Tài liệu Nghiên cứu phân tích tổng hàm lượng photpho trong một số loại đất trồng rau và trồng cây ăn quả trên địa bàn thành phố đà nẵng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ uv vis

1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Môi trường có ảnh hưởng lớn tới sự sống, sự phát triển của từng cá nhân và toàn bộ cộng đồng con người. Môi trường sống không chỉ là không gian sống của con người và các loài sinh vật, mà còn là nơi cung cấp tài nguyên cần thiết cho cuộc sống và hoạt động sản xuất, và là nơi chứa đựng các chất phế thải do con người tạo ra trong cuộc sống và hoạt động sản xuất của mình. Môi trường sống ngoài khả năng đáp ứng được những chức năng đó, còn phải đáp ứng được yêu cầu về mỹ quan. Khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ, cuộc sống càng văn minh, quá trình đô thị hoá phát triển càng nhanh, dẫn đến diện tích đất nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp dần. Vấn đề lương thực trở thành vấn đề cấp bách ở nhiều nước nghèo trên thế giới, kể cả nước ta. Vấn đề đặt ra ở đây là làm thế nào để cung cấp đủ lương thực cho người dân với diện tích đất nông nghiệp càng ngày càng bị thu hẹp dần và thoái hoá đi. Một biện pháp tối ưu mà các nhà khoa học đã đề ra, đó là tăng năng suất cây trồng, cải thiện chất lượng đất canh tác. Trong đó các nhà khoa học chú trọng đến việc bổ sung hàm lượng các nguyên tố vi lượng tốt cho cây trồng và thân thiện với môi trường đất. Bên cạnh nitơ, photpho cũng là một nguyên tố rất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. Photpho đóng vai trò quyết định sự biến đổi vật chất và năng lượng, cường độ các quá trình sinh trưởng phát triển của cơ thể thực vật và cuối cùng là năng suất của cây. Đối với các loại cây trồng lấy quả và hạt thì khi bị thiếu photpho sẽ cho năng suất kém, thậm chí còn có lượng axit cao. Đối với rau xanh, khi thiếu photpho thì lá có màu lục nhạt với các vệt ánh nâu sẫm hay đồng thau. Nếu sử dụng quá nhiều phân bón có chứa photpho thì sẽ dẫn đến ô nhiễm môi trường đất, gây hiện tượng phú dưỡng trong nước, ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt, mỹ quan và đời sống của con người và thực sinh vật. 2 Do đó, để đánh giá hàm lượng photpho tổng trong đất, chúng tôi đã chọn đề tài: " Nghiên cứu phân tích tổng hàm lượng photpho trong một số loại đất trồng rau và trồng cây ăn quả trên địa bàn thành phố Đà Nẵng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS” 2. Ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học của đề tài Kết quả thu được của đề tài nhằm góp phần hoàn thiện thêm các phương pháp phân tích photpho phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm hiện tại. Trên cơ sở đó áp dụng vào để phân tích một số mẫu đất trồng trồng rau và trồng cây ăn quả trên địa bàn thành phố Đà Nẵng, từ đó đánh giá hàm lượng photpho tổng của các mẫu đất ở các địa điểm lấy mẫu. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Photpho và dƣ lƣợng của nó trong môi trƣờng [9, 14, 15, 16, 17] 1.1.1. Giới thiệu về photpho Photpho là một nguyên tố khá phổ biến, nó chiếm khoảng 0,1% khối lượng vỏ Trái Đất. Do tính dễ oxy hóa nên khó gặp Photpho trong thiên nhiên ở trạng thái tự do. Photpho là nguyên tố ở ô thứ 15, nhóm VA, chu kì 3 trong bảng Hệ thống tuần hoàn Mendeleev. Cấu hình electron nguyên tử của photpho: 1s22s22p63s23p3. Do lớp ngoài cùng có 5 electron, nên trong các hợp chất, hoá trị của photpho có thể là 5. Ngoài ra, trong một số hợp chất, photpho còn có hoá trị 3. Photpho thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như sản xuất diêm, thuốc trừ sâu, luyện kim… 1.1.1.1. Tính chất vật lý Photpho trắng (hình 1.1) là chất rắn trong suốt, màu trắng hoặc hơi vàng, trông giống như sáp, có cấu trúc mạng lưới tinh thể phân tử. Trong tinh thể, những phân tử P4 nằm ở nút mạng và liên kết với nhau bằng lực Van de Van. Photpho trắng mềm, dễ nóng chảy (tnc0 = 44,10C), không tan trong nước, nhưng tan trong một số dung môi không phân cực như CS2, benzen ... Ở nhiệt độ thường, photpho trắng phát quang màu lục nhạt trong bóng tối. Khi đun nóng đến nhiệt độ 2500C và không có không khí, photpho trắng chuyển dần thành photpho đỏ là dạng bền hơn. Photpho đỏ (hình 1.2) là chất bột màu đỏ, bền trong không khí ở nhiệt độ thường và không phát quang trong bóng tối, không tan trong bất kỳ dung môi nào, chỉ bốc cháy ở nhiệt độ trên 2500C. Khi đun nóng không có không khí, photpho đỏ chuyển thành hơi, khi làm lạnh thì hơi đó ngưng tụ lại thành photpho trắng. 4 Photpho đỏ có cấu trúc polime nên khó nóng chảy, khó bay hơi hơn photpho trắng. Ngoài ra, photpho còn có một dạng thù hình nữa là photpho đen. Photpho đen (hình 1.3) là chất bán dẫn, nóng chảy ở gần 1000C dưới áp suất 18.000 atm. Photpho đen bền hơn photpho trắng và photpho đỏ. Hình 1.1. Hình 1.2. Hình 1.3. 1.1.1.2. Tính chất hoá học Photpho là phi kim tương đối hoạt động. Photpho trắng hoạt động hoá học mạnh hơn photpho đỏ và photpho đen. Khi tham gia phản ứng hoá học, photpho thể hiện cả tính oxy hoá và tính khử. Photpho thể hiện tính oxy hoá khi tác dụng với một số kim loại hoạt động tạo ra photphua kim loại. 2P + 3Ca → Ca3P2 canxi photphua Photpho thể hiện tính khử khi tác dụng với các phi kim hoạt động như oxi, halogel, lưu huỳnh... và các hợp chất có tính oxy hoá khác. Photpho cháy được trong không khí khi đốt nóng: Thiếu oxi: 4P+3O2 → 2P2O3 diphotpho trioxit Dư oxi: 4P+5O2 → 2P2O5 5 Photpho tác dụng dễ dàng với khí clo khi đốt nóng: Thiếu clo: 2P+3Cl2 → 2PCl3 photpho triclorua Dư clo: 2P+5Cl2 → 2PCl5 photpho pentaclo 1.1.1.3. Các dạng tồn tại của photpho Photpho được tìm thấy trong đất, đá, môi trường nước và trong cơ thể sinh vật. Qua quá trình phong hóa và khoáng hóa các hợp chất hữu cơ, photpho được giải phóng tạo thành muối của axit photphoric và được rễ cây hấp thụ. Phần lớn photpho đi theo chu trình nước vào đại dương và làm giàu cho nước mặn và là thức ăn cho sinh vật phù du, phân tán vào các chuỗi thức ăn. Photpho tồn tại trong nước chủ yếu dưới dạng photphat và được chia làm 3 loại: - Photphat hữu cơ, là dẫn xuất hữu cơ của axit photphoric như ADN, ARN (vật chất di truyền, photpholipit (cấu tạo nên màng tế bào). Trong nước tự nhiên nó thường tồn tại dưới dạng hợp chất lơ lửng, xác sinh vật chưa được phân hủy hoàn toàn. Tuy nhiên, chúng dần bị vi sinh vật chuyển về dạng vô cơ. - Polyphotphat: là dạng tụ hợp của ortophotphat, không bền và dễ dàng bị thủy phân để chuyển về ortophotphat. Polyphotphat tạo được phức với nhiều kim loại, có ứng dụng trong chống ăn mòn và xử lý nước... - Ortophotphat là dạng bền vững nhất của photphat trong tự nhiên, nó tạo thành từ quá trình phong hóa, bào mòn đất đá và được phóng thích dưới dạng ion photphat đi vào môi trường nước. Ortophotphat trong đất thường bị các keo giữ chặt, nhờ quá trình trao đổi ion xảy ra ở rễ, ortophotphat được cây hấp thụ như một dưỡng chất. Ngoài ra, ortophotphat trong nước cũng là nguồn thức ăn cho tảo. Bình thường, hàm lượng photphat trong nước không cao, nhưng các hoạt động của con người trực tiếp hoặc gián tiếp làm gia tăng hàm lượng photphat trong nước, như: + Nước thải sinh hoạt thường chứa một lượng lớn các chất tẩy rửa chứa polyphotphat. 6 + Rác thải sinh hoạt từ các hộ gia đình. + Nước thải từ các hoạt động chăn nuôi gia súc. + Rửa trôi từ phân bón trong sản xuất nông nghiệp vào nước. + Từ các chất xử lý nước có chứa hợp chất polyphotphat để loại bỏ sắt, khử độ cứng, chống ăn mòn... + Ngoài ra còn nhiều nguyên nhân khác như: hoạt động chặt phá rừng, cháy rừng, khai thác đất bừa bãi...dẫn đến xói mòn, rửa trôi đất. 1.1.1.4. Một số ứng dụng của photpho - Axit photphoric đậm đặc, có thể chứa tới 70% - 75% P2O5 rất quan trọng đối với ngành nông nghiệp do nó được dùng để sản xuất phân bón. - Các photphat được dùng trong sản xuất các loại thủy tinh đặc biệt được sử dụng trong các loại đèn hơi natri. - Tro xương, phophat canxi, được sử dụng trong sản xuất đồ sứ. - Tripolyphotphat natri được sản xuất từ axit photphoric được sử dụng trong bột giặt ở một số quốc gia. - Photphat trinatri được dùng trong các chất làm sạch để làm mềm nước và chống ăn mòn cho các đường ống, nồi hơi. - Photpho được sử dụng rộng rãi để sản xuất các chất làm dẻo, các chất làm chậm cháy, thuốc trừ sâu, các chất chiết và các chất xử lý nước. - Nguyên tố này cũng là thành phần quan trọng trong sản xuất thép, trong sản xuất đồng thau chứa photpho và trong nhiều sản phẩm liên quan khác. - Photpho trắng được sử dụng trong các ứng dụng quân sự như bom lửa, tạo ra các màn khói như trong các bình khói và bom khói và trong đạn lửa. - Photpho đỏ được sử dụng để sản xuất các vỏ bao diêm an toàn, pháo hoa và nhất là metamphetamin (C10H15N). - Photpho được dùng như là chất thêm vào cho các loại bán dẫn loại n. - Photpho P32 và photpho P33 được dùng như là các chất phát hiện dấu vết phóng xạ trong các phòng thí nghiệm hóa sinh học. 7 1.1.2. Nguồn gốc xuất hiện của photpho trong đất Photpho được đưa vào môi trường đất thông qua nhiều con đường: - Sử dụng phân bón hoá học. Ngày nay, để năng cao năng suất cây trồng và cải thiện chất lượng đất nông nghiệp, phân bón hoá học được sử dụng nhiều, trong đó có phân bón có chứa photpho. - Photpho cũng được đưa vào đất trong các xác chết của động thực vật. Các loại thực vật trong quá trình sống lấy photpho trong đất, thông qua chuỗi thức ăn đi vào cơ thể động vật. Các sinh vật này khi chết thì photpho trong xác của chúng lại trở về môi trường đất. Chu trình Photpho trong môi trường được trình bày trên hình 1.4. Hình 1.4. Chu trình của Photpho 1.1.3. Vai trò của photpho Photpho được hấp thụ bởi rễ cây chủ yếu dưới dạng ion của một trong hai H2PO4- hoặc HPO42-. Các loại ion bị hấp thụ chủ yếu phụ thuộc vào độ pH của đất. H2PO4- dễ dàng hấp thụ trong đất pH thấp trong khi HPO42- ưu tiên hấp thụ trong đất có pH cao. Mặc dù nó dễ dàng bị hấp thụ bởi cây trồng nhưng photpho 8 sẵn có trong dung dịch đất thường thấp vì nhiều phopho được gắn lên trong các hợp chất hòa tan kém. Độ pH tốt nhất cho sự hấp thu photpho là pH 6,5 đến 7,5. Photpho là một chất dinh dưỡng thiết yếu như là một phần của cấu trúc một số cây trồng chính và như một chất xúc tác trong việc chuyển đổi sinh hóa của nhiều phản ứng quan trọng ở thực vật. Photpho được lưu ý đặc biệt đối với vai trò của nó trong việc nắm bắt và chuyển đổi năng lượng mặt trời thành các hợp chất thực vật hữu ích. Photpho là một thành phần quan trọng của ADN, các đơn vị di truyền "bộ nhớ" của tất cả các sinh vật sống. Nó cũng là một thành phần của ARN, các hợp chất mà đọc mã ADN di truyền để xây dựng protein và các hợp chất khác cần thiết cho cơ cấu cây trồng, năng suất hạt giống, và di truyền chuyển nhượng. Photpho là một thành phần quan trọng của ATP, "đơn vị năng lượng" của cây trồng. ATP hình thành trong quá trình quang hợp, và các quá trình từ khi bắt đầu cây giống tăng trưởng thông qua sự hình thành của ngũ cốc và sự trưởng thành. Vì vậy photpho là một trong những yếu tố quan trong cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của tất cả các loại cây trồng. Sự có mặt của photpho trong đất đã góp phần làm gốc cây phát triển, thúc đẩy quá trình hình thành hoa và quả và cây trồng sinh trưởng đồng đều. Mặt khác, nó góp phần quan trọng trong việc tăng hàm lượng nitơ trong các loại cây họ đậu và tăng sức đề kháng cho cây trồng. Thiếu lượng photpho trong đất gây ra những khó khăn trong việc chuẩn đoán bệnh cho cây hơn so với thiếu hụt nitơ. Cây trồng không có biểu hiện rõ ràng như nitơ nên việc cải tạo đất lại cho các loại cây trồng này đã quá muộn. Khi cây đã trưởng thành, photpho chủ yếu sẽ cung cấp cho sự phát triển của quả và hạt. Thiếu photpho sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của hạt và giống cây trồng sau này. Lượng chất dinh dưỡng photpho cần được đưa vào cây trồng sẽ cao hơn so lượng nitơ và kali vào cuối vụ thu hoạch. Photpho là nguyên tố quan trọng trong mọi dạng hình sự sống đã biết. Photpho vô cơ trong dạng PO43- đóng một vai trò quan trọng trong các phân tử sinh học như ADN và ARN trong đó nó tạo thành một phần của phần cấu trúc cốt tủy của các phân tử này. Các tế bào sống cũng sử dụng photphat để vận chuyển năng lượng tế bào thông qua adenosin triphotphat (ATP). Gần như mọi tiến trình trong tế 9 bào có sử dụng năng lượng đều có nó trong dạng ATP. ATP cũng là quan trọng trong photphat hóa, một dạng điều chỉnh quan trọng trong các tế bào. Các photpholipit là thành phần cấu trúc chủ yếu của mọi màng tế bào. Các muối photphatcanxi được các động vật dùng để làm cứng xương của chúng. Trung bình trong cơ thể người chứa khoảng gần 1 kg photpho, và khoảng ba phần tư số đó nằm trong xương và răng dưới dạng apatit. Một người lớn ăn uống đầy đủ tiêu thụ và bài tiết ra khoảng 1-3 g phốtpho trong ngày trong dạng photphat. Theo thuật ngữ sinh thái học, photpho thường được coi là chất dinh dưỡng giới hạn trong nhiều môi trường, tức là khả năng có sẵn của photpho điều chỉnh tốc độ tăng trưởng của nhiều sinh vật 1.1.4. Tác hại của photpho Hóa chất chứa Photpho gây kích ứng mạnh đối với da, mắt và đường hô hấp (cảm giác bỏng, ho). Va chạm với Photpho trắng sẽ gây bỏng, vết thương lâu lành (hình 1.5). Hít phải nồng độ cao của Photpho trong không khí gây viêm phế quản, có thể phù phổi. Nuốt phải Photpho gây ra nhiễm độc toàn thân. Nguyên nhân có thể do tai nạn, nhầm lẫn, tự tử. Hậu quả là tổn thương gan, thận, cơ tim, tiểu động mạch…, có thể tử vong. Nuốt phải Photpho sau ½ giờ xảy ra các triệu chứng kích ứng dạ dày – ruột rất nghiêm trọng. Có khả năng dẫn đến tử vong do suy tim – mạch. Người ta phân biệt 2 giai đoạn biểu hiện nhiễm độc khi nuốt phải photpho: - Giai đoạn đầu kéo dài khoảng 24 giờ, có thể tiếp theo một giai đoạn tiềm tàng kéo dài từ vài giờ đến vài ngày. - Giai đoạn tiếp theo xuất hiện đau bụng dưới kèm theo buồn nôn, nôn, nôn ra máu, giảm niệu, lẫn tâm thần, co giật, hôn mê và tử vong. Mổ tử thi phát hiện các tổn thương nghiêm trọng của gan, tim, thận. Trong trường hợp sống sót có thể bị xơ gan. Trong phòng tối thấy phát quang các chất trong dạ dày, phân, nước tiểu, … là đặc trưng nhiễm độc photpho trắng. Hít thở lâu dài Photpho trắng trong không khi môi trường lao động dẫn đến tác hại hệ thống xương, hoại tử các xương hàm; khí tiêu, đau bụng dưới, suy mòn, 10 chứng vàng da, bệnh gan và thận, tổn thương gan dẫn đến viêm gan nhiễm độc. Giảm đường huyết nghiêm trọng. Các biến đổi điện tâm đồ do viêm cơ tim. Rối loạn chất điện giải. Bệnh ảnh hưởng đến răng, bệnh tiến triển làm hàm sưng lên, đau, mất răng, xoang tạo thành các ổ hoại tử ở hàm… Hình 1.5. Người bị bỏng photpho trắng 1.2. Đất và thành phần dinh dƣỡng của đất[4, 8, 10, 13] 1.2.1. Giới thiệu về tài nguyên đất Đất là các vật chất nằm trên bề mặt Trái Đất, có khả năng hỗ trợ sự sinh trưởng của thực vật và là môi trường sinh sống của con người, động vật, từ các vi sinh vật tới các loài động vật lớn nhỏ. Đất được hình thành và tiến hóa chậm hàng thế kỷ do sự phân hủy xác động thực vật dưới ảnh hưởng của các yếu tố môi trường. Một số đất được hình thành do sự bồi lắng phù sa sông, biển hay gió. Đất có bản chất khác với đá và có độ phì nhiêu. Các loại đất dao động trong một khoảng rộng về thành phần và cấu trúc theo từng khu vực. Các loại đất được hình thành thông qua quá trình phong hóa của các loại đá và sự phân hủy của các chất hữu cơ. Phong hóa là tác động của gió, mưa, băng, ánh nắng và các tiến trình sinh học trên các loại đá theo thời gian, các tác động này làm đá vỡ vụn ra thành các hạt nhỏ. Các thành phần khoáng chất và các chất hữu cơ xác định cấu trúc và các thuộc tính khác của các loại đất. 11 Đất có thể chia ra thành hai lớp tổng quát hay tầng: tầng đất bề mặt, là lớp trên cùng nhất, ở đó phần lớn các loại rễ cây, vi sinh vật và các loại hình sự sống, động vật khác cư trú và tầng đất cái, tầng này nằm sâu hơn và thông thường dày đặc và chặt hơn cũng như ít các chất hữu cơ hơn. Nước, không khí cũng là thành phần của phần lớn các loại đất. Không khí, nằm trong các khoảng không gian giữa các hạt đất, và nước, nằm trong các khoảng không gian cũng như bề mặt các hạt đất, chiếm khoảng một nửa thể tích của đất. Cả hai đều đóng vai trò quan trọng trong sự sinh trưởng của thực vật và các loại hình sự sống khác trong thiết diện đứng của đất trong một hệ sinh thái cụ thể. Căn cứ vào tỉ lệ các loại hạt (thành phần đá và khoáng chất) trong đất người ta chia đất ra làm 3 loại chính: đất cát, đất thịt và đất sét. Chúng có các tỉ lệ các hạt cát, limon và sét như sau: Đất cát: 85% cát, 10% limon và 5% sét. Đất thịt: 45% cát, 40% limon và 15% sét. Đất sét: 25% cát, 30% limon và 45% sét. Giữa các loại đất này còn có các loại đất trung gian. Ví dụ : Đất cát pha, đất thịt nhẹ... Các loại đất nguyên thủy bị chôn vùi dưới các hiệu ứng của các sinh vật được gọi là đất cổ. Các loại đất tiến hóa tự nhiên theo thời gian bởi các hoạt động của thực vật, động vật và phong hóa. Đất cũng chịu ảnh hưởng bởi các hoạt động sống của con người. Con người có thể cải tạo đất để làm cho nó thích hợp hơn đối với sự sinh trưởng của thực vật thông qua việc bổ sung các chất hữu cơ và phân bón tự nhiên hay tổng hợp, cũng như cải tạo tưới tiêu hay khả năng giữ nước của đất. Tuy nhiên, các hoạt động của con người cũng có thể làm thoái hóa đất bởi sự làm cạn kiệt các chất dinh dưỡng, ô nhiễm cũng như làm tăng sự xói mòn đất. 1.2.2. Thành phần dinh dƣỡng của đất Các chất dinh dưỡng gồm cacbon, hydro, oxi, nitơ, photpho, kali…Khí quyển và nước là nguồn cung cấp C, H và O. Các chất dinh dưỡng gốc nitơ có thể 12 được tạo ra trực tiếp từ một số thực vật và từ nitơ trong khí quyển nhờ vi khuẩn cố định nitơ. Thành phần nitơ trong đất chủ yếu ở dạng hữu cơ, do kết quả của quá trình phân hủy thực vật và động vật chết, phân, nước tiểu… nó được hidro hóa thành NH3, NH4+, sau đó tiếp tục oxi hóa bởi vi khuẩn tạo thành NO3-, và thực vật sẽ sử dụng NO3- làm chất dinh dưỡng. Kali trong đất có tác dụng với một số enzym và đóng vai trò then chốt để cân bằng nước trong thực vật và đối với một số biến đổi của cacbonhydat. Hàm lượng kali tương đối phong phú trong bề mặt vỏ Trái đất nhưng nó lại ít có tác dụng đối với thực vật. Chỉ có kali trong khoáng đất sét mới có khả năng trao đổi và có giá trị đối với thực vật Photpho rất cần cho thực vật, dù hàm lượng photpho mà thực vật cần là rất thấp. Trong đất, các dạng H2PO4-, HPO42- là những dạng photphat được sử dụng làm chất dinh dưỡng cho thực vật. Trong đất chua, ion orthophotphat kết tủa hoặc hấp thụ bởi các cation như Al3+, Fe3+… còn trong đất kiềm, nó sẽ phản ứng với CaCO3 tạo ra hydroxyapatit kết tủa: HPO42- + 10CaCO3+ 4H2O  Ca10(PO4)6(OH)2 + 10HCO3- + 2OH1.3. Các phƣơng pháp vô cơ hóa mẫu [6] 1.3.1. Phƣơng pháp vô cơ hóa mẫu khô Mẫu được phá hủy dưới tác dụng của nhiệt độ. Tiến hành nung mẫu ở một nhiệt độ tối ưu nhất. Quá trình nung xử lý mẫu có thể không thêm chất phụ gia, chất bảo vệ, hay có thể thêm các chất này vào mẫu để trợ giúp cho việc nung xảy ra được tốt hơn, nhanh hơn và bảo vệ được chất phân tích không bị mất. 1.3.2. Phƣơng pháp vô cơ hóa mẫu ƣớt Kỹ thuật vô cơ hoá ướt là kỹ thuật sử dụng dung môi thích hợp như axit, bazơ mạnh có sử dụng kèm chất oxy hoá mạnh để phân huỷ mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình Kendan hay trong ống nghiệm. Lượng dung môi sử dụng thường gấp 15-20 lần lượng cần thiết, tuỳ loại mẫu. Thời gian hoà tan mẫu trong 13 các hệ hở thường từ vài giờ đến hàng chục giờ tuỳ vào loại mẫu. Nếu trong lò vi sóng hệ kín, có áp suất cao thì chỉ cần 50-60 phút. 1.3.3. Phƣơng pháp vô cơ hóa mẫu khô - ƣớt kết hợp Nguyên tắc của kỹ thuật này là mẫu được phân huỷ trong chén hay cốc nung mẫu. Trước tiên người ta thực hiện xử lý ướt sơ bộ trong chén hay cốc nung bằng một lượng nhỏ axit và chất phụ gia, để phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của các hợp chất mẫu và tạo điều kiện giữ một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung. Sau đó mới đem nung ở nhiệt độ thích hợp. Quá trình xử lý sẽ triệt để hơn và hạn chế mất một số kim loại khi nung. Phương pháp này phù hợp cho các mẫu có nền là chất hữu cơ, xử lý để xác định các kim loại và một số anion. 1.4. Các phƣơng pháp định lƣợng photpho [3, 10] 1.4.1. Phƣơng pháp chuẩn độ Là phương pháp phân tích thể tích dựa trên phản ứng giữa NaOH và HCl với chỉ thị metyl da cam. Nguyên tắc: Chuyển tất cả các dạng tồn tại của Photpho trong mẫu đất về dạng ion PO43-, sau đó kết tủa toàn bộ lượng PO43- này về dạng MgNH4PO4. Dùng một lượng chính xác và dư dung dịch chuẩn HCl để hoà tan kết tủa này, lượng HCl dư được xác định bằng dung dịch chuẩn NaOH. Từ đó tính được lượng Photpho trong mẫu. Các phương trình phản ứng: Mg2+ + NH4+ + HPO42- → MgNH4PO4(vàng) + H+ MgNH4PO4 + 2H+ → Mg2+ + H2PO4- + NH4+ H+dư + OH- → H2O 1.4.2. Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS Phương pháp này dựa trên khả năng hấp thụ ánh sáng của dung dịch có màu. Nguyên tắc để phân tích photpho theo phương pháp này là trước tiên phải chuyển mẫu phân tích về dạng dung dịch, dùng thuốc thử thích hợp để tạo ra một phức màu với photpho bền trong một khoảng thời gian nhất định. Sau đó đo độ hấp thụ ánh 14 sáng của dung dịch này hay gọi là đo mật độ quang của dung dịch, rồi từ đó suy ra nồng độ của photpho có trong dung dịch. - Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử sử dụng axit sunfomolipdic: Nguyên tắc: Chuyển toàn bộ lượng Photpho trong mẫu về dạng PO 43-. Ion PO43- kết hợp với Mo4+ và Mo6+ hình thành nên phức có màu xanh lơ. Độ đậm màu của dung dịch tỷ lệ với lượng Photpho có trong mẫu. Sau đó sử dụng phương pháp đường tiêu chuẩn để định lượng. Các phương trình phản ứng: 2(MoO2.4MoO3) + H3PO43- + 4H2O → (MoO2.4MoO3)2.H3PO4.4H2O - Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử sử dụng axit ascobic Nguyên tắc: Amoni molipdat và kali antimon tartrat phản ứng với ortophotphat trong môi trường axit tạo thành axit dị đa photpho molipdic. Axit dị đa này bị khử thành xanh molipden bằng axit ascobic. Đo mật độ quang của dung dịch ở 715nm để xác định hàm lượng PO43-. - Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử sử dụng thiếc điclorua Nguyên tắc: Axit molipdophotphoric được hình thành và bị khử bởi thiếc diclorua tạo thành hợp chất xanh molipden. Mật độ quang của dung dịch tỉ lệ với nồng độ PO43- có trong dung dịch. Sau khi tham khảo tài liệu, chúng tôi nhận thấy cả axit ascobic lẫn thiếc diclorua đều có khả năng khử axit di đa photphomolipdic tạo thành phức xanh molipden. Do đó, trong đề tài này chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng khử của 2 chất này. - Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử sử dụng axit vanadomolipdo photphoric Nguyên tắc: Trong dung dịch, ion ortophotphat phản ứng với amoni molipdat tạo ra axit molipdophotphoric, axit này phản ứng với NH4VO3 tạo thành phức màu vàng. Đo mật độ quang của dung dịch tại bước sóng khoảng 400nm để xác định nồng độ PO43- trong dung dịch theo phương pháp đường tiêu chuẩn hoặc phương pháp thêm chuẩn. 15 1.5. Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS [11] 1.5.1. Giới thiệu phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử hay còn gọi là phương pháp đo quang, phương pháp phân tích trắc quang phân tử là một trong những phương pháp phân tích công cụ thông dụng với rất nhiều hệ máy khác nhau được gọi là máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS. Các máy đo quang làm việc trong vùng tử ngoại (UV) và vùng khả kiến (VIS) từ 190nm đến khoảng 900nm. Cơ sở lý thuyết của phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS: - Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch có màu: Dung dịch có màu là do bản thân dung dịch đã hấp thụ một phần quang phổ của ánh sáng trắng, phần còn lại ló ra cho ta màu của dung dịch. Sự hấp thụ mạnh bức xạ đơn sắc của dung dịch còn phụ thuộc vào nồng độ. Khi nồng độ càng lớn thì sự hấp thụ càng mạnh, biểu hiện là màu càng đậm. - Định luật Lambert – Beer Khi chiếu một chùm bức xạ đơn sắc đi qua dung dịch chất hấp thụ thì chùm bức xạ ló ra bao giờ cũng có cường độ nhỏ hơn chùm bức xạ ban đầu, sự giảm cường độ càng nhiều nếu các phân tử của chất hấp thụ càng mạnh. Sự giảm cường độ phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch hấp thụ và chiều dài đoạn đường mà chùm bức xạ đi qua. Định luật Lambert-Beer có thể được biểu diễn qua phương trình: D=lg I 0 =ε.C.l I Trong đó: D (Dentisity) là mật độ quang của dung dịch chất hấp thụ I0: cường độ chùm bức xạ chiếu tới I: cường độ chùm bức xạ sau khi đi qua dung dịch ε: hệ số tắt phân tử, phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ, nhiệt độ và bước sóng của bức xạ đơn sắc. C: nồng độ của dung dịch chất hấp thụ (mol/l) l: bề dày của cuvet đựng dung dịch (cm) 16 1.5.2. Các điều kiện tối ƣu cho một phép đo quang Sự chính xác của định luật Lambert-Beer phụ thuộc vào tính đơn sắc của bức xạ điện từ, bước sóng tối ưu max, nồng độ dung dịch và sự ổn định của dung dịch. 1.5.2.1. Tính đơn sắc của bức xạ điện từ Định luật Lambert-Beer không còn đúng với ánh sáng đa sắc vì các đại lượng Dmax thường không bằng nhau. Hệ số tắt phân tử có thể thay đổi rất nhiều tùy theo độ dài của bức xạ điện từ đi qua dung dịch đo, do đó cần xác định chính xác max. 1.5.2.2. Bƣớc sóng tối ƣu  max Người ta phải dùng tia đơn sắc nào mà khi chiếu vào dung dịch giá trị mật độ quang đo được là lớn nhất, gọi là mật độ quang cực đại Dmax ứng với bước sóng max . Thông thường các giá trị max của các chất đã được nghiên cứu khảo sát hoặc có thể xây dựng đường cong hấp thụ trên máy UV_VIS và từ đó chọn max thích hợp. 1.5.2.3. Ảnh hƣởng của nồng độ Quan hệ giữa mật độ quang D và nồng độ dung dịch C chỉ tuyến tính trong một khoảng giá trị nồng độ xác định (hình 1.6) gọi là khoảng tuyến tính của định luật Lambert-Beer. Hình 1.6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ 17 1.5.2.4. Sự ổn định của dung dịch Sự ổn định màu của dung dịch đo là một yếu tố rất quan trọng để phép đo được chính xác, sự ổn định này thường là: môi trường pH, sự có mặt các ion lạ, thời gian ổn định màu, nhiệt độ... Nếu thuốc thử thuộc dạng axit yếu thì yếu tố pH sẽ ảnh hưởng đến sự tạo phức. Thông thường trong các mẫu phân tích ngoài chất phân tích không thể không kể đến sự có mặt của các ion lạ, các ion này có khả năng tương tác với chất cần phân tích hoặc tạo màu với thuốc thử trong dung dịch nên sẽ ảnh hưởng đến quá trình xác định, buộc phải tìm cách loại trừ bằng cách tách chúng ra khỏi dung dịch phân tích hoặc tìm cách che. Thời gian ổn định màu của phức giữa chất phân tích và thuốc thử đối với mỗi dung dịch phức là khác nhau. 1.5.2.5. Sơ đồ máy quang phổ hấp thụ phân tử UV- VIS Không phụ thuộc vào vùng phổ, các máy đo độ truyền quang và độ hấp thụ (mật độ quang) của dung dịch bao gồm năm bộ phận cơ bản sau: - Nguồn bức xạ có năng lượng ổn định. - Một bộ lọc sóng cho phép tạo ra bức xạ đơn sắc có bước sóng thích hợp với chất nghiên cứu. - Ngăn đựng mẫu gồm các cuvet chứa dung dịch đo. - Đetectơ là loại thiết bị có khả năng thu những thông tin: cơ, điện, quang thành những tín hiệu, thường là tín hiệu điện. - Bộ phận chỉ thị của kết quả đo. Sơ đồ máy so màu quang điện hai chùm tia được thể hiện trong hình 1.7. 18 3 4 5 1 6 2 7 %T 100 50 0 A B C 8 D Hình 1.7. Sơ đồ của máy so màu quang điện hai chùm tia Trong đó: 1- đèn vonfram; 2- cuvet chứa dung dịch so sánh; 3- kính lọc sáng; 4- cuvet chứa dung dịch phân tích; 5- tế bào quang điện với hiệu ứng quang điện ngoài; 6- gương; 7- tế bào quang điện; 8- điện kế để chuẩn hóa 100% T. Các thế hệ máy phổ hiện nay thường được nối với máy vi tính, do đó việc ghi phổ hết sức thuận lợi nhờ có những chương trình đo tự động theo các chế độ khác nhau. Ngoài ra, còn có thể lưu giữ phổ đối chiếu và so sánh khi cần thiết. 1.5.3. Các phƣơng pháp phân tích vi lƣợng 1.5.3.1. Phƣơng pháp đƣờng chuẩn Quy trình thực hiện gồm các bước: 19 - Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chính xác, tăng dần nhất định C1, C2, C3, C4, C5, C6 của chất chuẩn phân tích, chất chuẩn phân tích X đã được đưa về dạng phức màu bằng thuốc thử thích hợp. - Đo mật độ quang D1, D2, D3, D4, D5, D6 của các dung dịch chuẩn tại bước sóng max đã khảo sát. - Xây dựng đường chuẩn D=f(C) (hình 1.8). - Chuẩn bị mẫu trong điều kiện tương tự, đo mật độ quang Dx. - Dựa vào đường chuẩn suy ra nồng độ Cx. D = aC + b D D3 Dx D2 D1 C1 C2 Cx C3 C (mg/ml) Hình 1.8. Đồ thị phương trình đường chuẩn có dạng D = aC + b Phương pháp này có ưu điểm là xác định được hàng loạt mẫu, tính toán kết quả nhanh, có thể triệt tiêu các sai số hệ thống. 1.5.3.2. Phƣơng pháp thêm chuẩn Nguyên tắc của phương pháp thêm này là dùng ngay dung dịch phân tích làm dung dịch đầu (nền) Lấy một lượng dung dịch phân tích (C x) vào 2 bình định mức 1 và 2. Thêm vào bình 2 một lượng dung dịch chuẩn của chất phân tích (Ca). Thực hiện phản ứng tạo màu ở cả hai bình trong các điều kiện tối ưu đã chọn hoàn toàn như nhau. Đem đo mật độ quang của cả hai dung dịch ở bước sóng tối ưu và trong cùng một cuvet. 20