sự hấp thụ phân tử 216
7.1.3. Quang phổ 216
7.1.4. Phổ UV/Vis đối với phân tử và ion 217
7.2. ĐỊNH LUẬT LAMBERT-BEER 218
7.3. XÁC ĐỊNH ĐỘ HẤP THỤ RIÊNG 220
7.4. ĐO ĐỘ HẤP THỤ 221
7.5. CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA CÁC QUANG PHỔ KẾ 222
7.5.1. Nguồn năng lượng 222
7.5.2. Lựa chọn bước sóng 222
7.5.3. Đầu đo (detector) 224
7.6. QUANG PHỔ UV/VIS 224
7.7. ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG 226
7.8. QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI 230
7.9. QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ 231
7.9.1. Nguyên tử hóa bằng ngọn lửa 232
7.9.2. Nguyên tử hóa nhiệt điện 233
7.9.3. Phương pháp nguyên tử hóa hỗn hợp 234
7.9.4. Ứng dụng của AAS 234
7.10. QUANG PHỔ PHÁT XẠ 235
7.10.1. Thiết bị quang phổ phát xạ 236
12
7.10.2. Ứng dụng quang phổ phát xạ 237
7.11. QUANG PHỔ DỰA TRÊN SỰ TÁN XẠ 238
7.11.1. Nguồn gốc tán xạ 239
7.11.2. Độ đục 239
7.11.3. Xác định nồng độ bằng phương pháp đo độ đục 239
CÂU HỎI LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP 241
Chương 8: TÁCH PHÂN TÍCH CÁC CHẤT Ô NHIỄM
TRONG MÔI TRƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
245
8.1. GIỚI THIỆU 245
8.2. ĐẠI CƯƠNG LÝ THUYẾT SẮC KÝ CỘT 245
8.3. SẮC KÝ ION 248
8.3.1. Nguyên tắc của tách sắc ký ion 249
8.3.2. Các loại pha tĩnh 249
8.4. SẮC KÝ LỎNG CAO ÁP 253
8.5. SẮC KÝ KHÍ 255
8.5.1. Cột và các pha tĩnh 256
8.5.2. Áp dụng sắc ký khí 257
TÀI LIỆU THAM KHẢO 259