Nghiên Cứu Các Điều Kiện Để Đo Quang Động Học Xúc Tác Xác Định Lượng Vết Mn.doc

Tuy nhiªn, th­êng phøc cña Mn(II) víi thuèc thö trong m«i tr­êng n­íc cã kh«ng cao hoÆc sù t¹o phøc kh«ng ®­îc chän läc nªn ®Ó t¸ch mangan ra khái c¸c ion c¶n trë kh¸c ng­êi ta th­êng dïng ph­¬ng ph[.]

LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới thầy Chu Xuân Anh, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt thời gian thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, Khoa Hóa học - Đại học Khoa học Tự nhiên giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu Đồng thời xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp động viên tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành tốt luận văn Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2009 HỌC VIÊN Tống Thị Vân Anh MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶC TÍNH PHÂN TÍCH CỦA MANGAN .3 1.1.1 Mangan kim loại (mức oxi hóa 0) 1.1.2 Hợp chất Mn(II) 1.1.3 Hợp chất Mn(III) .5 1.1.4 Hợp chất Mn(IV), Mn(V) 1.1.5 Hợp chất Mn(VI) .6 1.1.6 Hợp chất Mn( VII) 1.2 PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ 1.3 PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG VÀ ĐỘNG HỌC XÚC TÁC .8 1.3.1 Phương pháp trắc quang 1.3.2 Phương pháp động học xúc tác 14 Chương THỰC NGHIỆM 19 2.1 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .19 2.2 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 20 2.2.1 Hóa chất .20 2.2.2 Thiết bị 22 2.3 QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH 22 2.3.1 Cách tiến hành khảo sát điều kiện thí nghiệm 25oC 80oC 22 2.3.2 Quy trình xác định ảnh hưởng ion lạ .23 2.3.3 Quy trình xác định mẫu giả 24 2.3.4 Quy trình phân tích mẫu thực tế 24 2.4 XỬ LÝ SỐ LIỆU THỐNG KÊ .25 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM 27 3.1.1 Thí nghiệm sơ 27 3.1.2 Thứ tự cho chất vào bình phản ứng .30 3.1.3 Ảnh hưởng pH .31 3.1.4 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian phản ứng 35 3.1.5 Ảnh hưởng nồng độ KIO4 .39 3.1.6 Ảnh hưởng nồng độ chất hoạt hoá xúc tác phen- 40 3.1.7 Ảnh hưởng nồng độ RhB 42 3.1.8 Ảnh hưởng nồng độ chất xúc tác Mn2+ 43 3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ION LẠ 50 3.2.1 Ảnh hưởng Fe(III) 51 3.2.2 Ảnh hưởng ion khác 52 3.3 XÁC ĐỊNH MANGAN TRONG MẪU GIẢ 54 3.4 XÁC ĐỊNH MANGAN TRONG MẪU THỰC TẾ .55 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .61 MỞ ĐẦU Mangan (Mn) có tự nhiên nhiều nguyên tố đóng vai trị quan trọng nhiều lĩnh vực khoa học đời sống công nghiệp sản xuất thép hợp kim, hoá học, y học Vì vậy, phát tán phần vào khí quyển, địa quyển, sinh Trong thể người, Mangan đóng vai trị quan trọng tạo thành xương mô, ảnh hưởng đến tạo thành hocmon tuyến yên, vitamin B vitamin C Hàm lượng cho phép người trưởng thành khoảng – mg ngày (được cung cấp từ thực phẩm, nước uống) nên thiếu hụt Mn làm giảm q trình đơng máu tăng lượng Cholestorol, ảnh hưởng đến chuyển giao thông tin di truyền Và chuyển hóa Mn bất thường gây bệnh tiểu đường, bệnh béo phì Đối với loại trồng, hàm lượng Mangan nguyên tố vi lượng khác cho phép chọn loại hạt giống, có suất cao, chịu sâu bệnh điều kiện thời tiết khắc nghiệt Trong nước, Mangan số nguyên tố vi lượng khác quy định phát triển vi sinh vật Vì vào hàm lượng Mangan xử lý khai thác có hiệu nguồn nước để sử dụng phục vụ nông nghiệp, đời sống bảo vệ môi trường Do hàm lượng Mn nước nhỏ nên để kiểm soát hàm lượng Mn địi hỏi phương pháp phân tích phải có độ chọn lọc độ xác cao Những phương pháp von ampe hịa tan, phương pháp kích hoạt notron, phương pháp ICP-MS (quang phổ cao tần plasma – khối phổ), phương pháp AES (quang phổ phát xạ nguyên tử) rộng rãi phương pháp AAS (quang phổ hấp thụ nguyên tử) sử dụng để xác định lượng vết Mn Các phương pháp đòi hỏi thiết bị đắt tiền, tốn thời gian phân tích, trình độ tay nghề cao thường trang bị cho phịng thí nghiệm lớn Để khắc phục nhược điểm trên, phương pháp đo quang phân tử (spectrophotometry) ưu tiên xem xét Đặc biệt, phương pháp đo quang động học xúc tác nhánh quan trọng quan tâm đến thời gian phân tích ít, thiết bị rẻ tiền, thuốc thử dễ tìm mà đạt độ nhạy độ chọn lọc thích hợp Trong luận văn này, nghiên cứu điều kiện để đo quang động học xúc tác xác định lượng vết Mn Cơ sở phương pháp Mn(II) làm chất xúc tác cho trình oxi hóa Rhodamin B KIO mơi trường axit yếu Phương pháp ứng dụng để xác định Mn(II) nước bề mặt kết so sánh với kết phương pháp AAS Chương TỔNG QUAN Từ nhiệm vụ đặt trên, xem xét số vấn đề sau: - Đặc tính phân tích Mn - Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định Mn - Tình hình phân tích lượng vết Mn phương pháp đo quang đặc biệt phương pháp động học xúc tác 1.1 ĐẶC TÍNH PHÂN TÍCH CỦA MANGAN Mangan nguyên tố kim loại chuyển tiếp đứng vị trí thứ 25 thuộc phân nhóm VIIB bảng hệ thống tuần hồn Cấu hình electron ngun tử s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2 lớp 3d chưa bão hịa nên có mức lượng cao Nếu điện tử lớp ngồi cùng, tạo hợp chất có trạng thái oxi hố từ đến 1.1.1 Mangan kim loại (mức oxi hóa 0) Đặc trưng Mangan kim loại tính khử mạnh Ở nhiệt độ cao, dạng bột, Mangan dễ tác dụng với phi kim Ví dụ, tác dụng với O2 tạo Mn3O4, với Cl2 tạo MnCl2 tác dụng với S tạo MnS… Mangan bền với nước, kể đun nóng có phản ứng chậm dạng bột mịn: Mn + 2H2O  Mn(OH)2 + H2 Mangan tan dễ dàng dung dịch axit tạo thành muối Mn(II) 1.1.2 Hợp chất Mn(II) Số phối trí đặc trưng Mn(II) ứng với dạng lai hoá sp 3d2 với phân bố liên kết mặt Các hợp chất Mn(II) có tính thuận từ có electron độc thân Hợp chất oxit Mn(II) MnO, có tính bazo, tan dễ dàng axit tạo thành muối Mn(II) dễ tan MnCl2, MnSO4, Mn(NO3)2 Các muối Mn(II) môi trường kiềm dễ tạo thành Mn(OH) với tích số tan 7.10-15 Mn2+ + 2H2O + 2NH3  Mn(OH)2 + 2NH4+ Khi NH4+ dư đun nóng dung dịch có phản ứng Mn(OH)2 + 2NH4+  Mn2+ + 2NH3 + 2H2O Áp dụng phản ứng để tách xác định riêng kim loại hợp kim chứa Mn, Fe, Ba Mẫu phân hủy HCl, sau dùng dung dịch H2SO4 loãng kết tủa Ba dạng BaSO4, thêm NH4Cl vào dung dịch cho từ từ dung dịch NH đến metyl da cam chuyển màu Fe(III) kết tủa dạng Fe(OH)3 Nước lọc chứa Mn(II) [20] Lượng Mn(II) dung dịch chứa Fe(III), Cr(III), Mn(II) tách bột ZnO dư Ban đầu dùng H2SO4 phân hủy mẫu, sau dùng dung dịch NH3 trung hịa lượng axit dư Cho dư bột ZnO vào bình, Fe(III) Cr(III) vào kết tủa nên Mn(II) nằm nước lọc: ZnO + H2O  Zn2+ + 2OH Cr3+ + 3OH-  Cr(OH)3 Fe3+ + 3OH-  Fe(OH)3 [7] Mn(II) chất oxi hóa yếu, phải dùng phương pháp điện phân chất khử mạnh Al chuyển Mn(II) Mn(0) Mn(II) thể tính khử mạnh Trong môi trường kiềm, Mn(II) tác dụng với chất oxi hóa nhẹ (O2, Cl2, H2O2, ) tạo thành MnO2 Mn2+ - 2e + 2H2O  MnO2 + 4H+ Có thể tách Mn(II) khỏi kim loại kiềm thổ magie thioaxetamit tách khỏi sắt KClO3 (chuyển Mn(II) MnO2) [10] Trong môi trường axit, Mn(II) bị oxi hóa chất oxi hóa mạnh PbO2, NaBiO3, KIO4, (NH4)2S2O8… tạo thành MnO4- Mn(II) kết hợp với chất vơ (như cyanua) chất hữu (như etilendiamin, oxalat, EDTA) tạo thành phức bền 1.1.3 Hợp chất Mn(III) Hợp chất Mn(III) hợp chất bền có tính oxi hóa khử Mn(III) oxit có cơng thức phân tử Mn2O3 Mn2O3 tác dụng với axit loãng tạo MnO2 muối Mn(II) Nhưng tác dụng với axit đặc tạo thành muối Mn(III) Đa số muối Mn(III) bền môi trường kiềm, không bền dung dịch nước, dễ bị phân hủy thành muối Mn(II) MnO2 Muối Mn(III) dễ kết hợp với anion axit tạo thành phức chất bền K3(Mn(CN)6), K3(Mn(C2O4)3.3H2O, K(Mn(EDTA).3H2O… 1.1.4 Hợp chất Mn(IV), Mn(V) Oxit Mn(IV) MnO Đây hợp chất bền Mn Khi đun nóng, MnO2 tan axit kiềm oxit lưỡng tính Các muối Mn(IV) bền nước dung dịch axit, dễ phân hủy thành Mn(II) MnO2 vừa có tính oxi hố, vừa có tính khử Tính oxi hóa: MnO2 môi trường axit tạo thành muối Mn(II) MnO2 + 4HCl  MnCl2 + Cl2 + 2H2O Tính khử: MnO2 môi trường kiềm mạnh tạo thành hợp chất Mn(V) 2MnO2 + 6KOHđặc  K3MnO4 + K3[Mn(OH)6] Các tetra halogenua Mn(IV) bền nước, dễ kết hợp với halogenua kim loại kiềm tạo nên phức chất có màu vàng bền như: M[MnX5] M2[MnX6] (trong M = K, Rb, NH4 X = F, Cl) 1.1.5 Hợp chất Mn(VI) Mn(VI) không tồn dạng oxit MnO3 mà thấy ion MnO42- Mn(VI) bền dung dịch kiềm mạnh, dung dịch trung tính kiềm yếu dễ bị thủy phân: 3MnO42- + 2H2O  2MnO4- + MnO2 + 4OHMuối manganat chất oxi hoá mạnh, phản ứng với nhiều chất khử dung dịch tương tự permanganat Nhưng với chất oxi hố mạnh lại thể tính khử Tuy nhiên điều xảy ra: 2K2MnO4 + Cl2  2KMnO4 + 2KCl Ion MnO42- theo thuyết trường tinh thể xem phức chất kim loại chuyển tiếp 1.1.6 Hợp chất Mn( VII) Mn(VII) không tồn dạng oxit Mn 2O7 mà thấy ion MnO 4- Muối MnO4- dễ tan nước KMnO4 chất oxi hóa mạnh, oxi hóa nhiều chất hữu vô Tùy thuộc độ axit môi trường mà MnO 4- bị khử đến Mn(II), Mn(IV) Mn(VI) Trong môi trường axit mạnh: MnO4- + 5e + 8H+  Mn2+ + 4H2O.E0 = 1,51 V Trong mơi trường axit yếu, bazo yếu trung tính: MnO4- + 3e + 2H2O  MnO2 + 4OH-.E0 = 1,23 V Trong môi trường kiềm: MnO4- + 1e  MnO42- (xanh cây) E0 = 0,56 V Ion MnO4- theo thuyết trường tinh thể xem phức chất kim loại chuyển tiếp 1.2 PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Mangan có nhiều vạch phổ đặc trưng thường sử dụng ba vạch có bước sóng sau: 1=279,5 nm, 2 =279,8 nm 3=280,1 nm [4] Có thể xác định Mangan phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) với kỹ thuật lửa kỹ thuật không lửa Để chuyển nguyên tố cần phân tích dạng nguyên tử, phương pháp lửa sử dụng hỗn hợp axetilen khơng khí, phương pháp khơng lửa sử dụng dòng điện cao tần [5] Giới hạn phương pháp trình bày bảng theo tiêu chuẩn giới EPA (Hiệp hội bảo vệ môi trường Mỹ), APHA (Hiệp hội bảo vệ sức khỏe cộng đồng Mỹ) Bảng Một số tiêu chuẩn xác định Mn theo phương pháp AAS Tiêu chuẩn EPA 243.1 Phương pháp AAS với kỹ thuật lửa Khoảng xác định Mn 0,1 – mg/l EPA 243.2 AAS với kỹ thuật không lửa – 30 µg/l APHA 3500-Mn AAS với kỹ thuật khơng lửa – 30 µg/l