MỞ ĐẦU Hiện nay, với tốc độ phát triển nhanh và không kiểm soát được của các ngành công nghiệp hoá chất. thực phẩm và hoá dầu. với mức gia tăng dân số cao, hậu quá chiến tranh, nạn cháy rừng, cháy mỏ dâu do con người cũng như do thiên nhiên gay ra trên nhiều khu vực của hành tinh chúng ta, 6 nhiễm môi trường nøày càng trở nên nghiêm trọng, gây mất cân bang sinh thai trên trái dat. Hàng nam, lượng các khí CO, và NO, thai vào khí quyển cỡ hàng tỷ tan; các thuy vực của hành tinh chúng ta nhận 7-8 ty tấn chất gây độ cứng và chất tan trong đó có khoảng 2 triệu tấn thuốc trừ sâu, 6 triệu tấn sản phẩm dầu mỏ và hàng chục triệu tấn chất hữu cơ.
Ô nhiễm môi trường đã trở thành vấn đề quan tâm của nhiều quốc gia, nhiều tổ chức xã hội và nhiều nhà khoa học trên the giới. Việc bảo vệ môi trường sống trên trái đất được đặt ra trước loài người như một vấn đề bức thiết sống còn cho cả hiện tại và tương lai. Tuỳ thuộc vào sự phát triển của xã hội, tiến bộ khoa học kỹ thuật, cũng ahu mật độ và mức gia tang dân số, 6 nhiêm môi trường ở môi khu vực va quốc gia có sự khác nhau. Ví dụ: ở Ấn Độ 90 % lượng nước 6 nhiém do chất thai sinh hoạt gây nên, trong khi đó ở Hàn Quốc có tới 74 % nước nhiém ban Jo nước thai công nghiệp gay ra.
Ở Việt Nam, tuy sản xuất công nghiệp cũng như nông nghiệp có nhiều ước nhảy vọt trong những nam gan đây, song sự phát triển sản xuất không đi sèm với việc bao đảm an toàn cho môi sinh nên đã gây ô nhiễm môi trường láng kế. Các hợp chất chứa nitrat, nitrit và amoni được sử dụng rộng rãi trong san xuất nông nghiệp, bao quản thực phẩm va các ngành công nghệ khác thau. Tuy nhiên, sự có mat của chúng trong môi trường biểu thị mức độ ô Nhiệm và phú dưỡng của nước tự nhiên, Để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao ‘ua công tác quan trac và đánh giá tác động môi trường, nghiên cứu phương sháp phan tích hiệu qua cao hơn để đánh giá hàm lượng của ion nitrat, nitrit và umoni trong doi tượng mau có thành phần phức tap là nhiệm vụ can thiết. ty Hien nay, phương pháp xác định các ton nitrat, nitrit và amon chu yêu dựa trên phương pháp quang pho phân tử (UV-VIS) hoạc phương pháp sac ký ion.
Nhìn chung, phương pháp quang phố thường bị ảnh hưởng bởi màu sác hoặc do duc của mau và các yếu tố liên quan đến phản ứng tạo màu như pH, thời gian phan ứng và độ ôn định màu của sản phẩm. Phương pháp sac ký ion là một phương pháp phân tích hiện đại và nhanh, nhưng thiết bị thuộc loại đất tien, do đó chỉ có các trung tam phân tích lớn mới có khả nang trang bị thiết bị này và người vận hành máy đòi hỏi được đào tạo chuyên sâu. nhờ kha nang phân tích trực tiếp hoặc gián tiếp trong các đối tượng mau môi trường mà không cần quan tâm đến màu sac hoặc độ đục cua dung dịch và với ưu thế thiết bị phân tích thuộc loại rẻ tiền, các điện cực chọn lọc ion (ISE) đã trở thành công cụ phân tích quan trọng trong kiểm soát môi trường và thực phẩm. Hơn nữa, nhờ áp dụng các tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực khoa học vật liệu và điện tử, các điện cực chọn lọc ion có thể được chế tạo thu nhỏ, đạt độ bền cao và không cần bảo dưỡng điện cực, dựa trên cơ sở loại bỏ hoàn toàn dung dịch nội trong các điện cực thông thường để chế tạo một loại điện cực tiếp xúc ran, Điện cực chọn lọc ion không sử dụng dung dịch nội đã được quan tâm nghiên cứu từ hơn 2 thập kỷ vừa qua.
Các điện cực trạng thái ran chế tạo theo phương pháp phủ trực tiếp màng polyme chọn lọc ion lên trên bề mat của điện cực so sánh nội đã được sử dụng khá phổ biến trong các phòng thí nghiệm phân tích môi trường, thực phẩm và lâm sàng do giá thành thấp và chế tạo đơn giản, Tuy nhiên, các điện cực loại này có vấn đề liên quan đến độ ổn định thế, thời gian đáp ứng chậm và điện cực mất độ ổn định theo thời gian. Nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện nhằm tìm kiếm các vật liệu có khả năng dân điện tu-ion thuận nghịch giữa mang chon lọc ion và bề mat điện cực so sánh nội để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thiết lập trang thái cân bang thê điện động của điện cực chon lọc ion. Trong những nam gan đây, polyme dân như polypyrol, polythiophen va pholyanilin đã và dang là đối tượng nghiên cứu của nhiều ngành khoa học và công nghé khác nhau. Các nghiên cứu bang phương pháp vật lý và hoá học đã khám phá nhiều tính chất quan trong của polyme dan.
Kết qua nghiên cứu chỉ ra rang polyme dan khong chỉ có tinh dân điện tử gan tương tự như kim loại, mà các tương tác hoá học của chúng còn có thể thay đổi được. Dac tính quan trong nhất của polyme dan trong ứng dụng điện hoá là kha nang thay đổi tính chat vat lý và hoá học cua chúng khi được pha tạp các ion thích hợp. Các polyme dan được sử dụng rộng rãi nhằm làm thay doi tính chất bề mat của các điện cực thông thường. Đồng thời, chúng được ứng dụng trong nghiên cứu xúc tác điện hoá.
màng tách và sắc ký. Ngoài ra, polyme dân còn mở ra các khả nang công nghệ mới trong nghiên cứu chế tao sensor hoá học và sinh học. Ở nước ta, lĩnh vực nghiên cứu chế tạo điện cực chọn lọc ion ứng dụng trong phân tích môi trường và thực phẩm chỉ được một vài cơ sở nghiên cứu khoa học quan tâm. Hầu hết các điện cực chon lọc ion sử dụng tại nước ta hiện nay là điện cực ngoại nhập với giá thành khá cao nhưng thời gian sử dụng của chúng còn hạn chế.
điện cực chọn lọc ion tiếp xúc ran hiện dang là van de khoa học hấp dân các nhà khoa học trong nước và quốc tế. Xuất phát từ các vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu này nhằm góp phan phát triển phương pháp phân tích điện hoá hiện đại ứng dụng điện cực chọn lọc ion tiếp xúc ran trong phân tích môi trường tại Việt nam. Để thực hiện được mục tiêu đó, chúng tôi tập trung giải quyết các nội dung chính sau: - Nghiên cứu chế tạo điện cực chọn lọc ion theo nguyên tắc tiếp xúc rắn trên cơ sở sử dụng màng polypyrol tổng hợp bảng phương pháp điện hoá đóng vai trò chuyển điện tử-ion thuận nghịch giữa màng chọn loc ion và điện cực so sánh nội. - Đánh giá các thông số đặc trưng của các điện cực chọn lọc ion tiếp xúc ran trong trang thái đo tĩnh và do trong hệ thong FIA, áp dung các điện cực để phân tích một số mau nước tự nhiên.
Độ tin cậy của phương pháp được đánh giá thông qua phân tích vật liệu so sánh. CHUONG | TONG QUAN 1. NITO TRONG MOL TRƯỜNG Nito là một nguyên tố khá phố biến trong tu nhiên, ở dang tự do chiếm 78 % thể tích (76 % khối lượng) của khí quyển trái đất. Không giống oxy.
một thành phan chính khác của khí quyển. kha nang phản ứng hoá học của nito rất thấp. do vậy nito không thể được sử dụng trực tiếp cho quá trình phát triển của động. Để phá vỡ cả ba liên kết hoá học trong phân tử nitơ cần phải cung cấp nang lượng là 950 kJ/mol [6].
Nito ton tại dưới nhiều dạng hợp chất hữu cơ và vô cơ khác nhau. Các hợp chất này có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự hình thành. phát triển của tất cả các sinh vật trên trái đất và giữa chúng có sự chuyển hoá cho nhau. Chu trình nitơ trong môi trường, kể cả phản ứng giải phóng N,, chủ yếu được tiên hành bởi các vi sinh vật.
Trong tự nhiên thường xảy ra các quá trình amoni hoá, nitrat hoá và khử nitrat hoá, nhờ đó mà giữ được cân bang vật chất của nito [167]. Quá trình amoni hoá là quá trình phân huỷ xác động và thực vat được thực hiện bởi các vi sinh vật khác nhau. Sản phẩm cuối cùng của sự phân huỷ đó là các đơn phan tử hoặc các ion. Sản phẩm phân huỷ các chất hữu cơ nito là khí amoniac hoặc lon amoni.
(NH,CO+H,O_ ———_ 2NH,+CO, (1.1) 2NH,° +60, ———+ 4NO,+8H++4H,O (12) 4NO, +20, ——— 4NO- (1.3) 5CH,O + 4NO,- + 4H’ 2N; + 5CO, + 7H,O (1.4) Qua trình nitrat hoá là sự chuyển hoá các ion amoni thành nitrat (phương trình 1. trong quá trình khử nitrat tương ứng (phương trình 1. sản phẩm tạo thành là khí N, và một lượng nhỏ NO và N,O. Ca hai quá trình nay đóng vai trò quan trong trong dat và nước tự nhiên.
Trong môi trường hiểu khí (nước mat ho), nito ton tại chủ yếu ở dang NO,. Trái lai, trong moi trường yếm khí (nước đáy ho), nito ton tại chủ yếu ở dang NH, và NH,'. Nitrit sinh ra trong môi trường yếm khí, ví dụ đất ngập nước. Trong môi trường nay, quá trình khứ chất hữu cơ nito thành amoniac thực hiện khong hoàn toàn đã sinh ra nitrit.
Hau hết thực vật chỉ hấp thụ nito ở dạng nitrat, do vậy amoniac và amoni sử dụng làm phân bón can phải bị oxy hoá bởi vi sinh vật trước khi nó có thể được sử dụng bởi thực vật. Hiện nay, các nha môi trường đặc biệt quan tâm tới vấn đề nitrat trong nước ngày càng tang [117,169,202], đạc biệt trong nước giếng tại khu vực sản xuất nông nghiệp. Ban dau, các chất thai của động vật và phân bón là nguồn chủ yếu sinh ra nitrat. Hiện nay, ngay cả khi không sử dụng phân bón hoá học và phan hữu co, nhưng gặp điều kiện oxy hoá thuận lợi (điều kiện hiếu khí và am) các chất hữu cơ nitơ trong đất cũng có thể bị oxy hoá sinh ra nitrat.
Theo các báo cáo khoa học về tác động của nitrat đối với sức khoẻ con người, khi sử dụng nước hoặc thực phẩm có hàm lượng NO,-N vượt quá ngưỡng cho phép (10 mg/l) trong thời gian dài sẽ gây ra triệu chứng methemoglobin đối với trẻ từ 3-6 tháng tuôi cũng như sự thiếu hụt các enzym đặc hiệu trong cơ thể đối với người trưởng thành [6, 117]. Quá trình gây bệnh có thể tóm tát như sau: Vi khuẩn trong các chai sữa không được khử trùng hoac trong hệ thống tiêu hoá của trẻ có thể khử nitrat thành nitrit theo phản ung: NO, +2H*+2e ——> NO, +H,0O (1.5) Trong co thể.