3 LỜI NÓI ĐẦU Hóa học phân tích là môn khoa học nghiên cứu các phương pháp xác định thành phần hóa học của các chất và cấu trúc hóa học của nó (phân tích cấu trúc) Xác định thành phần hóa học của các[.]
LỜI NĨI ĐẦU Hóa học phân tích mơn khoa học nghiên cứu phương pháp xác định thành phần hóa học chất cấu trúc hóa học (phân tích cấu trúc) Xác định thành phần hóa học chất thường trải qua hai giai đoạn: phân tích định tính phân tích định lượng Phân tích định tính (PTĐT) nhằm xác định diện cấu tử (ion, nguyên tố, hay nhóm nguyên tố) mẫu phân tích đồng thời đánh giá sơ hàm lượng chúng: đa lượng, vi lượng hay dạng vết,… Phân tích định lượng (PTĐL) dùng để xác định quan hệ định lượng thành phần chất nghiên cứu, tức phép phân tích nhằm xác định xác thành phần định lượng cấu tử có mẫu phân tích PTĐL đóng vai trị chủ yếu Hóa phân tích Phương pháp PTĐL dựa phép đo đặc tính hóa học, vật lý hóa lý chất hay phản ứng hóa học Các phương pháp PTĐL bao gồm phương pháp hóa học, phương pháp vật lý, phương pháp hóa lý Cuốn sách Hóa phân tích biên soạn với mục đích làm giáo trình giảng dạy cho sinh viên chun hóa, học mơn học Hóa phân tích thuộc ngành Cơng nghệ Hóa học Nội dung giáo trình Hóa phân tích gồm 10 chương Các chương 1, 2, trình bày vấn đề hóa phân tích, cho người đọc có cách nhìn tổng quan ngành hóa phân tích, trình bày cụ thể loại nồng độ sử dụng mơn học liên quan đến hóa học tính tốn nồng độ dung dịch, loại sai số liệu thực nghiệm, xử lý thống kê liệu thực nghiệm trình bày kết phân tích Chương trình bày cách tính tốn nồng độ cân cấu tử dung dịch xác định pH dung dịch acid-base Các chương đến 10 trình bày phương pháp định lượng hóa học phương pháp phân tích trọng lượng, phương pháp phân tích thể tích bao gồm phương pháp chuẩn độ acid-base, tạo phức, kết tủa oxy hóa khử Cuối chương có phần tập lời giải số tập điển hình Phần lớn tập mức độ trung bình để giúp sinh viên làm sáng tỏ lý thuyết, suy luận kết nối kiến thức Trong trình biên soạn, tác giả có nhiều cố gắng, khó tránh khỏi thiếu sót chưa phù hợp Tác giả mong nhận dẫn, đóng góp đồng nghiệp bạn đọc để sách ngày có chất lượng tốt TS Hồ Thị Yêu Ly MỤC LỤC CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA PHÂN TÍCH 13 1.1 ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤ CỦA PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG 13 1.2 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG 14 1.2.1 Phân loại theo chất phương pháp 14 1.2.2 Phân loại theo lượng mẫu phân tích hay kỹ thuật phân tích 15 1.3 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN CỦA MỘT QUY TRÌNH PHÂN TÍCH 16 1.3.1 Xác định đối tượng - Mẫu thử 16 1.3.2 Lựa chọn phương pháp 16 1.3.3 Lấy mẫu thử bảo quản mẫu 16 1.3.4 Xử lý mẫu thử - Tiến hành đo chất phân tích 17 1.3.5 Tính tốn – xử lý kết phân tích 17 1.4 HĨA PHÂN TÍCH LIÊN QUAN TỚI CÁC NGÀNH KHOA HỌC KHÁC 18 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 19 CHƯƠNG II NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH 20 2.1 ĐỊNH NGHĨA DUNG DỊCH 20 2.2 CÁC CÁCH BIỂU DIỄN NỒNG ĐỘ 20 2.2.1 Nồng độ mol 21 2.2.2 Nồng độ phần trăm khối lượng 22 2.2.3 Nồng độ phần thể tích 23 2.2.4 Nồng độ đương lượng 23 2.2.5 Độ chuẩn (titre) 28 2.3 TÍNH TOÁN VỀ NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH 30 2.3.1 Bài toán pha dung dịch 30 2.3.2 Bài toán chuyển đổi nồng độ 31 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 34 CHƯƠNG III XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM TRONG PHÂN TÍCH 36 3.1 CHỮ SỐ CĨ NGHĨA VÀ LÀM TRỊN SỐ 37 3.1.1 Chữ số có nghĩa số đo trực tiếp 37 3.1.2 Chữ số có nghĩa số đo gián tiếp 39 3.1.3 Cách làm tròn số 41 3.2 MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA 41 3.2.1 Trung bình trung vị 41 3.2.2 Độ xác 43 3.2.3 Sai số tuyệt đối 44 3.2.4 Sai số tương đối 44 3.3 CÁC LOẠI SAI SỐ TRONG PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG 45 3.3.1 Sai số hệ thống 45 3.3.2 Sai số ngẫu nhiên 47 3.3.3 Sai số thô 48 3.4 ĐỊNH LUẬT PHÂN BỐ GAUSSIAN 48 3.4.1 Hàm phân bố Gaussian 458 3.4.2 Diện tích đường Gaussian - xác suất tin cậy p 51 3.5 CÁC ĐẠI LƯỢNG THỐNG KÊ ĐẶC TRƯNG CHO ĐỘ PHÂN TÁN 52 3.6 ƯỚC LƯỢNG σ KHI PHÂN TÍCH ĐẠI TRÀ 54 3.7 QUY LUẬT LAN TRUYỀN SAI SỐ NGẪU NHIÊN 57 3.8 XỬ LÝ THỐNG KÊ CÁC DỮ LIỆU THỰC NGHIỆM 60 3.8.1 Loại bỏ liệu ngoại lai 631 3.8.2 Giới hạn tin cậy 63 3.8.3 Xác định sai số hệ thống phương pháp 65 3.8.4 So sánh độ xác hai kết thực nghiệm - Chuẩn F 67 3.8.5 So sánh hai giá trị trung bình 68 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 72 CHƯƠNG IV CÂN BẰNG HÓA HỌC 76 4.1 BIỂU THỨC HẰNG SỐ CÂN BẰNG 76 4.2 HOẠT ĐỘ VÀ HỆ SỐ HOẠT ĐỘ 77 4.3 CÂN BẰNG ACID – BASE TRONG NƯỚC 80 4.3.1 Khái niệm acid – base 80 4.3.2 Sự phân ly H2O 81 4.3.3 Hằng số cân cặp acid – base liên hợp 83 4.3.4 Các bước tiến hành giải toán cân ion 84 4.3.5 Điều kiện proton 88 4.3.6 Cân dung dịch đơn acid đơn base 90 4.3.7 Cân dung dịch có cặp acid – base liên hợp 95 4.3.8 Cân dung dịch hai acid (hoặc hai base) 99 4.3.9 Cân dung dịch đa acid 104 4.3.10 Cân dung dịch đa base 107 4.3.11 Cân dung dịch muối acid 108 4.3.12 Dung dịch đệm 111 4.4 CÂN BẰNG TẠO PHỨC CHẤT 119 4.4.1 Định nghĩa 119 4.4.2 Hằng số cân tạo phức 120 4.4.3 Phần số mol cho acid – base đa chức 122 4.4.4 Phần số mol phức thứ i: αi 123 4.4.5 Hằng số cân biểu kiến 125 4.4.6 Phức chất kim loại với EDTA 127 4.5 CÂN BẰNG OXY HÓA KHỬ 138 4.5.1 Khái niệm phản ứng oxy hóa khử - Cặp oxy hóa khử 138 4.5.2 Thế oxy hóa – khử 139 4.5.3 Đo oxy hóa – khử 142 4.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng – Thế biểu kiến 143 4.5.5 Hằng số cân phản ứng oxy hóa khử 149 4.5.6 Đặc điểm phản ứng oxy hóa khử 151 4.6 CÂN BẰNG HÒA TAN KẾT TỦA 152 4.6.1 Quy tắc tích số tan 152 4.6.2 Tính độ tan từ tích số tan 153 4.6.3 Sự kết tủa hoàn toàn 154 4.6.4 Sự hình thành kết tủa 157 4.6.5 Keo pepty hóa 159 4.6.6 Sự nhiễm bẩn kết tủa 160 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 164 CHƯƠNG V PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG 170 5.1 NỘI DUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG 170 5.2 PHÂN LOẠI - NGUYÊN TẮC CỦA PHƯƠNG PHÁP 171 5.2.1 Phương pháp tách 171 5.2.2 Phương pháp chưng cất 171 5.2.3 Phương pháp kết tủa 172 5.3 CÁC THAO TÁC CƠ BẢN ĐỂ TIẾN HÀNH PHÂN TÍCH THEO PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA 173 5.3.1 Hịa tan mẫu phân tích 173 5.3.2 Kết tủa 174 5.3.3 Lọc kết tủa 177 5.3.4 Rửa kết tủa 178 5.3.5 Sấy nung kết tủa 180 5.3.6 Cân 180 5.4 CÁC PHÉP TÍNH TỐN TRONG PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG 181 5.5 PHẠM VI SỬ DỤNG 183 5.6 ỨNG DỤNG 183 5.6.1 Định độ ẩm, nước kết tinh, chất dễ bay độ tro 183 5.6.2 Định lượng cách tạo kết tủa 184 5.7 ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG 185 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 187 CHƯƠNG VI PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH 189 6.1 NGUYÊN TẮC VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM 189 6.1.1 Nguyên tắc 189 6.1.2 Các khái niệm 190 6.1.3 Yêu cầu phản ứng hóa học dùng chuẩn độ 193 6.2 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH 194 6.2.1 Phương pháp acid base 194 6.2.2 Phương pháp oxy hóa khử 194 6.2.3 Phương pháp chuẩn độ tạo phức 194 6.2.4 Phương pháp chuẩn độ kết tủa 195 6.3 KỸ THUẬT CHUẨN ĐỘ 195 6.3.1 Kỹ thuật chuẩn độ trực tiếp 195 6.3.2 Kỹ thuật chuẩn độ ngược hay chuẩn độ thừa trừ 195 6.3.3 Kỹ thuật chuẩn độ 197 6.4 CÁCH TÍNH KẾT QUẢ TRONG PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ 197 6.4.1 Quy tắc chung 197 6.4.2 Tính kết theo nồng độ đương lượng thuốc thử 197 6.4.3 Hệ số hiệu chỉnh 199 6.5 CÁCH PHA CHẾ DUNG DỊCH CHUẨN 200 6.5.1 Pha chế dung dịch gốc 200 6.5.3 Dung dịch chuẩn 201 6.5.4 Pha loãng dung dịch chuẩn 201 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 202 CHƯƠNG VII PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ ACID - BASE 204 7.1 BẢN CHẤT, NGUYÊN TẮC CỦA PHƯƠNG PHÁP TRUNG HÒA 204 7.2 CHỈ THỊ TRONG PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ ACID BASE 205 7.2.1 Khái niệm 205 7.2.2 Lý thuyết đổi màu thị 205 7.2.3 Khoảng pH chuyển màu thị acid – base 208 7.2.4 Chỉ số chuẩn độ pT chất thị 209 7.2.5 Nguyên tắc chọn thị 211 7.3 CÁCH XÁC ĐỊNH ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG 212 7.4 NGUYÊN TẮC XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ ACIDBASE 212 7.5 CÁC TRƯỜNG HỢP CHUẨN ĐỘ 213 7.5.1 Chuẩn độ dung dịch acid mạnh base mạnh hay ngược lại 213 7.5.2 Sai số chuẩn độ 218 7.5.3 Định phân acid yếu base mạnh hay ngược lại 219 7.5.4 Định phân base yếu acid mạnh hay ngược lại 224 7.5.5 Định lượng acid yếu base yếu hay ngược lại 227 7.5.6 Điều kiện định phân riêng biệt acid (hay base) hỗn hợp hai acid (hay base) 227 7.5.7 Định phân đa acid 228 7.5.8 Định lượng đa base 231 7.5.9 Chuẩn độ hỗn hợp đơn acid đơn base 234 7.6 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ ACID BASE 234 7.6.1 Điều chế dung dịch tiêu chuẩn acid base 235 7.6.2 Xác định số nguyên tố 236 7.6.3 Định lượng hợp chất vô 237 7.6.4 Định lượng nhóm chức hữu 238 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 240 CHƯƠNG VIII PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC 246 8.1 ĐƯỜNG BIỂU DIỄN CHUẨN ĐỘ BẰNG EDTA 246 8.1.1 Trường hợp không ảnh hưởng trình tạo phức phụ 246 8.1.2 Đường cong chuẩn độ ảnh hưởng ammonia 249 10 8.1.3 Chất thị cho chuẩn độ EDTA 252 8.2 CÁC KỸ THUẬT CHUẨN ĐỘ BẰNG DUNG DỊCH EDTA 255 8.2.1 Phương pháp chuẩn độ trực tiếp 255 8.2.2 Chuẩn độ ngược (thừa trừ) 255 8.2.3 Chuẩn độ 256 8.2.4 Chuẩn độ gián tiếp 256 8.3 CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ KHÁC 256 8.3.1 Chuẩn độ với thị acid base 256 8.3.2 Chuẩn độ thị oxy hóa khử 257 8.4 ỨNG DỤNG CỦA CHUẨN ĐỘ COMPLEXON 257 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 259 CHƯƠNG IX PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA 261 9.1 BẢN CHẤT CỦA PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA 261 9.2 ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ 262 9.2.1 Xây dựng đường cong định phân 263 9.2.2 Nhận xét 265 9.3 CHUẨN ĐỘ HỖN HỢP 266 9.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG 267 9.4.1 Phương pháp Mohr 268 9.4.2 Phương pháp Volhard 270 9.4.3 Phương pháp Fajans (phương pháp dùng thị hấp phụ) 272 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 275 CHƯƠNG X CHUẨN ĐỘ OXY HÓA – KHỬ 278 10.1 CHUẨN ĐỘ OXY HÓA – KHỬ 278 10.1.1 Nguyên tắc 278 10.1.2 Đường chuẩn độ phương pháp oxy hóa – khử 279 10.1.3 Chỉ thị sử dụng phản ứng oxy hóa – khử 286 10.2 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ OXY HÓA - KHỬ 289 11 10.2.1 Phương pháp pemanganate 290 10.2.2 Phương pháp iod 293 10.2.3 Phương pháp dicromate 295 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 298 ĐÁP SỐ BÀI TẬP 302 PHỤ LỤC 317 TÀI LIỆU THAM KHẢO 338 12 Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HĨA PHÂN TÍCH MỤC TIÊU - Xác định đối tượng, nhiệm vụ hóa học phân tích - Nắm nguyên tắc phân tích định lượng - Giải thích bước thực q trình phân tích 1.1 ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤ CỦA PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG Phần chủ yếu quan trọng hóa phân tích phân tích định lượng Tuy vậy, trước tiến hành phân tích định lượng, thiết phải biết thành phần định tính đối tượng phân tích Thơng thường biết thành phần định tính chất dựa vào nguồn gốc mẫu phân tích (ví dụ, loại hợp kim đấy, loại quặng xác định…), tiến hành định lượng trực tiếp Đối với đối tượng phân tích lạ phải bắt buộc xác định định tính trước tiến hành định lượng Mặt khác, cần thấy kết phân tích định tính mức độ mang màu sắc định lượng định hướng cho người phân tích đề quy trình định lượng hợp lý Ví dụ, cường độ màu sắc chất tạo thành, lượng kết tủa tách ra, cường độ vạch phổ kính ảnh,… nhiều cho ta biết hàm lượng cấu tử có đối tượng nhiều hay vết Những kết phân tích định tính cung cấp thông báo cần thiết nguyên tố phụ có mặt chất phân tích, làm cản trở việc định lượng cấu tử giúp ta chọn quy trình phân tích thích hợp Phân tích định lượng, thường phân chia thành phân tích vơ phân tích hữu Cả hai ngành coi dựa sở lý thuyết hay gần Tuy vậy, để tiến hành phân tích vơ cơ, phải có chuẩn bị trước hết kiến thức hóa đại cương, hóa vơ Để tiến hành phân tích hữu cơ, phải có chuẩn bị trước kiến thức hóa hữu Những ngun lý chung hóa học phân tích minh họa tốt ví dụ vơ cơ, vậy, giáo trình Cơ sở hóa phân tích định lượng thường lấy ví dụ hóa vơ PTĐL cho phép xác định: - Công thức phân tử - Hàm lượng hay nồng độ chất cần xác định 13 - Hàm lượng tất hay vài nguyên tố ion - Hàm lượng tất hay vài cấu tử chủ yếu hỗn hợp - Hàm lượng cấu tử dạng vết hay vi tạp chất có chất đặc biệt tinh khiết - Hàm lượng gốc, nhóm chức - Thành phần pha hệ dị thể… 1.2 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG Căn vào tính chất mẫu vật nghiên cứu, vào loại tính chất phản ứng, tượng, dấu hiệu đặc tính hóa lý vào phương pháp tiến hành, khả máy móc dụng cụ mà người ta phân chia phân tích định lượng thành nhiều loại, phổ biến cách phân loại dựa vào chất (hay đặc điểm) phương pháp dựa vào hàm lượng cấu tử mẫu phân tích 1.2.1 Phân loại theo chất phương pháp Theo cách phân loại chia phương pháp phân tích định lượng thành hai nhóm lớn: phương pháp hóa học, phương pháp vật lý hóa lý Phương pháp hóa học Dựa chủ yếu việc áp dụng phản ứng hóa học có liên quan đến cấu tử phân tích Chẳng hạn, để xác định hàm lượng cấu tử M có chất phân tích, người ta cho tác dụng với thuốc thử R, phản ứng xảy hoàn toàn theo quan hệ hợp thức M + nR ⇌ MRn Để xác định M dùng dư thuốc thử R Sau tách sản phẩm tạo thành thường dạng kết tủa tan Dựa vào kết tủa thu tính hàm lượng M chất phân tích Phương pháp dựa chủ yếu vào lượng cân sản phẩm nên thường gọi phương pháp phân tích khối lượng Để xác định M cho lượng xác thuốc thử R đủ tác dụng vừa hết với M Thông thường người ta đo thể tích dung dịch thuốc thử R có nồng độ xác biết từ tính lượng cấu tử cần xác định M Phương pháp phân tích gọi phương pháp phân tích thể tích Các phương pháp phân tích khối lượng thể tích có từ lâu phương pháp phân tích bản, dùng phương pháp phân tích định lượng Vì vậy, người ta gọi phương pháp phương pháp kinh điển 14 Phương pháp có ưu điểm đơn giản dễ ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên, phương pháp phụ thuộc phần lớn vào phản ứng hóa học nên xác mức độ xác định Phương pháp vật lý hóa lý Đây phương pháp phân tích dựa vào mối quan hệ thành phần hóa học tính chất vật lý hóa lý chất Các phương pháp vật lý dựa việc đo tính chất đối tượng phân tích mà khơng cần phải sử dụng phản ứng hóa học (ví dụ độ khúc xạ, suất quay cực, hấp thụ, xạ phát xạ nguyên tử, phân tử, độ dẫn điện, điện thế,…) Tính chất hàm nồng độ hay khối lượng cấu tử cần phân tích Ví dụ, cường độ màu dung dịch K2CrO4 tỷ lệ thuận với nồng độ chất dung dịch kiềm, đo độ hấp thụ ánh sáng dung dịch bước sóng xác định để suy nồng độ dung dịch K2CrO4 Phương pháp hóa lý phương pháp phân tích dựa kết hợp phương pháp hóa học phương pháp vật lý, có nghĩa phải sử dụng phản ứng hóa học để chuyển cấu tử phân tích thành dạng có tính chất vật lý thích hợp để đo Chẳng hạn, để định lượng Mn tồn dạng Mn2+, phải tiến hành oxy hóa ion thành MnO4- có màu tím đặc trưng Bằng cách đo độ hấp thụ ánh sáng MnO4- suy nồng độ ion Mn2+ Mặc dù xuất lâu sau phương pháp phân tích hóa học, phương pháp phân tích hóa lý lại phát triển đại hóa nhanh, sử dụng ngày rộng rãi phịng thí nghiệm nghiên cứu khoa học phịng thí nghiệm nhà máy, xí nghiệp Nguyên tắc chung phương pháp dùng biện pháp thích hợp tác động lên đối tượng nghiên cứu ghi nhận thay đổi tham số hóa lý đối tượng nghiên cứu sau tác động Để quan sát ghi nhận tham số hóa lý đối tượng nghiên cứu địi hỏi phải sử dụng công cụ thiết bị tinh vi, phức tạp Vì lý này, phương pháp vật lý hóa lý thường gọi phương pháp phân tích cơng cụ Ưu điểm phương pháp nhanh, độ xác cao, lượng mẫu sử dụng ít, dùng phép phân tích lượng vết 1.2.2 Phân loại theo lượng mẫu phân tích hay kỹ thuật phân tích Tùy theo lượng mẫu thử cần thiết để thực phân tích theo quy trình đó, người ta phân biệt: - Phân tích thơ (macro): lượng mẫu thử từ 0,1 g trở lên 15 - Phân tích bán vi lượng (semimicro): lượng mẫu thử từ 10-2 đến 10-1 g - Phân tích vi lượng (micro): lượng mẫu thử từ 10-3 đến 10-2 g - Phân tích vi lượng (submicro): lượng mẫu thử từ 10-4 đến 10-3 g - Phân tích siêu vi lượng (ultramicro): lượng mẫu thử 0,1mg Phân tích bán vi lượng ngày phát triển dùng mẫu, kỹ thuật tương đối đơn giản, dùng phịng thí nghiệm hay nơi sản xuất Phân tích vi lượng siêu vi lượng địi hỏi điều kiện nghiêm ngặt Trong mẫu thử, thành phần có lượng 1% trở lên gọi thành phần chính, 0,01 – 1% thành phần thứ yếu, < 0,01% thành phần vết Do phát triển thiết bị công nghệ cao nên giới hạn định lượng đạt thấp nhiều 0,01% Phân tích mức ppm (cỡ g = 10-6g) phân tích vết (trace analysis), mức ppb (cỡ ng = 10-9g) phân tích siêu vết (ultratrace analysis) 1.3 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN CỦA MỘT QUY TRÌNH PHÂN TÍCH 1.3 Xác định đối tượng - Mẫu thử Đầu tiên phải xác định rõ mục tiêu (cần thơng tin gì) u cầu phân tích (định tính hay định lượng) Mẫu phân tích nguyên liệu, nhiên liệu, bán thành phẩm thành phẩm, đóng gói khơng đóng gói Thu thập thông tin mẫu thử: chất, nguồn gốc, cách lấy mẫu, tình trạng mẫu bảo quản mẫu 1.3.2 Lựa chọn phương pháp Phương pháp thích hợp phương pháp có độ nhạy, độ chọn lọc, tốc độ phân tích cao cho kết gần với kết thực Lựa chọn phương pháp phân tích dựa thơng tin có trước như: cỡ mẫu phân tích, phương tiện phân tích, yêu cầu phân tích,… Để đạt kết phân tích tốt phụ thuộc nhiều vào lựa chọn phương pháp 1.3.3 Lấy mẫu thử bảo quản mẫu Đây giai đoạn chính, quan trọng quy trình phân tích, nhiên thường bị xem nhẹ Nó coi khâu gây sai số nhiều nhất, ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy kết 16 Khi xây dựng chương trình lấy mẫu cần lưu ý: - Mục tiêu việc phân tích mẫu - Tính chất quần thể mẫu: trạng thái vật lý (lỏng, rắn, khí) dạng đồng thể hay dị thể - Số mẫu cần lấy tần suất lấy mẫu Có thể phân thành cách lấy mẫu chính: (1) Mẫu đại diện: Đây cách lấy mẫu đại diện cho quần thể (2) Mẫu chọn lọc: Lấy mẫu cho mục tiêu xác định, chẳng hạn lấy mẫu lô nghi ngờ không đạt chất lượng (3) Mẫu ngẫu nhiên: Lấy ngẫu nhiên để đánh giá thống kê số liệu, lấy ngẫu nhiên đơn, ngẫu nhiên nhiều tầng, ngẫu nhiên hệ thống (4) Mẫu tổ hợp: Mẫu bao gồm nhiều phần lấy thời điểm từ quần thể cho đại diện tính chất quần thể Bảo quản mẫu Mẫu phân tích sau lấy cần bảo quản điều kiện thích hợp (bao bì, nhiệt độ, độ ẩm,…) nhằm mục tiêu đảm bảo độ ổn định 1.3.4 Xử lý mẫu thử - Tiến hành đo chất phân tích Trước phân tích, mẫu thử cần xử lý trình vật lý, hóa học thích hợp như: - Sấy khơ, nghiền nhỏ, nung chảy hịa tan dung mơi thích hợp (dung dịch acid, base, dung môi hữu cơ) - Loại tạp chất trở ngại tách lấy chất cần phân tích thơng qua thẩm tích, chiết dung mơi hữu cơ, chiết pha rắn,… - Thực phản ứng hóa học để chuyển chất phân tích thành dẫn chất phát được, đo lường Sau mẫu xử lý, sử dụng dụng cụ, điều kiện thực nghiệm, máy móc thích hợp, hiệu chuẩn thiết bị để đo chất cần phân tích Cơng việc phân tích lặp lại nhiều lần để có đủ thơng tin đảm bảo độ tin cậy kết 1.3.5 Tính tốn – xử lý kết phân tích Các liệu thu được, xử lý theo toán thống kê để đánh giá độ tin cậy kết thu 17 Các bước thực quy trình phân tích trên, liên quan mật thiết với ảnh hưởng lẫn Trong thực tế, tùy theo trường hợp cụ thể, bước tiến hành đơn giản hóa bỏ qua số bước, thực bước nêu 1.4 HĨA PHÂN TÍCH LIÊN QUAN TỚI CÁC NGÀNH KHOA HỌC KHÁC Hóa phân tích khơng thể khơng ngành hóa học mà liên quan mật thiết với ngành khác như: vật lý kỹ thuật Phân tích hóa học phần lớn dựa thành tựu quang phổ (quang học, phóng xạ,…), vật lý hạt nhân nhiều phần khác vật lý Các phương pháp phân tích hóa học sử dụng tảng thành tựu ngành hóa khác như: Lý thuyết cân hóa học, Điện hóa, Động hóa học, Hóa vơ cơ, Hóa hữu cơ, Hóa keo Ngồi ra, Hóa phân tích cịn liên quan tới Tốn học Sinh học Như vậy, nói Hóa phân tích đặc trưng khoa học gồm nhiều ngành, khoa học liên quan 18 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 1.1 Cho biết đối tượng hóa phân tích 1.2 Phân biệt phân tích định tính phân tích định lượng 1.3 Trình bày bước thực quy trình phân tích 1.4 Hàm lượng I- mẫu nước khoáng thị trường xác định hai phương pháp cho hai kết khác Phương pháp A B cho kết nồng độ I- là 0,29 mg/l 0,007 mg/l Khi thêm Mn2+ vào mẫu nước, nồng độ I- xác định theo phương pháp A tăng lên phương pháp B kết khơng thay đổi Đánh giá, ảnh hưởng Mn2+ tới kết xác định I- hai phương pháp A, B? 1.5 Xác định hàm lượng % Fe3O4 mẫu hợp kim sau: Hòa tan 1,5419 g mẫu dung dịch acid HCl đậm đặc thu dung dịch chứa Fe2+ Fe3+ Cho acid HNO3 vào để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, pha lỗng dung dịch thu với nước kết tủa Fe3+ dung dịch NH3 Lọc rửa kết tủa, nung sấy kết tủa tới khối lượng không đổi 0,8525 g Fe2O3 Cho biết: a Phương pháp dùng để hòa tan mẫu gì? b Tên gọi phương pháp phân tích dùng để định lượng Fe3O4 theo chất phương pháp? c Tên gọi phương pháp phân tích dùng để định lượng Fe3O4 theo kỹ thuật phân tích? d Tên gọi phương pháp phân tích dùng để định lượng Fe3O4 theo hàm lượng chất khảo sát? 19 Chương II NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH MỤC TIÊU - Trình bày cách biểu thị nồng độ dung dịch - Tính đương lượng chất phản ứng hóa học - Giải toán nồng độ dung dịch dựa định nghĩa loại nồng độ 2.1 ĐỊNH NGHĨA DUNG DỊCH Dung dịch hệ pha nhiều cấu tử mà thành phần dung dịch biến đổi giới hạn định Dung dịch hệ phân tán, pha phân tán (chất tan) dạng rắn (R), lỏng (L), khí (K) mơi trường phân tán (dung mơi) dạng R, L, K Một số cách phân loại dung dịch thường gặp sau: (1) dựa theo trạng thái pha dung môi (2) dựa theo trạng thái tập hợp chất tan dung môi Đối với (1), dung dịch bao gồm ba loại dung dịch lỏng (nước biển, rượu nước, nước có gas), dung dịch rắn (hợp kim) dung dịch khí (khơng khí) Đối với (2), dung dịch bao gồm dung dịch K/K (khơng khí), dung dịch K/L (nước có gas, bia), L/L (rượu nước), R/L (nước biển, đường nước), R/R hợp kim đồngkẽm Trong hóa phân tích, hai loại dung dịch thường gặp phổ biến dung dịch R/L L/L Nồng độ đại lượng hàm lượng cấu tử (phân tử hay ion) dung dịch Nồng độ dung dịch biểu diễn lượng chất tan có đơn vị khối lượng hay đơn vị thể tích dung dịch hay dung mơi 2.2 CÁC CÁCH BIỂU DIỄN NỒNG ĐỘ Nồng độ dung dịch thường biểu diễn qua đại lượng: m: khối lượng chất tan (có khối lượng mol M), g q: khối lượng dung mơi, g Vx: thể tích chất tan, ml 20 V: thể tích dung dịch nhận hịa tan m gam chất tan hay Vx ml chất tan vào q gam dung môi, ml d: khối lượng riêng dung dịch tạo m gam chất tan vào q gam dung mơi, g/ml Trong phân tích, người ta thường biểu diễn nồng độ theo cách sau đây: 2.2.1 Nồng độ mol Nồng độ mol hay gọi nồng độ phân tử, ký hiệu CM, biểu diễn số mol chất tan có lít dung dịch, đơn vị mol/l (ký hiệu M) 𝑛 m CM = 𝑉 = M × V (nếu V lít) CM = 𝑛 𝑉 m 1000 = M × V 1000 (nếu V mililít) (2.1) (2.2) Ghi chú: Nồng độ mol biểu diễn số milimol chất tan có mililít dung dịch Số milimol = m (mg) g ) mol M( milimol = 10-3 mol Milimol (mmol) có số trị khối lượng mol biểu diễn miligam (mg) Ví dụ: milimol H2C2O4.2H2O 126,06 mg Ví dụ 2.1 Mơ tả cách chuẩn bị 2,000 lít dung dịch H2C2O4 0,1050 M từ H2C2O4.2H2O (126,06 g/mol) Giải Để xác định lượng chất tan cần phải lấy để hòa tan pha lỗng thành 2,000 lít dung dịch, cần ý mol H2C2O4.2H2O cho tương ứng mol H2C2O4 Vì vậy, để điều chế dung dịch cần: Số mol H2C2O4.2H2O = 2,000 0,1050 = 0,2100 mol Khối lượng H2C2O4.2H2O cần lấy là: 0,2100 mol 126,06 g/mol = 26,47 g Hòa tan 26,47 g H2C2O4.2H2O thêm nước để 2,00 lít 21 2.2.2 Nồng độ phần khối lượng Nồng độ phần khối lượng (khối lượng /khối lượng, w/w): biểu diễn dạng tỉ lệ khối lượng chất tan với khối lượng dung dịch m Nồng độ phần khối lượng = m+q F (2.3) Trong đó: F hệ số Tùy theo giá trị F mà có loại nồng độ sau: Nồng độ phần trăm (F = 100) Nồng độ phần trăm (C%) biểu thị khối lượng chất tan chứa 100 gam dung dịch hay hỗn hợp m C% = m + q × 100 (2.4) Nồng độ phần triệu (F = 106), ký hiệu: Cppm (part per million), biểu thị khối lượng chất tan chứa 106 gam dung dịch hay hỗn hợp m Cppm = m+q × 106 (2.5) Nồng độ phần tỷ (F = 109), ký hiệu Cppb (part per billion), biểu thị số gam chất tan có 109 gam dung dịch hay hỗn hợp m Cppb = m+q × 109 (2.6) Đối với dung dịch loãng, khối lượng riêng dung dịch xấp xỉ 1,00 g/ml, nên ppm = 1,00 mg/l ppb = 1,00 g/l m (mg) m (g) Hay: Cppm = V (L) = V (ml) (2.7) Cppb = m (g) V (L) = m (ng) V (ml) (2.8) Ví dụ 2.2 Tính nồng độ mol K+ dung dịch K3[Fe(CN)6] (329,2 g/mol) 63,3 ppm Giải Dung dịch K3[Fe(CN)6] 63,3 ppm, nghĩa 106 g dung dịch chứa 63,3 g K3[Fe(CN)6], dung dịch tương đối loãng nên xem khối lượng riêng dung dịch khoảng 1,00 g/ml hay 1000 g/l Vì vậy, nồng độ mol K+ là: 63,3 CM (K+) = 329,2 × 22 1000 106 × = 5,77 × 10−4 M ... VỀ HÓA PHÂN TÍCH 13 1. 1 ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤ CỦA PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG 13 1. 2 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG 14 1. 2 .1 Phân loại theo chất phương pháp 14 1. 2.2... nói Hóa phân tích đặc trưng khoa học gồm nhiều ngành, khoa học liên quan 18 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 1. 1 Cho biết đối tượng hóa phân tích 1. 2 Phân biệt phân tích định tính phân tích định lượng 1. 3 Trình. .. 0, 01% Phân tích mức ppm (cỡ g = 10 -6g) phân tích vết (trace analysis), mức ppb (cỡ ng = 10 -9g) phân tích siêu vết (ultratrace analysis) 1. 3 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN CỦA MỘT QUY TRÌNH PHÂN TÍCH 1. 3