Báo cáo phân tích công cụ ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Hoá Học Tài liệu mang tính chất tham khảo và chủ sở hữu không chịu trách nhiệm nếu xảy ra bất cứ vấn đề nào phát sinh Giảng viên: Phan Thị Anh Đào Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh năm 20212022
PHƯƠNG PHÁP PHỔ TỬ NGOẠI- KHẢ KIẾN
NGUYÊN TẮC
Trong môi trường pH từ 2.0 đến 9.0, ion Fe 2+ tạo phức màu đỏ cam với 3 phân tử 1,10 – phenantrolin có độ hấp phụ quang cực đại tại bước sóng 510 nm:
Phức tồn tại dưới dạng cation trong khoảng pH từ 2.0 đến 9.0, với điểm hấp thu cực đại ở 508nm và hệ số hấp thu phân tử (ℇ) đạt 1.1*10^4 L.mol^-1.cm^-1 Phức chất này có độ bền cao, cường độ màu không thay đổi trong nhiều tháng Khoảng cách tuân theo định luật Beer từ 0.13 đến 5 μg/mL Định luật Lambert Beer được biểu diễn qua công thức A = lg(I0/I) = ℇ.l.c.
A là độ hấp thu (mật độ quang), I0 và I lần lượt là cường độ bức xạ trước và sau hấp thu;
ℇ là độ hấp thu phân tử, I là chiều dày dung dịch mẫu cho bức xạ truyền qua và c là nồng độ chất phân tích trong dung dịch mẫu đo
Phản ứng màu chọn lọc giữa 1,10-phenantrolin và ion Fe 2+ cho phép xác định chính xác lượng Fe 2+ ngay cả khi có mặt Fe 3+ Mặc dù Fe 3+ cũng phản ứng với 1,10-phenantrolin, nhưng phức tạo thành không có màu Để xác định tổng hàm lượng sắt, cần tiến hành khử ion.
Trong bài thực tập này, chúng ta sẽ xác định hàm lượng Fe 2+ và tổng hàm lượng Fe bằng cách sử dụng các chất khử như hydroxylamin, hydrazin hoặc acid ascorbic Dựa trên các dữ liệu thu được, chúng ta có thể tính toán hàm lượng Fe 3+.
DỤNG CỤ VÀ HOÁ CHẤT
- Dung dịch chuẩn gốc: 1000 ppm Fe
- Dung dịch chuẩn trung gian: 50 pp
- Dung dịch Fe phân tích gốc
- Dung dịch Fe phân tích loãng
- Dung dịch 1,10-phenantrolin 0,5% pha trong ethanol:nước (1:9)
- Dung dịch hydroxylamin 10% trong nước
- Bình định mức 100 ml, 500 ml
- Máy UV-Vis: UH5300 UV/VIS
THỰC NGHIỆM
Cho vào 6 bình định mức 100ml hỗn hợp gồm:
Bảng 1 Nồng độ dãy chuẩn
Nồng độ dãy chuẩn (ppm) Blank STD1 STD2 STD3 STD4 STD5
Dung dịch trung gian Fe 50 ppm 0 0,2 1,00 2,00 5,00 10,00
Hydroxylamin 10% (NH2OH) 1,0 Đệm pH 5 5,0
Nước cất Thêm đến vạch mức fiol 100ml
Sau 10 phút phức ổn định
Chọn bình dung dịch chuẩn (STD4) để khảo sát phổ hấp thu của phức
Khảo sát phổ hấp thu của phức Fe(1,10-phenantrolin)3 2+ trong khoảng bước sóng 400 -
Vẽ đồ thị biểu diễn A theo bước sóng, Tìm giá trị bước sóng hấp thu cực đại max
Xác định hàm lượng Fe
Để chuẩn bị dung dịch Fe pha loãng, lấy 10 mL mẫu đo bằng pipet cho vào bình định mức 100 mL, được đặt tên là bình a và bình b Bình a sẽ được sử dụng để xác định tổng hàm lượng Fe, trong khi bình b dùng để xác định riêng Fe 2+ Thêm 1,00 mL NH2OH vào bình a, không thêm vào bình b, sau đó lắc đều và để yên trong 30 phút để phản ứng khử diễn ra hoàn toàn Tiếp theo, thêm 5 mL đệm acetat pH 5 và 1 mL phenantrolin, sau đó dùng nước cất định mức đến vạch mức Cần khoảng 10 phút để các dung dịch này ổn định.
- Mẫu trắng: mẫu xác định cần 2 mẫu trắng khác nhau Các mẫu trắng này đều không thêm Fe 2+
- Mẫu trắng cho dung dịch “a”: có hydroxylamine Thực ra mẫu trắng này chính là mẫu trắng của dãy chuẩn (bình 0)
- Mẫu trắng cho dung dịch “b”: không có hydroxylamine
- Độ hấp thu các mẫu trắng được ghị nhận và được trừ với độ hấp thu của các dung dịch
-Cho vào 5 bình định mức 100ml hỗn hợp gồm:
Bảng 2 Nồng độ mẫu a và b
Mẫu Chuẩn bị mẫu a Chuẩn bị mẫu b
Dung dịch Fe pha loãng (mL) 0 0,2 0 0,2
NH 2 OH, HCl 1,00 1,00 0 0 Đệm pH 5 5,00 5,00 5,00 5,00
H 2 O Thêm đến vạch mức fiol 100 mL
Phức này đạt được sự ổn định sau 10 phút Để đo đường chuẩn và mẫu, cần xác định độ hấp thu quang học của các dung dịch chuẩn và mẫu tại max, được xác định qua thí nghiệm, trong cuvet 1cm.
3.2.1 Xây dựng phương trình đường chuẩn
Mẫu Nồng độ Fe trong mẫu
Hình 2 Đồ thị sự phụ thuôc của độ hấp thu vào nồng độ
Phương trình đường chuẩn y = 0,1856x + 0,0079 (A = a + bC)
Nồng độ Fe trong mẫu (ppm)
Xác định hàm lượng Fe
Bảng 3 : Kết quả đo quang hai mẫu a và b
Mẫu Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình
- Mẫu a (Fe tổng): 0,4975 = 0,0108 +0,1856Ca → Ca = 2,6223 ppm
→ Nồng độ Fe tổng trong mẫu ban đầu là: C Fe (tổng) = 2,6223 × 500 = 1311,15 ppm
- Mẫu b (Fe(II)): 0,4799 = 0,0108 + 0,1856Cb → Cb = 2,5274 ppm
→ Nồng độ Fe(II) trong mẫu ban đầu là: C Fe (II) = 2,5274 × 500 = 1263,7 ppm
→ Nồng độ Fe(III) trong mẫu ban đầu là: C Fe (III) = 1311,15 − 1263,7 = 47,45 ppm Tính lan truyền sai số:
❖ Nồng độ các chất phân tích trong mẫu:
CFe Tổng = (CFe(tổng) ± t0,95 ) × Sa = (1311,15 ± 2,78) × 0,0706= 1311,15 ± 0,1962 ppm
CFe(II) = (Cb ± t0,95 ) × Sb = (1263,7 ± 2,78) × 0,07 = 1263,7 ± 0,1946 ppm
CFe(III) = CFe(III) ± Ɛ0,95 = 47,45 ± √0,22 2 + 0,21 2 = 47,45 ±0,2763 ppm
Mỗi lần thực hiện thí nghiệm, sự sai số trong việc pha mẫu và lượng dung dịch đưa vào cuvett không giống nhau, cùng với thao tác thí nghiệm, đều ảnh hưởng đến độ chính xác của số liệu thu được.
- Cách khắc phục sai số: Thao tác pha dung dịch phân tích cần chuẩn hơn, lượng thể tích cho vào cuvett phải ít chênh lệch
PHƯƠNG PHÁP PHỔ TỬ NGOẠI - KHẢ KIẾN (UV-VIS)
HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ
- Dung dịch chuẩn gốc: 1000 ppm Fe
- Dung dịch chuẩn trung gian: 50 ppm
- Dung dịch 1,10-phenantrolin 0,5% pha trong ethanol:nước (1:9)
- Dung dịch hydroxylamin 10% trong nước
- Bình định mức 100 ml, 500 ml
- Máy UV-Vis: UH5300 UV/VIS
Mẫu chứa nền: lấy dung dịch Fe pha loãng làm dung dịch mẫu với thể tích V (mL)
Để xác định nồng độ Fe theo phương pháp đường chuẩn, thể tích V cần thỏa mãn các điều kiện quy định Chuẩn bị 6 bình định mức 100 mL sạch, được đánh số từ 0 đến 5, trong đó bình số 0 là dung dịch blank Sử dụng pipet để lấy V mẫu dung dịch chuẩn trung gian Fe 50 ppm (SV tự tính toán) và cho vào các bình định mức từ 1 đến 5, sao cho nồng độ Fe trong các bình (sau khi định mức tới vạch) đạt được các giá trị 0,1; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0 ppm.
Để thực hiện phản ứng khử, thêm 1.00 mL NH2OH và lắc đều, sau đó để yên trong 30 phút cho phản ứng diễn ra hoàn toàn Tiếp theo, thêm 5 mL đệm acetat pH 5 và 1 mL phenantrolin, sau đó dùng nước cất để định mức đến vạch mức Các dung dịch này sẽ ổn định sau 10 phút.
Tính lượng chất chuẩn thêm vào mẫu
Ta pha 4 mẫu để lập đường chuẩn nên nồng độ chất thêm vào phải theo quy tắc: Cx;
Cx+Ca1; Cx+Ca2; Cx+Ca3; với Ca1 ≈ 0,5Cx; Ca2 ≈ Cx; Ca3 ≈ 2Cx suy ra nồng độ Fe sau khi thêm chuẩn là 3Cx
Vì bài trên ta đã ước lượng được hàm lượng chất phân tích là khoảng 1311,15 ppm
Theo nguyên tắc lập đường chuẩn thì nồng độ đo không nên vượt quá 5 ppm
Từ các dữ liệu trên ta lập bảng sau để điều chế dung dịch
- Đối với mẫu không có hydroxylamine:
Nồng độ dãy thêm chuẩn (ppm) [Fe] f
Dung dịch Fe pha loãng 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
H2O Thêm đến vạch mức fiol 100ml
- Đối với mẫu có hydroxylamine:
A x+ai : độ hấp thu của các dung dịch thêm i
A x : độ hấp thu của các dung dịch xác định
C ai : Lượng Fe (μg) chuẩn thêm vào các bình định mức 100 mL,
Cx: Lượng Fe (μg) trong mẫu xác định trong bình định mức 10 mL, tương ứng 10 mL mẫu
Kết quả đo được: Độ hấp thu cực đại Mẫu đo (x)
+ Đối với mẫu không có hydroxylamine (đo lượng Fe 2+ ):
Nồng độ dãy thêm chuẩn (ppm) [Fe] f
Dung dịch Fe pha loãng 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Dung dịch trung gian 50ppm 0,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0
H2O Thêm đến vạch mức fiol 100ml
C ’ xTB = Cx1 + Cx2 + Cx3+Cx4
+ Đối với mẫu có hydroxylamine ( đo lượng Fe tổng):
CxTB = Cx1 + Cx2 + Cx3+Cx4
Vậy hàm lượng Fe của mẫu ban đầu là: CFe= 1441,1 ppm
3.2.2 Dùng phương pháp đồ thị
Hình 3, Đồ thị sự phụ thuôc của độ hấp thu vào nồng độ đối với mẫu không có hydroxylamine
+Đối với mẫu không có hydroxylamine (đo lượng Fe 2+ ):
Nồng độ [Fe]f (ppm) 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Độ hấp thu cực đại 0,2708 0,3848 0,4834 0,5852 0,6806
Bảng 1: Độ hấp thu cực đại của các dung dịch có nồng độ khác nhau
Hình 1, Đồ thị sự phụ thuôc của độ hấp thu vào nồng độ đối với mẫu không có hydroxylamine
Từ đồ thị ta có thể suy ra được phương trình tuyến tính của nó là: y = 0,1965x + 0,1990 Khi C ’ a = 0 => 0 = 0,1965x + 0,1990
Vậy hàm lượng Fe 2+ của mẫu ban đầu là: CFe2+ = 1012,7 ppm y = 0,1965x + 0,1990 R² = 0,9989
-1.5 -0.5 0.5 1.5 2.5 Độ hấp thu cực đại
+ Đối với mẫu có hydroxylamine ( đo lượng Fe tổng):
Nồng độ [Fe]f (ppm) 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Độ hấp thu cực đại 0,2161 0,3079 0,4002 0,4902 0,5864
Bảng 2: Độ hấp thu cực đại của các dung dịch có nồng độ khác nhau
Hình 2 Đồ thị sự phụ thuôc của độ hấp thu vào nồng độ đối với mẫu có hydroxylamine
Từ đồ thị ta có thể suy ra được phương trình tuyến tính của nó là: y = 0,2021x + 0,2804 Khi Ca = 0 => 0 = 0,2021x + 0,2804
Vậy hàm lượng Fe 2+ của mẫu ban đầu là: CFe= 1387,4 ppm
Nồng độ các chất phân tích trong mẫu:
→ Vậy khối lượng Fe có trong mẫu là 1387,4 ppm (mg/L) y = 0,2021x + 0,2804 R² = 0,9995
-2 -1 0 1 2 3 Độ hấp thu cực đại
Hai phương pháp tính toán và đồ thị cho thấy sự chênh lệch giá trị là 1441,1 ppm và 1387,4 ppm Đồ thị đường chuẩn thể hiện sự lệch so với định luật Lambert – Beer, nhưng độ chính xác của đường chuẩn vẫn được chấp nhận với R2 lần lượt là 0,9989 và 0,9995.
• Sử dụng dung dịch đệm do phương pháp xác định dựa trên màu của phức nên pH của dung dịch phải được ổn định ở một khoảng pH nhất định
• Nguyên nhân dẫn đến sai số:
Máy phổ UV sử dụng công nghệ một chùm tia, vì vậy cần khởi động máy khoảng 20 phút trước khi sử dụng để đảm bảo nguồn sáng từ đèn ổn định Việc đo quá lâu có thể khiến đèn quá nóng, ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo.
- Phương pháp quang cao hơn so với việc sử dụng phương pháp trắc quang trong việc xác định Fe 2+
Thứ tự cho các thuốc thử trong quá trình xác định nồng độ ion Fe là rất quan trọng Nếu 1,10 phenantrolin được thêm vào trước hydroxylamine, quá trình khử Fe 3+ thành Fe 2+ sẽ không diễn ra hiệu quả Điều này xảy ra vì Fe 3+ tạo phức không màu với 1,10 phenantrolin, làm hạn chế phản ứng khử sắt và dẫn đến sai lệch trong việc xác định tổng nồng độ các ion Fe.
- Cuvette được sử dụng trong bài không nằm trong tình trạng tốt nhất, cuvette có màu có thể ảnh hưởng đến kết quả đo quang
- Do lượng sắt trong nước máy khá lớn, nên phải sử dụng nước cất để tiến hành toàn bộ quá trình nên tráng dụng cụ trước khi sử dụng.
SO SÁNH KẾT QUẢ
‒ Lượng Fe tính ra trong phương pháp dựng đường chuẩn thông thường là 1311,15 ppm
‒ Còn lượng Fe tính ra trong phương pháp dựng đường chuẩn theo phương pháp thêm chuẩn là 1387,4 ppm
Phương pháp thêm chuẩn mang lại kết quả chính xác hơn vì nó loại bỏ hiệu ứng ma trận khỏi phép đo Đồng thời, phương pháp này cũng có khả năng đo được các điểm dưới giới hạn phát hiện (LOQ), điều mà phương pháp dựng đường chuẩn thông thường không thực hiện được.
CHUẨN ĐỘ PH, HIỆU CHUẨN VÀ SỬ DỤNG MÁY ĐO PH
DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
Tên:Acid Oxalic Dihydrate CTPT: H2C2O4.2H2O Độ tinh khiết: ≥99,5%
CAS: 6153-56-6 Hãng sản xuất: Xilong Scientific Nồng độ: 0,1000N
Cân phân tích Máy đo pH Buret
- Dung dịch H3PO4 + HCl kiểm tra
- Dung dịch chỉ thị phenolphtlein 0,1%
- Chỉ thị methyl da cam
Nhúng điện cực vào dung dịch sao cho dung dịch ngập lỗ của điện cực, nhưng cần lưu ý không để điện cực quá sâu để tránh việc thanh khuấy va chạm làm bể màng thủy tinh Nếu dung dịch quá ít, cần thêm nước cất vừa đủ để tạo khoảng cách an toàn cho điện cực.
Giá trị pH được coi là ổn định khi dao động không quá ± 0.01 đơn vị pH, trong khi đối với điện cực sử dụng lâu, mức chấp nhận có thể lên đến ± 0.02 đơn vị pH.
3.1 Pha chế dung dịch chuẩn H 2 C 2 O 4 0,1000 N
Số gam H2C2O4.2H2O cần lấy để pha 100 mL dung dịch H2C2O4 0,1000 N m H 2 C 2 O 4 = N × E × V = 0,1000 × 63,03 × 0,1 = 0,6303 g
− Khối lượng H2C2O4.2H2O cân thực tế là: mrel = 0,6311 g
− Hệ số hiệu chỉnh: Kcor = m rel m theo = 0,6311
− Sai số do cân phân tích gây ra: 𝑢 𝑐â𝑛 = 0,0001
− Sai số do fiol 100 mL gây ra: 𝑢 𝑓𝑖𝑜𝑙 = 0,1
0,6323 ) 2 = 0,000042 Biểu diễn nồng độ H2C2O4: CN H2C2O4 = 0,100127 ± 0,000042 (N)
Cân 0,6303g H 2 C 2 O 4 2H 2 O trong becher 100ml, hòa tan vừa đủ
Cho dung dịch vào fiol
Thêm nước cất đến vạch, lắc đều
3.2 Chuẩn hóa dung dịch NaOH bằng H 2 C 2 O 4 0,100127 N
3.2.1 Thí nghiệm 1: Chuẩn độ NaOH dùng chỉ thị phenolphthalein
Phương trình chuẩn độ: 2OH - + H2C2O4 → C2O4 2-+ 2H2O
− Sai số do pipet gây ra: 𝑢 𝑝𝑖𝑝𝑒𝑡 = 0,05
Vậy sai số nồng độ NaOH là:
0,100317) 2 = 0,00028 Biểu diễn nồng độ NaOH: CN NaOH = 0,11272 ± 0,00028 (N)
→ 𝑉̅ Dung dịch NaOH cần xác định
3.2.2 Thí nghiệm 2: Chuẩn độ NaOH trên máy pH
Thể tích NaOH pH Thể tích NaOH pH Thể tích NaOH pH
3 lần Dung dịch NaOH cần xác định Đo pH mỗi lượng thể tích NaOH xác định
V NaOH trung bình (ml) pH ΔV ΔpH ΔpH/ΔV
Từ đồ thị ta thấy:
Vtb NaOH (ml) Đồ thị pH=f(V)
Vtb NaOH (ml) Đồ thị ΔpH/ΔV = f (Vtb)
3.3 Chuẩn độ hỗn hợp HCl và H 3 PO 4
3.3.1 Thí nghiệm 3: Chuẩn độ hỗn hợp HCl và H 3 PO 4 bằng buret
Chuẩn độ HCl và H 3 PO 4 với methyl da cam
Chuẩn độ HCl và H 3 PO 4 với phenolphtalein
Thể tích NaOH Chỉ thị methyl da cam
Thể tích NaOH Chỉ thị phenolphthalein
Thể tích NaOH chuẩn độ hết 1 nấc là: 𝑉 = 20,683 − 15,450 = 5,233 𝑚𝐿
Thể tích NaOH phản ứng với HCl là: 𝑉 = 15,450 − 5,233 = 10,217 𝑚𝐿
− Tính nồng độ HCl và H3PO4
Dung dịch NaOH cần xác định
Da cam → Vàng 10,00ml hỗn hợp HCl và
Dung dịch NaOH cần xác định
10,00ml hỗn hợp HCl và
− Sai số do pipet gây ra: 𝑢 𝑝𝑖𝑝𝑒𝑡 = 0,05
− Sai số nồng độ NaOH: 𝑢 𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,00028
Vậy sai số nồng độ HCl và H3PO4 là:
3.3.2 Thí nghiệm 4: Chuẩn độ HCl và H 3 PO 4 bằng máy pH
3 lần Dung dịch NaOH cần xác định Đo pH mỗi lượng thể tích NaOH xác định
10,00ml dung dịch HCl và H3PO4
3 lần Dung dịch NaOH cần xác định
10,00ml hỗn hợp HCl và
2 giọt metyl da cam Đo pH mỗi lượng thể tích NaOH xác định
VNaOH (mL) pH ΔpH ΔV ΔpH/ΔV
Từ đồ thị ta thấy nấc 1 có ( ∆pH
VNaOH (mL) pH ΔpH ΔV ΔpH/ΔV
Thể tích NaOH (ml) Đồ thị pH=f(V)
V NaOH (ml) Đồ thị ΔpH/ΔV = f(V)
Từ đồ thị ta thấy nấc 2 có
Từ 2 kết quả chuẩn độ bằng máy, tính dược thể tích NaOH phản ứng với HCl và nấc
1 H3PO4 lần lượt là 10,5 mL và 5,20 mL
V NaOH (ml) Đồ thị ΔpH/ΔV = f(V)
Trả lời câu hỏi
Câu 1: Tại sao phải tiến hành chỉnh đệm pH trước khi đo pH hoặc chuẩn độ pH
- Giữ pH của dung dịch được ổn định trong quá trình đo
Máy đo pH cần được hiệu chuẩn bằng bộ đệm chuẩn để đảm bảo kết quả đo chính xác dựa trên đường cong chuẩn đã thiết lập Nếu quá trình hiệu chuẩn không được thực hiện đúng cách, các phép đo pH sẽ có thể không chính xác.
Sự lão hóa và sự thay đổi điện cực pH theo thời gian có thể ảnh hưởng đến đặc điểm của chúng Việc hiệu chuẩn là cần thiết để đảm bảo máy đo pH hoạt động chính xác với cảm biến pH hiện tại.
Nhiễu của cùng một chất có thể sở hữu các đặc tính khác nhau, do đó việc hiệu chuẩn pH với các bộ đệm chuẩn hóa là rất quan trọng Điều này giúp ngăn ngừa các vấn đề liên quan đến màng tế bào, chẳng hạn như sự khác biệt về cường độ ion.
Câu 2: Vì sao dung dịch đệm thứ nhất luôn là 7 hoặc 6,86?
Điện cực chỉ thị, hay còn gọi là điện cực thủy tinh, của máy đo pH chứa dung dịch đệm pH khoảng 7 Điện thế do điện cực tạo ra phản ánh sự chênh lệch pH giữa dung dịch bên trong và bên ngoài Để hiệu chuẩn máy, dung dịch đệm đầu tiên thường được chọn là pH 7 hoặc 6,86, giúp đưa điện thế trong máy đo pH về 0.
Câu 3: Cách tính pKa từ đường cong chuẩn độ pH theo V? pH = 2 × log (H2C2O4)
Trước tương đương 1: pH = pKa1 + log( 𝐶𝑏
𝐶𝑎 ) (Cb, Ca tương ứng với lượng thể tích cho vào)
Tương đương 2: pH= pK2 + log ( 𝐶𝑏1
𝐶𝑏2 ) (Cb1, Ca1 tương ứng với lượng thể tích V cho vào)
Tại điểm tương đương 2: pH= 7 (Do phân ly H2O)
Sau tương đương 2: pH = - log (OH-dư)
Câu 4: Tại sao phải chỉnh nhiệt độ của máy theo nhiệt độ dung dịch trước khi chỉnh đệm?
Trước khi tiến hành hiệu chuẩn, cần điều chỉnh nhiệt độ của máy theo nhiệt độ của dung dịch, vì nồng độ pH của dung dịch phụ thuộc vào nhiệt độ, và nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến pH của đệm.
Câu 5 Tại sao theo lý thuyết V tđ2 = 2V tđ1 nhưng trên thực tế V tđ2 > 2 V tđ1 ?
Nguyên nhân gây ra sự sai lệch trong quá trình chuẩn độ có thể do sự thay đổi mật độ ion hoặc sự xuất hiện của ion lạ Tuy nhiên, một lý do đơn giản và hợp lý hơn là do chất chỉ thị được sử dụng Cụ thể, ở nấc thứ hai, chúng ta sử dụng Phenolphtalein và dừng chuẩn độ khi dung dịch chuyển từ trong suốt sang màu hồng nhạt, giúp thực hiện chuẩn độ chính xác Ngược lại, ở nấc thứ nhất, Methyl da cam được sử dụng, và việc dừng chuẩn độ khi dung dịch từ màu đỏ chuyển sang màu vàng cam thường dẫn đến việc dừng trước điểm tương đương, gây ra hiện tượng Vtđ2 > 2 Vtđ1.
Câu 6 Tại sao ta không chuẩn đến điểm tương đương thứ 3 của acid phosphoric ?
Ta không chuẩn tới điểm tương đương thứ 3 của acid phosphoric là bởi
Giá trị Ka3 = 4.10^-13 nhỏ hơn nhiều so với 10^-8, dẫn đến bước nhảy chuẩn độ quá nhỏ, gây khó khăn trong việc xác định điểm tương đương bằng phương pháp thủ công Ngay cả khi sử dụng máy đo pH, việc xác định này cũng trở nên rất khó khăn.
Câu 7 Tính pH tđ1 và pH tđ2 , so sánh với kết quả thực tế
Kết quả thực tế chuẩn bằng máy pH pHtđ 1 = ẵ (4,325 + 4,543) = 4,434 tại Vtb = 10,65 mL pHtđ 2 = ẵ (8,134 + 9,012) = 8,573 tại Vtb = 21,20 mL
Kêt pHtđ1 = ẵ(pK1 + pK2) = ẵ (2,15+7,2) = 4,68 gần với thực tế pHtđ2 =ẵ(pK2 + pK3) = ẵ (7,2 + 12,4) = 9,8 khỏc xa nhiều so với thực tế
Câu 8 Tại sao phải hoạt hóa điện cực bằng cách ngâm qua đêm với dung dịch HCl 1M?
Để bảo trì điện cực sau khi sử dụng hoặc khi không sử dụng trong thời gian dài, hãy ngâm điện cực trong dung dịch HCl 1M Việc này không chỉ giúp bảo quản điện cực hoạt động mà còn duy trì tuổi thọ của nó, đặc biệt khi điện cực bị nhiễm bẩn bởi Abuminoid HCl 1M là giải pháp hiệu quả để loại bỏ các tạp chất và đảm bảo hiệu suất của điện cực.
Câu 9 Mục đích của hiệu chuẩn điện cực là gì?
Sau một thời gian sử dụng, điện cực có thể bị lão hóa hoặc bị phủ, ngay cả ở những máy đo pH tốt nhất Do đó, việc hiệu chuẩn là cần thiết Hiệu chuẩn bằng dung dịch đệm giúp bù đắp sự khác biệt giữa cảm biến pH và môi trường xung quanh.
Hiệu chuẩn điện cực cần 3 dung dịch đệm ở 3 môi trường Việc này khiến độ chính xác của máy được đảm bảo đáng kể
Giải quyết các vấn đề liên quan đến sự khác biệt của mẫu là rất quan trọng, vì các mẫu trong cùng một chất có những đặc tính khác nhau Việc hiệu chuẩn điện cực giúp khắc phục các vấn đề như sự khác biệt về cường độ ion và các vấn đề liên quan đến màng tế bào.
XÁC ĐỊNH HỖN HỢP CAFFEIN VÀ PARACETAMOL TRONG MẪU DƯỢC PHẨM BẰNG HPLC-UV
Dụng cụ
- Cân phân tích, có thể cân chính xác đến
- Giấy lọc, loại trung tính, tốc độ chảy trung bình
- Bộ lọc dung môi, với màng lọc có cỡ lỗ 0,45 m.
Hệ thống sắc kí lỏng hiệu năng cao
- Cột phân tích HPLC C18, kích thước cột 250 mm x 4 màng diot (DAD)
- Máy tính xử lý dữ liệu.
Hóa chất
Tên hóa chất CTPT CAS
Quy trình
2.4.1 Tối ưu quá trình tách
Chọn theo điều kiện tối ưu ở tốc độ dòng là 1mL/phút
Khảo sát thành phần pha động
Để khảo sát sơ bộ quá trình tách, chọn bước sóng 263nm Sử dụng chuẩn hỗn hợp A để phân tích thành phần pha động, và thực hiện khảo sát thành phần này theo tỉ lệ dung môi (V:V) như đã đề xuất, hoặc điều chỉnh tùy theo thực nghiệm.
MeOH: H2O = 40: 60 MeOH: H2O = 50: 50 MeOH: H2O = 60: 40 Lưu ý: Với máy HPLC-DAD, chọn CH1: 272nm; CH2: 254 nm
2.4.2 Định danh peak và khảo sát bước sóng
Caffein có được thành phần pha động phù hợp, tiến hành tiêm chuẩn đơn B và
C để định danh peak (tR) của từng chất
Caffein: bước sóng 272 nm Paracetamol: bước sóng 254 nm
2.4.3 Xây dựng phương trình hồi qui tuyến tính – Xác định
Tiến hành tiêm các dung dịch vào hệ thống HPLC, bắt đầu với mẫu trắng, sau đó là các dung dịch chuẩn có nồng độ từ thấp đến cao của hỗn hợp caffeine và Paracetamol.
Để xác định LOD và LOQ, trước tiên cần sử dụng mẫu trắng là nước cất Tiếp theo, tiến hành chạy các dung dịch chuẩn cho đến khi đạt được tỷ lệ S/N khoảng 3 Sau khi xác định được S/N ~ 3 cho hai chất, thực hiện pha chế hỗn hợp chuẩn tại điểm chuẩn và tiến hành chạy thêm ba lần để xác nhận LOD Cuối cùng, từ kết quả này, tính toán giá trị LOQ.
Cân 10 viên thuốc rồi nghiền thành bột mịn Cân chính xác khoảng 500mg vào cốc thêm khoảng 50mL MeOH, đánh siêu âm rồi chuyển hết vào bình định mức 100mL, định mức bằng nước cất, lọc bằng hệ thống áp suất kém hoặc lọc áp suất thường, sau đó lọc qua màng lọc 0,45μm Tiêm vào hệ thống HPLC Căn cứ vào hàm lượng paracetamol và cafein trong viên thuốc và hệ số đáp ứng của paracetamol cũng như caffeine mà pha loãng sao cho phù hợp
Từ đó xác định hàm lượng paracetamol và caffein trên 1 viên thuốc
=> Hàm lượng paracetamol và caffein trong 0,5002 g mẫu như sau:
0,7007× 65 = 46,401 mg Nồng độ paracetamol và caffein trong dung dịch mẫu thuốc trước pha loãng:
0.1 = 464,01 ppm Nồng độ paracetamol và caffein trong dung dịch mẫu thuốc sau pha loãng 200 lần:
200 = 2,32 ppm Thể tích dung dịch mẫu trước pha loãng cần lấy để pha 100 mL dung dịch pha loãng
300 lần có Cparacetamol = 17,85 ppm là:
3569,3 = 0,500 mL => Mẫu thêm chuẩn paracetamol được chuẩn bị bằng cách thêm 0,5 ml dung dịch paracetamol 1000 ppm và 0,500 ml dung dịch pha loãng vào fiol 100 mL, định mức đến vạch.
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH
3.1 Khảo sát thành phần pha động:
Dùng bước sóng 207nm và 272nm để khảo sát toàn bộ quá trình tách, Dùng chuẩn hỗn hợp A để khảo sát thành phần pha động
Sau khi tiến hành khảo sát quá trình tách trong hệ 3 pha, ta được các kết quả:
Hình 1 Thành phần pha động MeOH : H 2 O = 30 : 70
Hình 2 Thành phần pha động MeOH : H 2 O = 50 : 50
Hình 3 Thành phần pha động MeOH : H 2 O = 60 : 40
Hình 4 Kết quả khảo sát thành phần 3 pha động
Kết quả từ sắc ký đồ cho thấy khi sử dụng tỷ lệ dung môi MeOH : H2O = 60 : 40, hai chất được tách biệt rõ ràng với các đỉnh sắc nét và thời gian rửa giải cách xa nhau, đồng thời giảm thiểu hiện tượng nhiễu.
→ Tỷ lệ dung môi cho thành phần pha động là MeOH : H 2 O = 6 : 4
3.2 Khảo sát và định danh peak
Sử dụng sự tương hợp giữa tR của mẫu A và tR của mẫu C để xác định peak của paracetamol
Giản đồ thêm chuẩn 1mL dung dịch Paracetamol vào hệ thuốc (C)
Giản đồ thành phần pha động đã chọn (A)
Kết quả đo dung dịch chuẩn làm việc A và C
Dựa vào bảng kết quả, peak 1 với tRA = 3,358 nằm trong khoảng tRC của mẫu chuẩn C paracetamol 2,5ppm (từ 3,325 → 3,925 min), xác nhận rằng peak 1 chính là paracetamol, trong khi peak 2 là caffein.
→ Paracetamol hấp thu cực đại ở bước sóng 207nm,
→ Caffein hấp cetamol hấp thu cực đại ở bước sóng 207nm,
→ Caffein hấp thu cực đại ở bước sóng 272nm
3.3 Xây dựng phương trình hồi qui tuyến tính – Xác định LOD, LOQ:
Chạy dung môi cho pha động với tỷ lệ MeOH : H2O = 60 : 40 ta được kết quả: Đường chuẩn paracetamol tại bước sóng 207 nm
Viết nhãn STD1 STD2 STD3 STD4 STD5
Nồng độ dãy chuẩn (ppm) 1 2,5 5 10 20
Diện tích peak 901 2054 3122 5936 12542 Đường chuẩn caffein tại bước sóng 272 nm
Viết nhãn STD1 STD2 STD3 STD4 STD5
Nồng độ dãy chuẩn (ppm) 1 2 5 10 20
Hình 6 Đồ thị phương trình hồi quy tuyến tính của Paracetamol y = 605.48x + 248.79 R² = 0.9968
Hình 7 Đồ thị phương trình hồi quy tuyến tính của Caffein
Gọi phương trình hồi quy tuyến tính cho đường chuẩn paracetamol và caffein có dạng:
S = K × C + 𝛼 Với: S là diện tích peak (𝝁𝑽.𝐬𝐞𝐜 )
K là hệ số đáp ứng
→ Phương trình hồi quy tuyến tính của paracetamol và caffein lần lượt:
Tiến hành chạy HPLC cho mẫu thực, ta thu được kết quả: y = 1602.7x + 356.4 R² = 0.9988
Hình 8 Sắc ký đồ mẫu thực
Peak Name Paracetamol Caffeine Blank QT
Diện tích peak paracetamol mẫu thực: Smẫu-Sblank= 12223 – 4132 = 8091 Áp dụng kỹ thuật đường chuẩn
Ta có, phương trình đường chuẩn của paracetamol là S = 605,48C + 248,79
=> Nồng độ paracetamol trong mẫu phân tích pha loãng là:
605,48 = 12,95(𝑝𝑝𝑚) =>Nồng độ paracetamol có trong mẫu thuốc là:
0.500 = 2590 (ppm) Lượng paractamol trong 0,5002 gam thuốc là:
2590 x 0,1%9,0 (g) Áp dụng kỹ thuật một chuẩn S=K.C
Sử dụng giá trị đo dãy chuẩn paracetamol tại C = 5 (ppm) có S = 3122
624,4 = 12,96 (𝑝𝑝𝑚) Lượng paracetamol có trong 0,4998 gam thuốc:
0.500 x 0,1 = 259,2 (mg) Áp dụng kỹ thuật so sánh 2 chuẩn
12542−5936×(8091 - 5936) = 13,26 (ppm) Lượng paracetamol có trong 0,5002 gam thuốc:
KẾT LUẬN
− Từ kết quả theo 3 kỹ thuật tính toán, ta tính toán để phát hiện sai số thô nồng đồ para theo chuẩn Dixon như sau:
Như vậy, Qtn < Qlt => Không mắc sai số thô
=> Không có sự chênh lệch về 3 kỹ thuật tính toán.
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Câu 1 Trình bày cấu tạo một hệ thống sắc kí lỏng hiệu năng cao
Cấu tạo của hệ thống HPLC:
Pha động trong HPLC là hỗn hợp chất lỏng phân cực và không phân cực, với nồng độ thay đổi tùy thuộc vào thành phần mẫu.
Bộ phận phân phối dung môi sử dụng bơm pittong để hút pha động từ bình dung môi và đẩy vào hệ thống thông qua các bộ phận tiêm mẫu, cột và đầu dò, sau đó đưa vào bình đựng dung môi thải Áp suất vận hành của hệ thống có thể dao động từ 6000 psi (413 bar) đến 18 000 psi (1240 bar), tùy thuộc vào cấu hình hệ thống như kích thước cột, kích thước hạt của pha tĩnh, tốc độ chảy và thành phần của pha động.
Bộ phận tiêm mẫu trong hệ thống HPLC có thể là loại tự động hoặc thủ công, sử dụng kim phun Kim phun mẫu cho phép tiêm chất lỏng với thể tích từ 0,1-100 mL, đảm bảo độ tái lập cao và hoạt động dưới áp suất lên đến 18.000 psi.
Cột phân tích thường được chế tạo từ thép không gỉ, có chiều dài từ 50 đến 300 mm và đường kính trong từ 2 đến 5 mm Thông thường, bên trong cột được nhồi bằng các hạt silica hoặc silica lai có kích thước từ 2,5 đến 10 mm.
Trong quá trình phân tích, việc duy trì nhiệt độ ổn định cho pha động và cột là rất quan trọng Do đó, nhiều hệ thống hiện nay được trang bị thêm buồng điều nhiệt cho cột để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong quá trình hoạt động.
Detector ở cuối cột sắc ký có vai trò quan trọng trong việc phát hiện các chất phân tích khi chúng được rửa giải Các loại đầu dò phổ biến thường được sử dụng bao gồm máy UV-VIS và huỳnh quang.
47 quang, khối phổ, tán xạ bay hơi…
6 Thiết bị thu thập dữ liệu
Tín hiệu từ đầu dò có thể được thu thập thông qua máy ghi biểu đồ hoặc các bộ tích hợp điện tử khác, kết hợp với phần mềm để lưu trữ, phân tích và xử lý dữ liệu sắc ký một cách hiệu quả.
Câu 2 Trình bày cơ chế hoạt động của van tiêm mẫu trong sắc kí lỏng
Một mẫu được bơm vào đường dẫn dòng chảy dung để phân tích thông qua bộ bơm thủ công hoặc bộ lấy mẫu tự động Mỗi thiết bị này được trang bị van sáu cổng, cho phép bơm mẫu vào đường dẫn dòng với áp suất liên tục Đối với bộ tiêm mẫu bằng tay, núm được vận hành bằng tay để đưa mẫu vào cột, như thể hiện trong hình.
Núm được đặt ở vị trí "LOAD" để tiêm mẫu, như hình ảnh bên trái cho thấy Sử dụng ống tiêm siêu nhỏ, mẫu có thể được bơm vào vòng mẫu, tách biệt với đường dẫn dòng.
Núm vặn được đặt ở vị trí "INJECT" để chất rửa đi qua vòng lặp từ bơm và đưa mẫu vào cột Bộ lấy mẫu tự động thực hiện quy trình này một cách tự động, giúp duy trì hoạt động liên tục.
Câu 3 Trình bày nguyên tắc hoạt động của đầu dò UV
Khi không có mẫu, ánh sáng đi qua detector tạo ra tín hiệu lớn nhất tại dòng cảm biến Tuy nhiên, khi một mẫu có bước sóng đi qua detector, nó làm giảm lượng ánh sáng tại dòng cảm biến, dẫn đến sự thay đổi tín hiệu ở detector Tín hiệu này chuyển thành một dòng electron và tạo ra sắc phổ trên giấy, với tín hiệu hiển thị tăng lên tại mẫu của dòng pin Detector cũng phản ứng và thay đổi theo nội dung của dòng pin.
Câu 4 Trình bày cách xác định LOD, LOQ trong bài
Chạy mẫu và điều chỉnh nồng độ thấp nhất để đảm bảo tín hiệu của chất phân tích vẫn được ghi nhận Việc xác định tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (S/N = Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu) là rất quan trọng, trong đó S đại diện cho chiều cao tín hiệu của chất phân tích.
Nhiễu đường nền được xác định từ cả hai phía của đường nền, với việc tính toán nhiễu lân cận tốt nhất ở hai bên píc Bề rộng nhiễu ở mỗi bên nên tối thiểu gấp 10 lần chiều rộng của píc tại nửa chiều cao.
LOD được chấp nhận tại nồng độ mà tại đó tín hiệu lớn gấp 2-3 lần nhiễu đường nền, thông thường thường lấy S/N =3
Hình 1: Xác định LOD bằng cách tính S/N
Câu 5 Trình bày cách xác định phương trình hồi quy tuyến tính trong bài
Để xác định nồng độ C của chất phân tích trong mẫu thứ i, cần dựng một dãy chuẩn và tiêm vào máy sắc ký để thu được các diện tích peak Si tương ứng Tiếp theo, thiết lập mối tương quan S = f(Ci) thông qua phương trình hồi quy tuyến tính Quá trình này cũng được thực hiện trên mẫu có tín hiệu SX Cuối cùng, thay thế giá trị SX vào phương trình hồi quy để suy ra giá trị Cx.
Câu 6 Quá trình tối ưu tách sắc ký dựa trên các thông số nào của sắc ký đồ? Giải thích
Có ba thông số gây ảnh hưởng lớn đến tách các mũi sắc ký: số đĩa lý thuyết N, hệ số dung lượng k’, độ chọn lọc α
Số đĩa lý thuyết N của cột đặc trưng cho khả năng tách mũi sắc ký của các cấu tử trên cột N càng lớn, hiệu năng tách càng cao
Số đĩa lý thuyết có thể đo trên sắc ký đồ Người ta chứng minh được:
