BÀI GIẢNG HÓA PHÂN TÍCH

BÀI GIẢNG HÓA PHÂN TÍCH

Hóa phân tích CHƯƠNG 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA PHÂN TÍCH I. NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU CỦA HÓA PHÂN TÍCH Hóa học phân tích, hiểu theo nghóa rộng, không những chỉ là khoa học về các phương pháp phân tích đònh tính và đònh lượng các chất mà còn là khoa học về các phương pháp kiểm tra những quá trình hóa lý và kỹ thuật hóa học. Phân tích đònh tính (PTĐT) nhằm xác đònh sự hiện diện của các cấu tử (ion, nguyên tố hay nhóm nguyên tố) trong mẫu phân tích và đồng thời đánh giá sơ bộ hàm lượng của chúng: đa lượng, vi lượng, vết, … PTĐT phần lớn dựa vào sự chuyển chất phân tích thành một chất mới nào đó có những tính chất đặc trưng như có màu, có cấu trúc tinh thể hoặc vô đònh hình, có trạng thái vật lý nhất đònh… Phân tích đònh lượng (PTĐL) có nhiệm vụ xác đònh chính xác hàm lượng của những cấu tử trong mẫu. Phương pháp PTĐL dựa trên phép đo các thuộc tính hóa học, vật lý hoặc hóa lý của các chất hoặc của các phản ứng hóa học. Các phương pháp PTĐL bao gồm PPHH, PPVL, PPHL. Vai trò chủ yếu của hóa phân tích là PTĐL. Tuy nhiên trong thực tế muốn xác đònh hàm lượng một mẫu chưa biết thành phần rất phức tạp, vì sự có mặt của ion hay nguyên tố này thường cản trở việc xác đònh cấu tử khác. Do đó, dù có yêu cầu hay không, với một mẫu chưa biết thành phần phải tiến hành phân tích đònh tính trước để có thể chọn được phương pháp PTĐL thích hợp và cho kết quả chính xác. Các phương pháp phân tích đònh tính và đònh lượng cho phép xác đònh hàm lượng các nguyên tố riêng rẽ trong các chất phân tích được gọi là phương pháp phân tích nguyên tố, để xác đònh các nhóm chức được gọi là phân tích nhóm chức. Dựa vào các PPPT, người ta đã tìm ra những đònh luật hóa học quan trọng như đònh luật thành phần không đổi, đònh luật tỉ lệ bội, đònh luật tác dụng đương lượng, xác đònh các nguyên tử khối của một số nguyên tố, thành lập được công thức hóa học của rất nhiều hợp chất …. Hóa học phân tích tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các môn khoa học tự nhiên như đòa hóa học, đòa chất học, khoáng vật học, vật lý học, sinh vật học, y học, hóa kỹ thuật, công nghiệp luyện kim,… và hóa học phân tích còn là cơ sở cho việc kiểm nghiệm hóa học trong nghiên cứu, sản xuất (kiểm tra nguyên liệu, bán thành phẩm, thành phẩm), xây dựng các phương pháp kiểm tra tự động các quá trình kỹ thuật.… Vai trò của hóa phân tích ngày càng cao cũng có nghóa là các yêu cầu đối với ngành và người làm công tác phân tích ngày càng khắt khe hơn. Với ngành phân tích, phải luôn luôn phát triển hầu theo kòp đà phát triển của các ngành khác. Với người phân tích, do có sự tương quan giữa các ngành khoa học tự nhiên nên người phân tích phải có kiến thức về các môn toán, lý, hóa đại cương, hóa vô cơ, hóa lý và tin học để có thể nắm vững nguyên tắc của các 1 Hóa phân tích phương pháp và có thể đi sâu vào các phương pháp mới dựa trên các căn bản sẵn có. Ngoài ra, trong phần thực nghiệm, người phân tích cần có những đạo đức như cẩn thận, kiên nhẫn, chính xác, sạch sẽ, trung thực và có khả năng phán đóan kết quả phân tích. II. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH (PPPT) Có nhiều cách phân lọai các phương pháp phân tích, trong đó phổ biến nhất là cách phân loại dựa vào bản chất (hay đặc điểm) của phương pháp hoặc dựa vào hàm lượng của cấu tử trong mẫu phân tích. II.1. Phân loại theo bản chất của phương pháp Khi phân loại theo bản chất của phương pháp, hóa phân tích bao gồm các phương pháp sau: Phương pháp hóa học (PPHH) Dùng phản ứng hóa học để chuyển cấu tử khảo sát thành hợp chất mới mà với tính chất đặc trưng nào đó của hợp chất mới, ta có thể xác đònh được sự hiện diện và hàm lượng của cấu tử khảo sát. Ví dụ: trong môi trường ammoniac, với hàm lượng thích hợp Ni 2+ tham gia phản ứng hóa học với dimetyl glyoxim (DMG) cho xuất hiện kết tủa màu đỏ son. Như vậy, khi cho dung dòch DMG tác dụng với dung dòch phân tích: - Nếu dung dòch (DD) có xuất hiện tủa đỏ son, kết luận có Ni 2+ trong DD phân tích (đònh tính). - Tách và cân tủa ta xác đònh được hàm lượng Ni 2+ trong mẫu (đònh lượng). Phương pháp vật lý (PPVL) Phương pháp vật lý là các PPPT dùng để phát hiện hoặc xác đònh thành phần của chất cần nghiên cứu mà không cần phải sử dụng các phản ứng hóa học. Các phương pháp này có thể là các phương pháp dựa trên việc nghiên cứu các tính chất quang, điện, từ, nhiệt hoặc các tính chất vật lý khác. PPVL có 1 số ưu điểm so với các PPHH như có thể tách được các nguyên tố khó bò tách bởi PPHH, dễ áp dụng cho các quá trình tự động hóa. Phương pháp hóa lý (PPHL) Phương pháp hóa lý là PPPT dự trên sự kết hợp giữa PPVL và PPHH: sau khi thực hiện phản ứng hóa học giữa cấu tử khảo sát và thuốc thử, dựa vào việc khảo sát lý tính của hợp chất thu được hay DD tạo ra để đònh tính hoặc đònh lượng mẫu. Mặc dù xuất hiện khá lâu sau PPPT hóa học, các phương pháp hóa lý lại được phát triển và hiện đại hóa với tốc độ rất nhanh, được sử dụng ngày càng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu khoa học và trong cả phòng thí nghiệm nhà máy, xí nghiệp. Nguyên tắc chung của phương pháp là dùng biện pháp thích hợp tác động lên đối tượng nghiên cứu và ghi nhận sự thay đổi các tham số hóa lý của đối tượng nghiên cứu sau khi tác động. Để quan sát và ghi nhận các tham số hóa lý đòi hỏi phải sử dụng các dụng cụ và 2 Hóa phân tích thiết bò khá tinh vi, phức tạp. Vì lý do này, các PPPT vật lý và hóa lý thường được gọi là PPPT dụng cụ hoặc gọi theo thói quen là PPPT hóa lý. Các PPPT dụng cụ thường được chia thành các nhóm sau đây: (1) PPPT phổ nghiệm; (2) PPPT điện hóa; (3) PPPT sắc ký và (4) là các PPPT khác. Các phương pháp phổ nghiệm (PPPN) Các PPPN là các PPPT mà kết quả khảo sát có thể biểu diễn dưới dạng phổ. Thuộc nhóm phương pháp này gồm có các phương pháp quang phổ (quang học) dựa trên sự nghiên cứu của các phổ phát xạ, hấp thu và tán xạ ánh sáng. Phương pháp này còn bao gồm phương pháp khối phổ (phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách đo chính xác khối lượng phân tử của chất đó) và phương pháp phổ cộng hưởng từ dựa trên sự tương tác của nguyên tử, phân tử chất khảo sát với từ trường. Ngoài các phương pháp trên, nhóm các phương pháp phân tích phổ còn bao gồm PPPT dựa trên việc đo chiết suất khúc xạ của vật chất; PPPT hàm lượng các chất dựa trên sự đo lượng ánh sáng và phương pháp hấp đục là phương pháp dựa trên sự đo lượng ánh sáng do một huyền phù không màu hấp thu. Các phương pháp điện hóa (PPĐH) Ngày nay đã có tới khoảng ba mươi PPPT điện hóa khác nhau mà cơ sở của phương pháp dựa trên các quy luật, hiện tượng có liên quan đến phản ứng điện hóa xảy ra trên ranh giới tiếp xúc giữa các cực và DD phân tích, hoặc dựa vào tính chất điện hóa của DD tạo nên môi trường giữa các điện cực, hoặc dựa trên các ứng dụng của phản ứng điện hóa. Nhiều tác giả đề nghò chia các PPPT điện hóa thành 2 nhóm lớn: (1) nhóm các phương pháp dựa trên các quá trình điện cực và (2) nhóm các phương pháp không dùng các phản ứng điện cực. Các phương pháp thuộc nhóm một được chia thành hai phân nhóm: - Phân nhóm gồm các phương pháp trong đó các phản ứng điện cực ở trạng thái cân bằng bao gồm phương pháp đo thế và chuẩn độ điện thế với dòng bằng không. - Phân nhóm dựa trên sự điện phân (dòng khác không), bao gồm phương pháp volt – amper, chuẩn độ điện thế với dòng không đổi, phương điện khối lượng dòng không đổi hoặc thế không đổi, phương pháp cực phổ cổ điển, cực phổ dòng xoay chiều, phương pháp điện hóa hòa tan…. Các phương pháp không dùng phản ứng điện cực bao gồm các phương pháp điện dẫn và chuẩn độ điện dẫn, phương pháp xác đònh hằng số điện môi tương đối, phương pháp điện dẫn cao tần và chuẩn độ điện dẫn cao tần… Các phương pháp sắc ký (PPSK) Sắc ký là quá trình tách dựa trên sự chuyển dòch của hỗn hợp phân tích qua lớp chất bất động ở trạng thái rắn hoặc trạng thái lỏng tẩm trên chất mang rắn (được gọi là pha tónh) và sự chuyển dòch đó được thực hiện bằng một chất 3 Hóa phân tích lỏng hoặc chất khí có khả năng di chuyển (gọi là pha động). Các PPPT sắc ký cụ thể bao gồm nhóm sắc ký hấp phụ (rắn-khí, rắn-lỏng); nhóm sắc ký phân bố (lỏng - lỏng; lỏng - khí), sắc ký trao đổi ion và sắc ký rây phân tử. Quá trình tách sắc ký có thể xảy ra trên cột hoặc trên mặt phẳng như giấy, bản mỏng. Phương pháp sắc ký được sử dụng rộng rãi để tách những chất vô cơ và hữu cơ giống nhau về thành phần và tính chất, đặc biệt là có thể tách được các nguyên tố đất hiếm và những nguyên tố phóng xạ với hiệu quả khá cao. Ngoài khả năng tách, PPSK còn được dùng để đònh tính và đònh lượng rất nhiều loại mẫu thuộc lónh vực khoa học và lónh vực công nghiệp khác. Các PPPT hóa lý khác Ngoài các nhóm phương pháp trên, thuộc nhóm PPPT dụng cụ còn có PPPT phóng xạ dựa trên sự đo bức xạ của các nguyên tố có hoạt tính phóng xạ, các PPPT nhiệt, PPPT nhiệt điện, PP đo độ dẫn nhiệt, PP chuẩn độ nhiệt lượng và một số PPPT khác. Ưu điểm của các PPPT dụng cụ là độ nhạy cao, tốc độ phân tích nhanh, lượng mẫu phân tích bé… khi so sánh nó với PPPT hóa học: Chỉ tiêu so sánh Phương pháp hóa học Phương pháp dụng cụ Lượng mẫu Tính chọn lọc Thời gian Độ chính xác Dụng cụ Người phân tích Lớn (kém nhạy) Không cao Chậm Chính xác (*) Đơn giản, rẻ tiền Nhỏ (nhạy) Cao Nhanh Chính xác (*) Tối tân, đắt tiền Trình độ kỹ thuật cao (*) Nếu hàm lượng cấu tử trong mẫu khảo sát không quá bé, độ chính xác của bất kỳ PPPT nào cũng không thể vượt quá độ chính xác của PPPT hóa học. Phương pháp vi sinh Dùng để đònh lượng vết cấu tử dựa trên hiệu ứng của chúng với tốc độ phát triển của vi sinh vật. Phương pháp phân tích động học Phương pháp đònh tính và đònh lượng các nguyên tố dựa vào việc sử dụng các phản ứng xúc tác. Vì tốc độ của các phản ứng hóa học phụ thuộc vào nồng độ của các chất phản ứng nên đo tốc độ phản ứng có thể xác đònh nồng độ của chất phản ứng. PPPT động học có độ nhạy đặc biệt cao, gấp nhiều lần độ nhạy so với các PPPT khác (10 -5 – 10 -6 μg/ml). Các phương pháp khác Ngoài các phương pháp kể trên còn một số phương pháp khác chủ yếu dùng cho PPĐL. 4 Hóa phân tích Phương pháp nghiền Mẫu phân tích và thuốc thử rắn được nghiền trong cối sứ, nguyên tố cần tìm được phát hiện dựa vào sự tạo thành các hợp chất đặc trưng có màu sắc hay có mùi khác nhau. Ví dụ, nghiền mẫu ban đầu với KSCN, nếu thấy xuất hiện màu đỏ máu tức mẫu chứa các hợp chất của Fe 3+ . Phương pháp nhỏ giọt PPPT dựa trên sự mao dẫn và hấp phụ. Các phản ứng được thực hiện trên các tấm sứ, thủy tinh hoặc giấy lọc. Khi sử dụng giấy lọc, chất lỏng thấm vào giấy còn hợp chất màu được tạo thành bò hấp phụ ở một phần nhỏ của giấy lọc làm tăng độ nhạy của phản ứng. Ví dụ, để xác đònh ion Mn 2+ , người ta chấm 1 giọt DD phân tích lên tờ giấy lọc và cho vết ẩm bão hòa với hơi ammoniac. Thêm 1 giọt DD benzidine trong acid acetic. Mn(OH) 2 tạo thành được oxy hóa thành Mn(OH) 3 và Mn(OH) 4 nhờ oxy của không khí. Ở pH = 5, các hợp chất này oxy hóa benzidine và tạo thành màu xanh của xanh benzidine. Phương pháp thử nghiệm ngọn lửa Một số kim loại phát ra từ bức xạ có màu đặc trưng khi được đốt trên ngọn lửa xanh của đèn khí. Ví dụ: Na: lửa vàng Ca: lửa đỏ gạch K: lửa đỏ tím Ba: lửa đỏ lục Phương pháp soi tinh thể dưới kính hiển vi Dùng kính hiển vi có thể phân biệt được các dạng tinh thể của các hợp chất sau như: Phân biệt SrCrO 4 với BaCrO 4 Phân biệt CuSO 4 với BaSO 4 nhờ tinh thể của chúng có cấu trúc khác nhau đặc trưng. Phương pháp điều chế ngọc borax hay phosphate Một số oxyt kim loại có thể tạo hợp chất với borax hay phosphate có màu đặc trưng dưới ngọn lửa tính oxy hóa/khử hay ở trạng thái nóng/nguội. Ví dụ: Cu-Borax dạng ngọc màu xanh đậm khi nguội Mn-Borax màu tím ở ngọn lửa oxy hóa II.2. Phân loại theo lượng mẫu phân tích hay kỹ thuật phân tích Tùy hàm lượng của cấu tử trong mẫu và PPPT, lượng mẫu phân tích cũng khác nhau. Ta phân biệt: Phân tích thô Dùng dụng cụ cỡ 50-500ml và tách chất rắn khỏi chất lỏng bằng cách lọc. Lượng mẫu sử dụng từ 1-10g hay 1-10ml. Phân tích bán vi lượng Dùng dụng cụ <1ml và thường tách chất rắn khỏi chất lỏng bằng ly tâm. Lượng mẫu sử dụng từ 10 -3 -1g hay 10 -1 -1ml. 5 Hóa phân tích Phân tích siêu vi lượng Phân tích dưới kính hiển vi điện tử và môi trường đặc biệt với lượng mẫu sử dụng <10 -6 g hay < 10 -3 ml. Phân tích bán vi lượng ngày càng phát triển vì dùng ít mẫu, kỹ thuật tương đối đơn giản, có thể dùng trong phòng thí nghiệm hay nơi sản xuất. Phân tích vi lượng đòi hỏi những điều kiện nghiêm ngặt hơn. II.3. Phân loại theo hàm lượng chất khảo sát Phân tích đa lượng Bao gồm phân tích lượng lớn với hàm lượng chất khảo sát 0.1-100% và phân tích lượng nhỏ (hàm lượng chất khảo sát 0.01 -0.1%). Phân tích vi lượng Còn gọi là PPPT vết, khi hàm lượng chất khảo sát < 0.01% Ngoài các cách phân loại nói trên, người ta còn phân loại các PPPT theo trạng thái chất khảo sát. Theo cách phân loại này, ta có phân tích lối ướt (mẫu phân tích ở dạng DD) hoặc phân tích lối khô (mẫu phân tích ở trạng thái rắn). III. CÁC LOẠI PHẢN ỨNG HÓA HỌC DÙNG TRONG HÓA PHÂN TÍCH Những biến đổi hóa học kèm theo sự thay đổi thành phần hóa học, cấu tạo của các chất và được dùng trong hóa phân tích để PPĐT hoặc PTĐL gọi là những phản ứng phân tích. Ngoài hai nhiệm vụ chính nói trên, những phản ứng phân tích còn được sử dụng để hòa tan, chuyển dạng oxy hóa hoặc dạng khử, tách các nguyên tố hoặc hợp chất của chúng, che các nguyên tố ngăn cản sự xác đònh và giải che các nguyên tố đang ở dưới dạng bò che…. III.1. Các loại phản ứng dùng trong hóa phân tích Các loại phản ứng dùng trong hóa phân tích có thể chia thành hai nhóm chính: Phản ứng oxy hóa khử Phản ứng oxy hóa khử là phản ứng trao đổi điện tử giữa đôi oxy hóa/khử, thường được dùng trong hóa phân tích để: 1. Đònh tính: 2 Fe 3+ + 2 I - → 2 Fe 2+ + I 2 ↑ I 2 xuất hiện làm xanh giấy tẩm tinh bột 2. Hòa tan: 3 Cu + 8 HNO 3 → 3 Cu(NO 3 ) 2 + 2 NO ↑ + 4 H 2 O NO + ½ O 2 → NO 2 ↑ khói nâu 3. Đònh lượng: MnO 4 - + 5 Fe 2+ + 8 H + → Mn 2+ + 5 Fe 3+ +4 H 2 O (sử dụng dung dòch MnO 4 - có nồng độ biết trước để xác đònh DD Fe 2+ có nồng độ chứa biết và ngược lại). Phản ứng oxy trao đổi tiểu phân Phản ứng oxy trao đổi tiểu phân là tên gọi dùng chung cho phản ứng acid-bazơ, phản ứng tạo tủa và phản ứng tạo phức. 6 Hóa phân tích Phản ứng acid-bazơ: Phản ứng trao đổi H + giữa đôi acid/bazơ dùng trong hóa phân tích để: 1. Xác đònh tính acid hay bazơ của DD bằng cách đo pH 2. Hòa tan mẫu: CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + CO 2 ↑ + H 2 O 3. Đònh lượng: HCl + NaOH → NaCl + H 2 O Phản ứng tạo tủa: Phản ứng trao đổi ion để tạo thành hợp chất ít tan, được sử dụng để: 1. Đònh tính: Ag + + I - → AgI ↓ vàng 2. Tách nhóm: Ag + , Pb 2+ , Hg 2 2+ + HCl → AgCl , PbCl ↓ 2 ↓ , Hg 2 Cl 2 ↓ 3. Đònh lượng: SO 4 2- + Ba 2+ → BaSO 4 ↓ Phản ứng tạo phức: Phản ứng kết hợp ion để tạo phức chất dễ tan, được sử dụng để: 1. Đònh tính: Fe 3+ + n SCN - → [Fe(SCN) n ] (3-n)+ đỏ máu 2. Đònh lượng: Ca 2+ + H 2 Y 2- → CaY 2- + 2 H + 3. Hòa tan: AgCl ↓ + 2 NH 4 OH → [Ag(NH 3 ) 2 ] + + Cl - + 2 H 2 O 4. Che cấu tử dưới dạng phức bền: - Loại Ni 2+ : Ni 2+ + 4 CN - → [Ni(CN) 4 ] 2- - Để tránh tạo tủa CuS vì: [Cu(NH 3 ) 2 ] 2+ + H 2 S CuS → 5. Giải che (trả các ion bò che về trạng thái tự do): 2 Ag + + [Ni(CN) 4 ] 2- → 2 [Ag(CN) 2 ] - + Ni 2+ Ngoài các acid và bazơ, DD của nhiều muối cũng có tính acid hoặc kiềm. Nếu dung môi là nước, giữa những ion của muối với những ion của nước sẽ xảy ra phản ứng tương tác gọi là thủy phân. Quá trình thủy phân thường là quá trình thuận nghòch. Ví dụ: Ba(CH 3 COO) 2 + 2 H 2 O ⇋ CH 3 COOH + Ba 2+ + 2 OH - NH 4 Cl + H 2 O ⇋ NH 4 OH + H + + Cl - Al 2 S 3 + 6 H 2 O ⇋ 2 Al(OH) 3 + 3 H 2 S Theo nghóa rộng, sự thủy phân là phản ứng tương tác giữa những chất khác nhau (muối, hydrua, hợp chất chứa oxy, ) với những ion của nước, kèm theo sự phá hủy cân bằng điện ly của nước và làm thay đổi pH của DD. Trong hóa phân tích, các phản ứng thủy phân được sử dụng để: 7 Hóa phân tích 1. Tạo tủa hidroxid: một số thuốc thử như (NH 4 ) 2 CO 3 , (NH 4 ) 2 S, CH 3 COONa dễ bò thủy phân tạo thành ion hidroxyl tự do, tạo cho DD có các giá trò pH xác đònh. Người ta sử dụng các hidroxyl tự do sinh ra để tạo tủa hidroxid nhiều cation bằng DD nước của các muối thủy phân kể trên. 2. Tách các chất ra khỏi nhau dựa vào mức độ thủy phân khác nhau của các chất khác nhau. 3. Phát hiện các muối anion bò thủy phân tạo thành ammoniac tự do. 4. Phát hiện các ion mà muối của chúng khi thủy phân tạo thành các hợp chất không tan. Ví dụ: BeCl 2 khi thủy phân tạo thành BeO 2 Cl 2 ↓ III.2. Yêu cầu đối với thuốc thử dùng trong hóa phân tích Độ tinh khiết Độ tinh khiết là khái niệm dùng biểu diễn hàm lượng hợp chất X trong thuốc thử. Tùy vào hàm lượng này, người ta phân biệt: 1. Hóa chất kỹ thuật với X ≤ 99.0% 2. Hóa chất tinh khiết (P) với 99.0% ≤ X ≤ 99.9% 3. Hóa chất tinh khiết phân tích (PA) với 99.90% ≤ X ≤ 99.99% 4. Hóa chất tinh khiết hóa học với 99.990% ≤ X ≤ 99.999% 5. Hóa chất tinh khiết quang học hay đặc biệt với 99.999% ≤ X ≤ 99.9999% Tính chọn lọc Thuốc thử phải có tính chọn lọc (hay đặc hiệu) cao đối với cấu tử khảo sát X, nghóa là thuốc thử chỉ tác dụng với cấu tử X mà không tác dụng với các cấu tử khác đồng hiện diện trong mẫu. Ví dụ, hồ tinh bột là thuốc thử có tính chọn lọc đối với Iod. Tính nhạy Thuốc thử phải nhạy, nghóa là có khả năng phát hiện cấu tử khảo sát X khi X hiện diện trong mẫu với hàm lượng thấp. Tính nhạy của thuốc thử có thể được biểu diễn theo một trong hai khái niệm là giới hạn phát hiện hoặc độ loãng giới hạn. Giới hạn phát hiện: là lượng tối thiểu của X ( μ g/ml) mà thuốc thử phát hiện được. Ví dụ, giới hạn phát hiện Cu 2+ bằng NH 4 OH là 4 μ g/ml, giới hạn phát hiện Fe 3+ bằng SCN - là 0.25 μ g/ml,… Giới hạn phát hiện còn có thể được biểu diễn bằng nồng độ giới hạn hay nồng độ tối thiểu. Độ loãng giới hạn: là thể tích dung môi tối đa (ml) dùng để hòa tan 1g cấu tử X mà có thể phát hiện được X. Ngoài các điều kiện chung kể trên, thuốc thử dùng để pha DD có độ đúng cao (gọi là DD chuẩn) còn phải đảm bảo thêm các điều kiện sau: 1. Trơ đối với môi trường 2. Ở dạng vụn, bột có thể cân được lượng chính xác đến 1mg hay 0.1mg 3. Có phân tử lượng lớn để giảm sai số khi cân. 8 Hóa phân tích Các hóa chất thỏa mãn được đồng thời các điều kiện trên được gọi là hóa chất chuẩn gốc. Các hóa chất chuẩn gốc thông dụng như là: K 2 Cr 2 O 7 , (COOH) 2 .2H 2 O, AgNO 3 , Na 2 H 2 C 10 H 12 O 8 N 2 .2H 2 O (EDTA),… Mặc dù có một số hạn chế, đôi khi người ta cũng dùng Na 2 CO 3 khan, NaCl,… với vai trò chất chuẩn gốc. III.3. Yêu cầu đối với các phản ứng trong hóa phân tích Phản ứng giữa cấu tử X cần xác đònh với DD thuốc thử C phải hội đủ các điều kiện sau đây: 1. Xảy ra tức thời; 2. Xảy ra hoàn toàn theo chiều mong muốn; 3. Có hệ số xác đònh và cho sản phẩm có thành phần xác đònh; 4. Có dấu hiệu đặc trưng để nhận biết lúc phản ứng chấm dứt. IV. CÁC GIAI ĐOẠN CỦA MỘT PPPT Một quá trình phân tích thường bao gồm các giai đoạn sau đây: IV.1. Giai đoạn chọn mẫu Mẫu phân tích có thể là nguyên liệu, nhiên liệu, bán thành phẩm hoặc thành phẩm, có thể đóng gói hoặc không đóng gói. Ở dạng nguyên liệu có quặng mỏ, đất đá…; nhiên liệu có than, dầu mỏ…; bán thành phẩm hay thành phẩn rất đa dạng bao gồm hóa chất (NaOH, Na 2 CO 3 , Na 2 SO 4 , NH 4 Cl,…); sản phẩm hóa học (xà phòng, kem đánh răng, DD xi mạ,…); thực phẩm (rượu, bột ngọt, đường, nước chấm,… dược phẩm, dược liệu (dòch truyền, vitamin…). Giai đoạn chọn mẫu rất quan trọng vì từ kết quả phân tích một lượng mẫu giới hạn, ta phải kết luận về chất lượng của lô mẫu lớn. Do đó, lượng mẫu phân tích phải được chọn đúng cách mới đảm bảo tính đại diện của lô hàng. Nếu không, việc phân tích chỉ gây hao tổn vô ích, đôi khi với kết luận sai lệch dẫn đến những nguy hại trầm trọng. Mẫu phân tích được chọn từ lô đóng gói hay không đóng gói theo trình tự sau: 1. Chọn mẫu riêng: mẫu riêng được chọn ngẫu nhiên một số đơn vò bao gói (nếu lô đóng gói) hay từ một số vò trí khác nhau trong lô không đóng gói (đã được trộn khá đồng nhất). 2. Chọn mẫu ban đầu: là mẫu đại diện được chọn từ các đơn vò đóng gói hay các vò trí khác nhau của mẫu riêng (không đóng gói). Tổng lượng mẫu ban đầu được gọi là mẫu chung. 3. Chọn mẫu trung bình thí nghiệm: mẫu chung được nghiền nhỏ, rây với cỡ hạt phù hợp với PPPT và trộn đều. Mẫu trung bình thí nghiệm được chia làm ba phần bằng nhau: nơi giao hàng giữ 1 phần, nơi nhận hàng giữ một phần và phần còn lại nơi phân tích giữ. Mỗi phần đủ tiến hành tất cả các thí nghiệm cần thiết với mỗi thí nghiệm làm ba lần. 9 Hóa phân tích Nếu mẫu chung không đủ lớn để tạo mẫu trung bình thì tăng độ lớn của mẫu ban đầu hoặc tăng số mẫu riêng. Nếu mẫu chung quá lớn có thể giảm mẫu đi bằng cách loại bớt nhiều lần, mỗi lần giảm phân nửa theo nguyên tắc xen kẽ (trải mẫu chung lên khay tròn hoặc vuông thành lớp mỏng, chia làm 4, 8 hoặc 16 phần. Lấy các phần trong các ô có cùng số chẵn hoặc cùng số lẻ, chuyển sang khay khác và tiếp tục thực hiện việc loại bớt mẫu chung bằng phương pháp trên). IV.2. Giai đoạn chuyển mẫu thành DD Dạng mẫu thích hợp cho đa số PPPT là dạng DD. Có hai cách chuyển mẫu hoàn toàn thành dạng DD phân tích. Phương pháp ướt Mẫu được hòa tan trong dung môi thích hợp. Dung môi có thể là nước cất, DD acid hay bazơ với nồng độ thích hợp: - Nước cất hòa tan các muối NaCl, KNO 3,… - DD HCl: được sử dụng hòa tan mẫu CO 3 2- , PO 4 3- , SO 3 2- , S 2- ,… - DD HNO 3 : hòa tan PbS, CuS, As 2 S 3 , Hg 2 SO 4 , các loại hợp kim… - DD H 2 SO 4 đđ 200 0 C có thể hòa tan được thép không gỉ. - DD HF: hòa tan SiO 3 2- , SiO 2 , H 2 SiO 3 . Phương pháp khô Nhiều hợp chất của Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , ZrO 2 … khó tan trong các dung môi trên. Ta có thể chuyển chúng sang dạng DD bằng cách nung khô chúng với hóa chất rắn như: NaOH, Na 2 CO 3 , K 2 S 2 O 7 , Na 2 O 2 , Na 4 BB 4 O 7 ở 500 – 1000 C trong lò nung. Mẫu và chất nung được chứa trong chén bằng Pt hay Ni. Cấu tử được chuyển thành muối dễ tan, sau đó được hòa tan bằng dung môi thích hợp. 0 Dù chuyển mẫu thành DD theo phương pháp nào cũng phải đảm bảo các yêu cầu như không được làm mất mẫu trong quá trình hòa tan; không làm bẩn mẫu (đưa thêm cấu tử lạ) khi hòa tan. IV.3. Chọn phương pháp thích hợp và thực hiện phản ứng Phương pháp thích hợp là phương pháp có độ nhạy, độ chọn lọc, tốc độ phân tích cao và cho kết quả gần với kết quả thực. Sau khi chọn được phương pháp thích hợp, thực hiện phản ứng giữa DD mẫu phân tích và thuốc thử theo những điều kiện xác đònh. Quan sát các dấu hiệu đặc trưng xuất hiện khi phản ứng xảy ra (đònh tính) hoặc đo thể tích hoặc cân khối lượng hợp chất tạo ra (đònh lượng). IV.4. Kiểm chứng kết quả và xử lý kết quả phân tích Đối với PPĐT, người ta có thể kiểm chứng lại kết quả bằng những phản ứng đặc hiệu khác. Nếu là PTĐL, người ta tính kết quả phân tích dựa vào các dữ kiện ghi nhận được và biểu diễn kết quả phân tích theo các yêu cầu của phương pháp thông kê. 10 [...]...Hóa phân tích CHƯƠNG 2 KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN DÙNG TRONG HÓA PHÂN TÍCH I DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH I.1 Dung dòch: là hệ đồng thể do sự phân tán của phân tử hay ion, bao gồm hai hay nhiều chất mà thành phần của chúng có thể thay đổi trong một giới hạn rộng Hệ gồm chất phân tán (chất tan) dạng rắn, lỏng, khí (R, L, K) và môi trường phân tán (dung môi) cũng có thể... ⇋ A + OH- K b = K × [H 2 O] = pK1 = 1,12 -8 Hóa phân tích Anilin có: Hằng số bazơ Kb càng lớn ( tức chỉ số bazơ pKb càng nhỏ) thì lực bazơ K C H NH = 4x10 −10 , 6 5 2 pK C H NH = 9,40 6 5 2 càng mạnh AB ⇋ A + B Với A và B có thể là ion hay phân tử Theo đònh nghóa, hằng số phân ly của AB là: K = [A][B] [AB] Hằng số phân ly càng lớn, hợp chất AB càng bò phân ly mạnh, càng ít bền, do đó K còn được gọi... Etyloxalat (C2H5O)2C2O2 + 2 H2O 2+ ⇋ 2 C2H5OH + H2C2O4 Ca 2+ 2+ 2Sr , Ba , SO4 Dimetylsulfat (CH3O)2SO2 + H2O 2+ ⇋ 2 CH3OH + SO42- + 2H+ Ca 26 Hóa phân tích CHƯƠNG 4 ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH I CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH Phân tích thể tích là phương pháp đònh lượng cấu tử X dựa trên phép đo thể tích Khi thực hiện phản ứng giữa cấu tử X và DD chuẩn C, C thường được chứa... tan/1000g dung môi: Cm = m 1000 x M q Nồng độ phân mol: tỷ số giữa số mol của cấu tử i (ni) trên tổng số mol N của các chất tạo thành DD được gọi là nồng độ phân mol Ni: Ni = ni N 12 Hóa phân tích Nồng độ đương lượng: để biểu diễn số đương lượng chất tan trong 1 lít DD, người ta sử dụng nồng độ đương lượng CN Đây là nồng độ được sử dụng nhiều nhất trong hóa phân tích để tính toán với : CN =(mx1000)/(ĐxV)... với tác chất A, B (số đương lượng của A bằng số đương lượng của B), ta có: B B m A mB = D A DB mA DA = m B DB hay và VAxCAx10-3 = VBxCBx10-3 hay VAxCA = VBxCB B B 15 Hóa phân tích CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯNG Phương pháp phân tích khối lượng là một trong những phương pháp đònh lượng có độ chính xác rất cao (có khả năng đạt tới 0.01%) nên thường được sử dụng làm phương pháp trọng tài Tuy... học, xác đònh hằng số phân ly của acid và bazơ, lực tương đối của các chất điện ly, độ dài và vò trí của thang hằng số tự prton hóa của các dung môi khác nhau, để nghiên cứu sự biến dạng và sự cường hóa của các phương pháp tổng hợp điều chế các nguyên tố và các hợp chất đặc biệt tinh khiết, đảm bảo độ tối ưu của các quá trình công nghệ hóa học, v.v Phân loại các phương pháp phân tích chuẩn độ Tùy... lại, cũng 28 Hóa phân tích như các ion và phân tử phản ứng được với các chất oxy hóa hoặc khử mà không bò oxy hóa hay khử trực tiếp - Phương pháp kết tủa dựa vào việc dùng các phản ứng kết tủa - Phản ứng tạo phức dựa vào việc sử dụng phản ứng tạo phức, trong số các phản ứng đó, phản ứng giữa các ion kim loại với complexon được sử dụng rộng rãi nhất III CÁCH TÍNH KẾT QUẢ TRONG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ... Ví dụ: TC/X = THCl/NaOH = 0.00401g nghóa là 0.00401 g NaOH sẽ được tác dụng vừa đủ với 1 ml DD HCl 0.1N 30 Hóa phân tích CHƯƠNG 5 PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ ACID – BAZƠ I ACID - BAZƠ I.1 Đònh nghóa theo Arrhenius Acid là những chất khi hòa tan trong nước, phân ly cho ra H+ còn bazơ là những chất phân ly cho ra ion OH– Ví dụ: HCl ⎯→ H+ + Cl– NaOH ⎯→ Na+ + OH– Đònh nghóa Arrhenius đơn giản nhưng có một số mặt... đó, lượng thuốc thử sử dụng phải được khống chế sao cho việc tạo tủa được thực hiện hoàn toàn nhất 4 Các kết tủa vô cơ (thường là hợp chất ion) dễ tan trong dung môi phân cực, còn các chất không phân cực sẽ dễ tan trong dung môi không phân cực Để làm giảm độ hòa tan của các kết tủa trong nước (CaSO4, PbSO4), người ta thường thêm rượu etylic vào nước 5 Độ hòa tan của kết tủa tỷ lệ nghòch với bán kính... cháy giấy lọc) Fe(OH)3 ⇋ Fe2O3 : 9000C 23 Hóa phân tích Al(OH)3 ⇋ Al2O3 : 1000 – 11000C CaC2O4 ⇋ CaCO3 : (6000C) ⇋ CaO (1000 – 12000C) Thời gian sấy hay nung được lựa chọn sao cho khi cân, tủa có khối lượng không thay đổi Sau khi sấy hay nung, để nguội vật chứa tủa trong bình hút ẩm rồi mới cân II.4 Cân Cân dùng để xác đònh khối lượng dạng cân thu được là cân phân tích (chính xác 0.0001g hay hơn nữa) Luôn . năng phán đóan kết quả phân tích. II. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH (PPPT) Có nhiều cách phân lọai các phương pháp phân tích, trong đó phổ biến nhất là cách phân loại dựa vào bản chất. lửa oxy hóa II.2. Phân loại theo lượng mẫu phân tích hay kỹ thuật phân tích Tùy hàm lượng của cấu tử trong mẫu và PPPT, lượng mẫu phân tích cũng khác nhau. Ta phân biệt: Phân tích thô Dùng. trên, người ta còn phân loại các PPPT theo trạng thái chất khảo sát. Theo cách phân loại này, ta có phân tích lối ướt (mẫu phân tích ở dạng DD) hoặc phân tích lối khô (mẫu phân tích ở trạng