Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6865:2001 (ISO 14239 : 1997) về chất lượng đất - các hệ thống ủ trong phòng thí nghiệm để đo quá trình khoáng hoá các chất hữu cơ trong đất ở điều kiện hiếu khí do Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường ban hành
CHẤT LƯỢNG ĐẤT - CÁC HỆ THỐNG Ủ TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐỂ ĐO QUÁ TRÌNH KHOÁNG HOÁ CÁC CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT Ở ĐIỀU KIỆN HIẾU KHÍ
Soil quality - Laboratory incubation systems for measuring the mineralization of organic chemicals in soil under aerobic conditions
Lời nói đầu
TCVN 6865 : 2001 hoàn toàn tương đương với ISO 11276 : 1997.
TCVN 6865 : 2001 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN/TC190
Chất lượng đất biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường ban hành.
CHẤT LƯỢNG ĐẤT - CÁC HỆ THỐNG Ủ TRONG PHÒNG THỬ NGHIỆM ĐỂ ĐO QUÁ TRÌNH KHOÁNG HOÁ CÁC CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT Ở ĐIỀU KIỆN HIẾU KHÍ
Soil quality - Laboratory incubation systems for measuring the mineralization of organic chemicals in soil under aerobic conditions
Tiêu chuẩn này qui định ba hệ thống ủ để đo tốc độ và mức độ khoáng hoá các hợp hất hữu cơ trong đất bằng cách xác định lượng cácbon dioxit thoát ra. Cả ba hệ thống này có thể ứng dụng đối với hợp chất tan và không tan nhưng việc chọn lựa hệ thống thích hợp thì phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu tổng thể.
Tiêu chuẩn này không áp dụng cho việc sử dụng những hệ thống này đối với nghiên cứu cân bằng vật chất mà thường là thử chất đặc trưng.
TCVN 5960 : 1995 (ISO 10381 - 6 :1993) Chất lượng đất - Lấy mẫu - Hướng dẫn thu thập, vận chuyển và lưu giữ mẫu đất để đánh giá các quá trình hoạt động của vi sinh vật hiếu khí trong đất.
TCVN 6858 : 2001 (ISO 11266 :1994) Chất lượng đất - Hướng dẫn thử trong phòng thí nghiệm đối với quá trình phân huỷ sinh học của các chất hữu cơ trong đất trong điều kiện hiếu khí.
TCVN 6651 : 2000 (ISO 11274 : 1998 ) Chất lượng đất - Xác định đặc tính giữ nước - Phương pháp phòng thí nghiệm.
3.1 Yêu cầu chung
Đối với bất kỳ hệ thống ủ nào được chọn phải tiến hành theo các bước sau:
3.1.1 Thu thập và mô tả đặc tính đất
Đất phải được thu thập, vận chuyển và lưu giữ mẫu theo TCVN 5960 : 1995 (ISO 10381-6). Các đặc tính của đất xác định theo 5.1.1 TCVN 6858 : 2001 (ISO 11266 :1994).
3.1.2 Vật liệu thử
Vật liệu thử phải có đặc tính phù hợp với 5.2 của TCVN 6858 : 2001 (ISO 11266 :1994).
3.1.3 Điều kiện ủ
Sử dụng các điều kiện ủ dưới đây nếu không có lý do đặc biệt: Nhiệt độ: 20oC ± 2oC.
áp lực mao mạch của nước trong đất : - 0,01 MPa đến - 0,03 MPa (đo tới ± 5%) xác định theo TCVN 6651:2000 (ISO 11274) [hoặc giữa 40% và 60% khả năng giữ nước cực đại (KNGN) (đo tới ±5%) theo phụ lục A]
ủ: trong bóng tối.
Trong báo cáo thử nghiệm phải ghi đầy đủ điều kiện ủ. Nếu thay đổi các điều kiện ủ khác với điều kiện đã nêu phải ghi lại lý do thay đổi.
Nhiệt độ 20oC ± 2oC được chọn là nhiệt độ tiêu chuẩn đối với mục đích so sánh và ở nhiệt độ này cho kết quả khá nhanh. Cũng có thể sử dụng nhiệt độ nằm ngoài khoảng đã nêu nếu như nó thích hợp hơn (thí dụ do điều kiện khí hậu từng vùng, do thiếu thiết bị làm lạnh).
3.2 Lựa chọn hệ thống ủ
Sử dụng một trong ba hệ thống mô tả trong tiêu chuẩn này, hệ thống chảy qua (3.3), hệ thống cột vôi xút (3.4) và hệ thống đo sinh học (3.5).
Dữ liệu về quá trình khoáng hoá chất hữu cơ có thể thu nhận được một cách chính xác từ những thí nghiệm sử dụng hợp chất đánh dấu phóng xạ. Khi sử dụng các hoá chất hữu cơ không đánh dấu phóng xạ thì cần thiết phải thực hiện một số thí nghiệm đối chứng và dữ liệu đánh giá cácbon dioxit thoát ra phải được phân tích theo thống kê.
Lượng cácbon dioxit (CO2) thu hồi ở cả ba hệ thống có thể được xác định bằng cách sử dụng lượng đã biết trước canxi cacbonát không đánh dấu hoặc 14C-canxi cacbonát và bổ sung đủ lượng axít clohydric (HCl) để hoà tan hoàn toàn lượng canxi cacbonát.
Cảnh báo: Các phương pháp trong tiêu chuẩn này sử dụng nhiều chất có tính nguy hiểm. Phải chú ý khi xử lý và thải bỏ chúng. Đặc biệt phải tuân thủ những qui định thích hợp của từng nước.
Những ưu điểm và nhược điểm chính của các hệ thống:
a) Hệ thống chảy qua:
Ưu điểm chính: đủ oxy cho nghiên cứu phân huỷ hiếu khí trong thời hạn dài; sử dụng dụng cụ thuỷ tinh tiêu chuẩn; cho phép đo lượng CO2 không đánh dấu phong xạ (chuẩn độ), đo 14CO2 (đếm nhấp nháy), và / hoặc sản phẩm dễ bay hơi được đánh dấu 14C (đếm nhấp nháy).
Nhược điểm chính: khi nghiên cứu hợp chất đánh dấu phóng xạ 14C dễ bay hơi khó thu hồi được toàn bộ chúng; rất dễ rò rỉ trong hệ thống.
b) Hệ thống cột vôi xút:
Ưu điểm chính: sự tiếp cận tự do của ôxy đối với các nghiên cứu dài hạn; sử dụng dụng cụ thuỷ tinh tiêu chuẩn, đòi hỏi không gian nhỏ; có thể sử dụng mà không cần thay đổi khi sử dụng chất lắng cố định hoặc lắc, cấy giống vi sinh tinh khiết, tế bào thực vật hay tảo; không có vấn đề nảy sinh khi ủ trong các điều kiện môi trường khác nhau; thu hồi được toàn bộ các chất phóng xạ sử dụng trong nghiên cứu cân bằng vật chất ngắn hạn cũng như dài hạn.
Nhược điểm chính: Phải giải phóng 14CO2 bị giữ trong vôi xút sau đó được hấp phụ lại vào chất lỏng để đếm nhấp nháy; hàm lượng nước trong đất phải điều chỉnh ít nhất một lần trong một tháng.
c) Hệ thống đo sinh học:
Ưu điểm chính: đòi hỏi không gian nhỏ; có thể sử dụng mà không cần thay đổi khi dùng khi cấy cố định các chất kết tủa hiếu khí, cấy giống vi sinh tinh khiết hoặc tảo; không có vấn đề nảy sinh khi ủ trong các điều kiện môi trường khác nhau; dễ dàng đo lượng CO2 không phóng xạ (chuẩn độ), 14CO2 (đếm nhấp nháy) hay sản phẩm dễ bay hơi 14C được đánh dấu (đếm nhấp nháy).
Nhược điểm chính: đối với quá trình ủ dài hạn thì hệ thống này chưa được coi là hoàn hảo vì thiếu sự thâm nhập tự do của không khí và giảm áp suất riêng phần của oxy trong buồng ủ; đòi hỏi phải có các dụng cụ thủy tinh đặc biệt.
3.3 Hệ thống chảy qua
3.3.1 Nguyên tắc
Phương pháp này cho phép xác định sự mất và / hoặc quá trình trao đổi chất của vật liệu thử không đánh dấu phóng xạ hoặc đánh dấu phóng xạ 14C trong đất. Không khí không chứa CO2 được đi qua hệ thống ủ có chứa mẫu đất đã xử lý. CO2 và các chất hữu cơ dễ bay hơi thoát ra từ đất được ″bẫy″ trong một loạt bẫy hấp thụ.
3.3.2 Vật liệu và hoá chất
Hoá chất sử dụng là hoá chất tinh khiết phân tích.
3.3.2.1 Nguồn không khí không chứa CO2 (tạo thành khi cho không khí đi qua dung dịch kiềm mạnh). Đối với nghiên cứu sử dụng hợp chất đánh dấu 14C thì không cần tách CO2 khỏi không khí trừ khi có nguy cơ làm bão hoà các bẫy CO2 của hệ thống.
3.3.2.2 Etylen glycol hoặc metyl este etylen glycol, để hấp thụ các chất hữu cơ dễ bay hơi.
3.3.2.3 Bẫy bọt polyuretan, tỷ trọng 16 kg/m3 để hấp thụ các chất hữu cơ dễ bay hơi.
3.3.2.4 Axít sunfuric, c(H2SO4) = 0,5 mol/l để hấp thụ các chất kiềm dễ bay hơi.
3.3.2.5 Dung dịch natri hoặc kali hydroxit, c(KOH) [hay c(NaOH)] = 0,1 mol/l đến 0,5 mol/l để hấp thụ CO2 không có phóng xạ; hoặc hỗn hợp nhấp nháy để hấp thụ 14CO2 1).
Cảnh báo: Nếu như hỗn hợp nhấp nháy được sử dụng làm bẫy hấp thụ thì các chất amin và dung môi hữu cơ dễ bay hơi có thể tích tụ lại tạo thành một nồng độ độc và có nguy cơ phát nổ.
Vì vậy cần có hệ thống thông gió tốt cho nơi tiến hành thử.
3.3.2.6 Hỗn hợp nhấp nháy để xác định 14CO2 trong bãy kiềm.
3.3.3 Thiết bị và dụng cụ thuỷ tinh
3.3.3.1 Máy đếm nhấp nháy lỏng.
3.3.3.2 ống đếm nhấp nháy.
3.3.3.3 Buồng hoặc buồng ủ khống chế được nhiệt độ ± 2oC.
3.3.3.4 Bơm màng (lưu lượng khoảng 2,8 m3/giờ).
3.3.3.5 Máy đo lưu lượng.
3.3.3.6 Van hạn chế dòng chảy
3.3.3.7 Đĩa thuỷ tinh để cho hệ thống I, thí dụ đất ướt (tương đương lượng 50 g khô).
- đường kính đĩa 5 cm, cao 5 cm dành cho lượng mẫu tương đương 50 g đất khô trong không khí.
- đường kính 9,5 cm, cao 5 cm dành cho lượng mẫu tương đương 300 g đất khô trong không khí.
3.3.3.8 Bình Erlenmeyer 250 ml để cho hệ thống II.
3.3.3.9 Chai làm sạch không khí 100 ml, để cho bẫy hấp thụ.
3.3.3.10 Chai làm sạch không khí (200 ml đến 500ml) để làm ẩm không khí.
3.3.4 Cách tiến hành
Chọn hệ thống I hoặc II được miêu tả dưới đây. Nên sử dụng hệ thống I khi phải ủ nhiều mẫu trong một không gian giới hạn, hệ thống II đòi hỏi không gian lớn hơn nhưng được sử dụng khi thí nghiệm qui mô nhỏ.
3.3.4.1 Hệ thống ủ I
Tiến hành ủ mẫu đất trong buồng ủ khống chế được nhiệt độ (3.3.3.3). Đặt từng ống ủ hình trụ tách biệt nhau và có thể di chuyển được vào buồng ủ (xem hình 1). ống ủ gồm các bộ mẫu đất trong đĩa thủy tinh (3.3.3.7) (thông thường một bộ ủ gồm 6 mẫu) . Mỗi ống ủ được thổi khí riêng biệt.
Để bảo đảm điều kiện hiếu khí dùng bơm màng (3.3.3.4) hút dòng không khí không chứa CO2 (3.3.2.1) không đổi qua mỗi ống ủ.
3.3.4.2 Hệ thống ủ II
ủ mẫu đất trong bình thuỷ tinh tam giác ( thí dụ Erlenmeyer) (3.3.3.8) trong buồng ủ khống chế được nhiệt độ (3.3.3.3). Hút dòng không khí không chứa CO2 không đổi (3.3.2.1) qua bình.
3.3.4.3 Hấp thụ các sản phẩm dễ bay hơi
Đối với cả hai hệ thống I và II làm ẩm không khí không chứa CO2 đi qua đất bằng cách sục khí qua hai bình làm sạch khí (3.3.3.1) có chứa phân nửa bình nước đã loại ion được axít hoá (khoảng 1ml axít sunfuric đặc trong 1 lít nước). Phân phối không khí bão hoà nước cho các ống ủ khác nhau qua các van (3.3.3.6).
Thiết lập dòng chảy cố định xấp xỉ 0,1 l/phút qua mỗi ống ủ; sử dụng máy đo lưu lượng (3.5.3.5) để xác định tốc độ dòng chảy.
Đối với cả hai hệ thống, khí thoát ra được sục qua hệ thống hấp thụ để giữ lại hợp chất ban đầu dễ bay hơi, các chất chuyển hoá dễ bay hơi và CO2 để phân tích sau. Tất cả các đường nối cần phải làm bằng thép không gỉ hoặc polytetrafloetylen (PTEE).
Xác định lượng hợp chất đánh dấu bằng 14C bằng phương pháp đếm nhấp nháy lỏng, nếu như thích hợp.
Hệ thống hấp thụ bao gồm:
- một chai làm sạch khí (3.3.3.9) có chứa chất dùng để hấp thụ các chất hữu cơ dễ bay hơi (3.3.2.2) hoặc (3.3.2.3);
- một chai làm sạch khí (3.3.3.9) có chứa chất dễ hấp thụ chất kiềm dễ bay hơi (3.3.2.4) (nếu cần);
- một chai làm sạch khí để hấp thụ CO2.( 3.3.2.5). Nếu như tốc độ dòng CO2 tạo ra lớn thì cần hai bình hấp thụ.
Hình 1 - Hệ thống ủ chảy qua
3.4 Hệ thống cột vôi xút
3.4.1 Nguyên tắc
Hệ thống này cho phép xác định sự tiêu tán và / hoặc sự trao đổi chất của vật liệu thử được đánh dấu phóng xạ 14C trong đất. Đất qua xử lý bằng vật liệu phân tích đánh dấu phóng xạ 14C được cho vào bình cổ nhám, phía trên có gắn với cột thuỷ tinh nhám ( xem hình 2). Trong cột thuỷ tinh có bẫy để hấp phụ vật liệu đánh dấu 14C dễ bay hơi và 1 bẫy để hấp phụ 14CO2. Oxy và các khí khác CO2 đi vào và đi ra khỏi bình một cách tự do bằng khuyếch tán.
Chú thích - Ngoài việc dùng thí nghiệm với đất, hệ thống này còn được dùng để nghiên cứu phân huỷ các chất kết tủa cố định hay lắc, cấy giống vi sinh tinh khiết, cấy tế bào thực vật hay tảo.
3.4.2 Vật liệu và thuốc thử
3.4.3 Hoá chất phải là loại tinh khiết phân tích.
3.4.2.1 Vôi xút dạng hạt, kích thước hạt từ 1,5 mm đến 3 mm có chứa chất chỉ thị bão hoà.
3.4.2.2 Bông thủy tinh
3.4.2.3 Dung dịch dầu parafin trong hexan (2% thể tích) để phủ dầu lên nút sợi thuỷ tinh.
3.4.2.4 Axit clohydric (HCl) (khoảng 18% thể tích) để hoà tan hạt vôi, xút.
3.4.2.5 Dung dịch hấp thụ CO2; thí dụ 1 mol/l NaOH (xem hình.3) hoặc các dung dịch bẫy CO2 khác 2) (xem hình 4).
3.4.2.6 Hỗn hợp nhấp nháy thích hợp để trộn với NaOH (nếu áp dụng được).
3.4.3 Thiết bị và dụng cụ thuỷ tinh
3.4.3.1 Máy đếm nhấp nháy lỏng.
3.4.3.2 ống nhấp nháy
3.4.3.3 Buồng hoặc buồng ủ khống chế được nhiệt độ (± 2oC).
3.4.3.5 Máy đo lưu lượng
3.4.3.6 Van khống chế dòng chảy, nếu cần để lắp bộ thuỷ tinh để thoát CO2.
3.4.3.7 Bình Erlenmeyer (thí dụ 300 ml) có cổ nhám khớp nối tiêu chuẩn (thí dụ 24 hoặc 29).
3.4.3.8 ống thuỷ tinh hở một đầu, (cột hồi lưu), một đầu được mài nhám với khớp nối tiêu chuẩn (thí dụ 24 hoặc 29), để lắp với bình Erlenmeyer. Chiều dài ống khoảng 13 cm, đường kính khoảng từ 1,5 cm đến 2 cm (hình 2).
3.4.3.9 Dụng cụ thuỷ tinh và thiết bị dùng để chuyển 14CO2 hấp phụ trong vôi xút (hình 3 hoặc hình 4) sang một chất hấp phụ khác (3.4.2.5) phù hợp với hỗn hợp nhấp nháy (3.4.2.6).
3.4.4 Cách tiến hành
3.4.4.1 Chuẩn bị cột để bẫy vật liệu hữu cơ có đánh dấu 14C và 14CO2
Chuẩn bị cột thủy tinh (3.4.3.8) sử dụng cột này như một cổ kéo dài của bình ủ, phía dưới được nút bằng nút bông thủy tinh có phủ dầu (dùng để bẫy các vật liệu hữu cơ đánh dấu C14 dễ bay hơi), trên nút bằng sợi thủy tinh này có từ 8g đến 10 g vôi xút (dùng để bẫy 14CO2) (hình 2). Phủ dầu nút sợi thủy tinh bằng cách nhúng nó vào dầu hexan (3.4.2.3) và cho hexan bốc hơi trong tủ hút. Nếu như thí nghiệm kéo dài hơn một tháng thì phải sử dụng thêm một nút sợi thủy tinh và một lớp vôi xút nữa nhằm bảo vệ bẫy 2
Ý kiến bạn đọc
