Báo cáo thí nghiệm phương pháp phổ tử ngoại – khả kiến (uv – vis) xác định fe trong thuốc bằng 1,10 – phenanthroline

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HỐ HỌC & THỰC PHẨM BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HOÁ HỌC KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CƠNG CỤ Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Phan Thị Anh Đào Sinh viên thực hiện: Phan Lê Anh Lâm Mã số Sinh viên: 21128310 Lớp: 21128CL1A Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 06 năm 2023 BÀI + 2: PHƯƠNG PHÁP PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN (UV – VIS) XÁC ĐỊNH Fe TRONG THUỐC BẰNG 1,10 – PHENANTHROLINE (PHƯƠNG PHÁP DÃY CHUẨN + PHƯƠNG PHÁP THÊM CHUẨN) 1/ MỤC TIÊU CỦA BÀI THÍ NGHIỆM Với hỗ trợ thuốc thử thiocyanate, acid salicylic acid sulfosalicylic, nhà khoa học phát diện Fe3+ thông qua phương pháp so màu Trong đó, thuốc thử 1,10 – Phenanthroline sử dụng để xác định Fe2+ Chúng ta sử dụng thuốc thử 1,10 – Phenanthroline để xác định hàm lượng Fe2+ Fe3+ thuốc thí nghiệm 2/ GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC – ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ? 2.1 Phương pháp quang phổ gì? Phương pháp quang phổ phương pháp mà ứng dụng việc nghiên cứu cấu trúc phân tích định tính, định lượng hợp chất hoá học, đối tượng hoá học, đặc biệt hợp chất hữu Nhìn vào tranh tổng thể phân loại phương pháp phân tích đại phương pháp phân tích quang phổ thuộc nhóm phương pháp phân tích lý hố Trong phương pháp quang phổ gồm có phổ phân tử phổ nguyên tử, loại phổ gồm có phương pháp cụ thể để phân tích hợp chất hoá học Phương pháp quang phổ khảo sát trình tương tác xạ điện từ đối tượng nghiên cứu Sự tương tác dẫn tới trình hấp thu, phát xạ khúc xạ Vậy đối tượng nghiên cứu vật chất, hay quy đổi nguyên tử phân tử Vậy nguyên tử, phân tử tương tác với xạ điện từ, tuỳ thuộc vào lượng bước sóng xạ điện từ mà nguyên tử, phân tử có thay đổi dẫn đến trình hấp thu, phát xạ, khúc xạ 2.2 Bức xạ điện từ gì? Bức xạ điện từ thể chất lưỡng tính sóng hạt Bản chất sóng: Bức xạ điện từ dạng lượng truyền không gian theo dạng sóng hình sin Các đại lượng đặc trưng cho chất sóng bao gồm: tần số, số sóng, chu kỳ, vận tốc, bước sóng Bản chất hạt: Bức xạ điện từ dòng photon mang lượng lan truyền với vận tốc ánh sáng Bức xạ điện từ dãi sóng điện từ có bước sóng biến đổi khoảng rộng (từ met, radio tới Å, tia X nhỏ tia γ) Để tìm hiểu sở lý thuyết phương pháp quang phổ, xạ điện từ tương tác với vật chất dẫn đến thay đổi 2.3 Tương tác xạ điện từ vật chất Khi chiếu chùm xạ điện từ qua môi trường vật chất, chùm xạ bị hấp thu, bị tán xạ, khuếch tán nguyên tử, phân tử vật chất Sự tán xạ khơng làm thay đổi tần số xạ gọi tán xạ thường, làm thay đổi tần số xạ gọi tán xạ tổ hợp Ngồi ra, vật chất phát lượng dạng xạ Việc nghiên cứu quang phổ thực chất nghiên cứu trình hấp thu, trình phát xạ, tán xạ khuếch tán tương ứng với loại phổ khác Nghiên cứu tìm cách, sử dụng thiết bị để đo lường trình Dựa kết đo lường đó, giải đáp cấu trúc, phân tích định tính phân tích định lượng hợp chất Bởi ứng với nguyên tử, phân tử với cấu trúc khác nhau, chiếu chùm xạ điện từ vào có q trình hấp thu hay phát xạ hay khuếch tán khác Khi chiếu chùm xạ điện từ với tần số định qua môi trường vật chất thì: lượng xạ khơng thay đổi (phụ thuộc vào tần số) cường độ xạ thay đổi (mật độ hạt photon) 2.4 Sự thay đổi trạng thái lượng phân tử hấp thu xạ điện từ Đối với phân tử nguyên tử, chiếu chùm xạ điện từ qua phổ phân tử phổ nguyên tử khác điểm nào? Phổ phân tử so với phổ ngun tử tính chất phức tạp, chất phân tử cấu tạo nên từ nhiều nguyên tử, phổ phân tử chuyển động thành phần tạo nên phân tử Và phân tử đơn giản có loại chuyển động sau: - Chuyển động quay (Molecular rotation – tần số νq): đề cập đến quay phân tử xung quanh trục - Chuyển động dao động (Molecular vibrotation – tần số νdd): đặc trưng cho dao động hạt nhân nguyên tử xung quanh vị trí cân chúng phân tử - Chuyển dời electron (Valence electron – tần số νđt): chuyển dời electron từ MO sang MO khác liên quan đến phân bố electron dịch chuyển chúng Sự dịch chuyển đặc biệt liên quan đến electron hoá trị Vậy phân tử, chiếu chùm xạ điện từ với tần số xác định, gây chuyển động quay, chuyển động dao động kích thích electron Nếu gọi nội E = Eq + Edd + Eđt Khi phân tử có moment lưỡng cực μ ≠ Giả sử lượng phân tử trạng thái biểu diễn Eo, cịn trạng thái kích thích En hiệu hai mức lượng phân tử hai trạng thái lượng hν photon ΔE = En – Eo = ΔE(e) + ΔE(dd) + ΔE(đt) = hν = hc/λ Trong đó: ΔE(e) > ΔE(dd) > ΔE(đt) Tổng biến thiên lượng phân tử tổng biến thiên dạng lượng Các phân tử vật chất chịu tác dụng chùm xạ điện từ có tần số khác hấp thu xạ điện từ có tần số trùng với tần số riêng chúng Sự hấp thu tạo điều kiện để xảy trình biến đổi lượng bên phân tử Hấp thu chọn lọc nên xạ điện từ bị số xạ có tần số xác định bị vật chất hấp thu 2.5 Quy tắc chọn lọc phổ phân tử • Phải có phù hợp lượng xạ sử dụng với biến thiên mức lượng phân tử • Sự chuyển mức lượng phải kèm theo thay đổi trung tâm điện tích phân tử, tức thay đổi phân bố điện tử phân tử 2.6 Sự biến đổi xạ hấp thu Vậy vật chất hấp thu xạ điện từ sau có biến đổi xạ hấp thu nào? Khi hấp thu xạ, vật chất (là nguyên tử, phân tử) nhận thêm lượng mà chuyển từ mức lượng thấp cho lên mức lượng cao hay nói cách khác chuyển từ trạng thái lượng điện tử lên trạng thái lượng điện tử kích thích Tuy nhiên, phần lượng mà phân tử bổ sung phân tử giữ lại khoảng thời gian ngắn trạng thái khơng bền, tồn từ 10-3s – 10-8s phần lượng bị biến đổi theo nhiều cách Và cách liên quan đến việc lý giải vật chất bị nóng lên chiếu xạ điện từ vào Tại chiếu xạ vào vật nóng lên? Giữa phân tử có va chạm với dẫn tới việc phân bố lại lượng, phần lượng mà phân tử nhận hấp thu xạ chuyển thành dạng lượng quay lượng dao động, gây chuyển động tịnh tiến theo nguyên tắc phân bố Và nguyên nhân mà làm cho vật chất hấp thu xạ bị nóng lên - Vật bị nóng lên: va chạm tiểu phân dẫn tới phân bố lại lượng chúng, chuyển thành dao động quay, dao động tịnh tiến, động bị biến thành nhiệt - Phát lượng dạng xạ huỳnh quang, lân quang - Phát xạ - Tán xạ Mức độ dao động quay kích thích trạng thái điện tử Chuyển dời nội Năng lượng Giao hệ thống tới T1 Giao hệ thống tới So Sự hấp thu (10-15 s) Phát xạ huỳnh quang (10-8 – 10-4s) Phát xạ lân quang (10-4 – 10-2s) 3/ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHỔ KÍCH THÍCH ELECTRON (UV – VIS) 3.1 Cơ sở lý thuyết: Phân tử hấp thu xạ tử ngoại khả kiến (200 nm – 800 nm) electron hố trị bị kích thích chuyển từ trạng thái lên trạng thái kích thích, phổ thu gọi phổ kích thích electron hay phổ tử ngoại khả kiến hay gọi phổ electron Vậy nhìn nhận sau: phân tử electron nằm mức lượng orbital phân tử, ví dụ orbital n orbital không liên kết, otbital phản liên kết σ* π*, orbital liên kết σ π Các electron nhận lượng xạ điện từ xảy kích thích, electron chuyển từ orbital phân tử có mức lượng thấp lên orbital phân tử có mức lượng cao Hay nói cách khác từ MO liên kết lên MO phản liên kết; từ MO không liên kết lên MO phản liên kết Quá trình kích thích electron bao gồm ln chuyển động quay chuyển động dao động Bởi lượng mà để tạo kích thích electron lớn lượng chuyển động quay lớn lượng tạo chuyển động dao động Chính mà phân tử nhận lượng kích thích electron kéo theo q trình quay dao động phân tử ΔEtotal = ΔErotational + ΔEvibrational + ΔEelectron With ΔEelectron > ΔEvibrational > ΔErotational UV: 100 nm – 400 nm gồm UV xa (100 nm – 190 nm) UV gần (190 nm – 400 nm) Vis: 400 nm – 80 nm 3.2 Sự chuyển mức lượng kích thích electron Trong phổ electron electron từ quỹ đạo mức lượng thấp sang quỹ đạo mức lượng cao Ví dụ MO liên kết σ lên MO phản liên kết σ* π lên π*, MO không liên kết n lên π* n lên σ* Và vị trí đỉnh hấp thu tương ứng với bước nhảy có tính chất đặc trưng riêng, phân thành loại gọi dải hấp thu Và có chuyển mức sau: ▪ Chuyển mức N  V: bao gồm σ  σ* (vùng tử ngoại xa); π  π* (tử ngoại gần khả kiến) ▪ Chuyển mức N  Q: bao gồm n  σ* (vùng tử ngoại); n  π* (tử ngoại gần khả kiến) ▪ Chuyển mức N  R (tử ngoại xa): xác định lượng ion hoá phân tử 10 Absorption Đồ thị đường chuẩn dãy chuẩn biểu diễn độ hấp thu Abs theo nồng độ Cppm 1,2 0,8 y = 0,193140205668x + 0,015484825683 R² = 0,999520261393 0,6 0,4 0,2 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 Cppm 7.2 Xác định Fe viên thuốc: Khối lượng viên thuốc Bidiferon cân 0,8387 gam  viên thuốc Bidiferon có khối lượng khoảng 0,41935 (gam) 34 Theo tuyên bố nhà sản xuất viên thuốc chứa khoảng 50 mg Sắt (dưới dạng Sắt (II) sulfate khô) 0,35 mg Acid Folic Trong viên thuốc sắt có khoảng: 𝑚𝐹𝑒 2+ = 50×10−3 151,908 × 55,845 ≈ 0,01838119125(𝑔𝑎𝑚 𝐹𝑒) Mà cân viên, khối lượng Fe2+ viên thuốc là: 0,03676238249 (gam Fe2+) Tiếp theo nghiền mịn viên thuốc sắt chày, cối sứ Sau đó, chia cho nhóm, ước tính nhóm có khoảng 0,209675 (gam bột thuốc) Khối lượng thực tế bột thuốc nghiền cân là: mcân thực tế = 0,2014 (gam) Dùng quy tắc tam suất: Trong 0,8387 gam viên thuốc thực tế  0,03676238249 gam Fe2+ 0,2014 gam bột thuốc thực tế  ?  m Fe2+ bột thuốc thực tế 8,827881047 mg Fe2+ ❖ Điều chế dung dịch Fe gốc Hoà tan 0,2014 gam bột thuốc 25 mL dd HCl 6M Nồng độ Fe2+ lúc ban đầu là: 𝐶𝑝𝑝𝑚𝐹𝑒 2+ = 8,827881047 𝑚𝑔 ) = 353,1152419 ( 0,025 𝐿 Tiến hành đun sôi 15 phút Sau để nguội chuyển vào fiol 100 mL, thêm nước cất tới vạch 35 Nồng độ Fe2+ lúc là: (𝐶𝑝𝑝𝑚𝐹𝑒 2+ )𝑏𝑎𝑛 đầ𝑢 × 𝑉𝑏𝑎𝑛 đầ𝑢 = (𝐶𝑝𝑝𝑚𝐹𝑒 2+ )𝑔ố𝑐 × 𝑉𝑔ố𝑐 ⟺ 353,1152419 × 25 = (𝐶𝑝𝑝𝑚𝐹𝑒 2+ )𝑔ố𝑐 × 100 ⟹ (𝐶𝑝𝑝𝑚𝐹𝑒 2+ )𝑔ố𝑐 = 353,1152419 × 25 = 88,27881047 (𝑝𝑝𝑚) 100 Đây nồng độ “dung dịch Fe gốc” ❖ Điều chế dung dịch Fe pha lỗng (𝐶𝑝𝑝𝑚𝐹𝑒 2+ )𝑔ố𝑐 × 𝑉𝑔ố𝑐 = (𝐶𝑝𝑝𝑚𝐹𝑒 2+ )𝑙𝑜ã𝑛𝑔 × 𝑉𝑙𝑜ã𝑛𝑔 ⟺ 88,27881047 × = (𝐶𝑝𝑝𝑚𝐹𝑒 2+ )𝑙𝑜ã𝑛𝑔 × 100 ⟹ (𝐶𝑝𝑝𝑚𝐹𝑒 2+ )𝑙𝑜ã𝑛𝑔 = 88,27881047 × = 4,413940524 (𝑝𝑝𝑚) 100 Đây nồng độ “dung dịch Fe pha lỗng” 7.3 Tính tốn kết theo phương pháp bình phương tối thiểu từ phương trình hồi quy tuyến tính bậc (ISO – 8466 – 1) Dựa vào đồ thị đường chuẩn trên, ta có phương trình hồi quy tuyến tính: y = 0,193140205668x + 0,015484825683 Đồng phương trình hồi quy tuyến tính với pt A = a + bC, nên tương ứng: A = 0,193140205668.C + 0,015484825683 Với: y=A ; x=C ; a b hệ số hồi quy ❖ Tính hệ số hồi quy a b Cách 1: Xác định dựa vào phương trình hồi quy tuyến tính a = 0,015484825683 b = 0,193140205668 Trong đó: C nồng độ dung dịch chuẩn tính theo ppm (mg/L μg/mL) Cách 2: Tính tốn dựa theo biểu thức sau: 36 ∑ 𝐶𝑖2 ∑ 𝐴𝑖 − ∑ 𝐶𝑖 ∑ 𝐶𝑖 𝐴𝑖 𝑎= 𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 − (∑ 𝐶𝑖 )2 𝑛 ∑ 𝐶𝑖 𝐴𝑖 − ∑ 𝐶𝑖 ∑ 𝐴𝑖 𝑏= 𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 − (∑ 𝐶𝑖 )2 Trước tiên, ta lập bảng giá trị thành phần trên: Bảng giá trị thông số để tìm hệ số hồi quy phương sai Thông số 𝑪𝒊 𝑨𝒊 𝑪𝒊 𝑨𝒊 𝑪𝟐𝒊 𝑨𝟐𝒊 0,1 0,039 0,01 0,001521 0,0039 0,5 0,116 0,25 0,013456 0,058 Số liệu 0,208 0,043264 0,208 2,5 0,484 6,25 0,234256 1,21 0,988 25 0,976144 4,96 Tổng cộng 9,1 1,835 32,51 1,268641 6,4199 Với n cơng thức số điểm đường chuẩn  n = Thay giá trị bảng tính vào cơng thức để tính hệ số hồi quy a b ∑ 𝐶𝑖2 ∑ 𝐴𝑖 − ∑ 𝐶𝑖 ∑ 𝐶𝑖 𝐴𝑖 32,51 × 1,835 − 9,1 × 6,4199 𝑎= = = 0,015484825683 × 32,51 − 9,12 𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 − (∑ 𝐶𝑖 )2 𝑛 ∑ 𝐶𝑖 𝐴𝑖 − ∑ 𝐶𝑖 ∑ 𝐴𝑖 × 6,4199 − 9,1 × 1,835 = = 0,193140205668 × 32,51 − 9,12 𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 − (∑ 𝐶𝑖 )2 Nhận xét cách tính trên: ta nhận thấy kết thu từ cách tính có lệch tý, ngun nhân q trình tính tốn làm trịn số bước tính trung gian dẫn đến bị sai lệch kết cuối Tuy nhiên, chênh lệch ít, tương đối khơng gây ảnh hưởng nhiều đến kết phân tích 𝑏= ❖ Tính phương sai dư: 𝑆𝑟𝑒 ∑ 𝐴2𝑖 − 𝑎 ∑ 𝐴𝑖 − 𝑏 ∑ 𝐴𝑖 𝐶𝑖 = ≡ 𝑠𝑦2 𝑛−2 Thay giá trị biểu thức vào, ta phương sai dư: 𝑆𝑟𝑒 = ∑ 𝐴2𝑖 − 𝑎 ∑ 𝐴𝑖 − 𝑏 ∑ 𝐴𝑖 𝐶𝑖 = 𝑛−2 1,268641 − 0,015484825683 × 1,835 − 0,193140205668 × 6,4199 5−2 = 9,517950004 × 10−5 ⟹ 𝑆𝑟𝑒 = √9,517950004 × 10−5 = 9,75599815713 × 10−3 37 ❖ Tính độ lệch chuẩn cho hệ số hồi quy a b: ∑ 𝐶𝑖2 𝑆𝑎 = 𝑆𝑟𝑒 √ 𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 − (∑ 𝐶𝑖 )2 𝑆𝑏 = 𝑆𝑟𝑒 √ 𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 𝑛 − (∑ 𝐶𝑖 )2 Thay giá trị biểu thức vào, ta phương sai dư: ∑ 𝐶𝑖2 32,51 −3 √ 𝑆𝑎 = 𝑆𝑟𝑒 √ = 9,75599815713 × 10 × × 32,51 − (9,1)2 𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 − (∑ 𝐶𝑖 )2 = 6,22934062 × 10−3 𝑆𝑏 = 𝑆𝑟𝑒 √ 𝑛 −3 √ = 9,75599815713 × 10 × × 32,51 − (9,1)2 𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 − (∑ 𝐶𝑖 )2 = 2,442972601 × 10−3 ❖ Biện luận hệ số a: khoảng tin cậy εa tính theo cơng thức: 𝜀𝑎 = 𝑡0,95;𝑓 × 𝑆𝑎 √𝑛 𝜀𝑏 = 𝑡0,95;𝑓 × 𝑆𝑏 √𝑛 Với 𝑡0,95;𝑓 hệ số Student, tra bảng xác suất với mức độ tin cậy p = 95%, độ tự do: f = n – = 38 Nhìn vào bảng trên, ta tra t0,95; f=3 3,182 Thay giá trị biểu thức vào, ta phương sai dư: 𝜀𝑎 = 𝑡0,95;𝑓 × 𝜀𝑏 = 𝑡0,95;𝑓 × 𝑆𝑎 √𝑛 𝑆𝑏 √𝑛 = 3,182 × = 3,182 × 6,22934062 × 10−3 √5 = 8,864561387 × 10−3 2,442972601 × 10−3 √5 = 3,476432243 × 10−3 Từ giá trị trên, thiết lập phương trình hồi quy sau: 𝐴 = (𝑎 ± 𝜀𝑎 ) + (𝑏 ± 𝜀𝑏 ) 𝐶 = (0,015484825683 ± 8,864561387 × 10−3 ) + (0,193140205668 ± 3,476432243 × 10−3 ) 𝐶 Tính nồng độ chưa biết Cx theo công thức: 𝐶𝑥 = 𝐴𝑥 − 𝑎 𝑏 7.4 Tính tốn hàm lượng Fe2+, Fe3+ Fe tổng mẫu phân tích Giá trị đo độ hấp thu A bình A bình B mẫu phân tích Độ hấp thu A Mẫu Mẫu phân tích bình A Đo độ hấp thu lần 0,2137 Đo độ hấp thu lần 0,2127 Đo độ hấp thu lần 0,2125 Giá trị trung bình 0,212966667 Nồng độ Fe tổng mẫu phân tích A là: 𝐶𝐹𝑒 𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝐶𝐹𝑒 (𝑚ẫ𝑢 𝐴) = Mẫu phân tích bình B 0,149 0,149 0,150 0,149333333 0,212966667 − 0,015484825683 = 1,02247919 (𝑝𝑝𝑚) 0,193140205668 Nồng độ Fe2+ mẫu phân tích B là: 𝐶𝐹𝑒 2+ = 𝐶𝐹𝑒 (𝑚ẫ𝑢 𝐵) = 0,149333333 − 0,015484825683 = 0,6930121421 (𝑝𝑝𝑚) 0,193140205668 Nồng độ Fe3+ mẫu phân tích là: 𝐶𝐹𝑒 3+ = 𝐶𝐹𝑒 𝑡ổ𝑛𝑔 − 𝐶𝐹𝑒 2+ = 1,02247919 − 0,6930121421 = 0,329467048 (𝑝𝑝𝑚) ❖ Tính sai số mẫu phân tích xác định theo phương pháp lan truyền sai số: ▪ Mẫu bình A (tổng hàm lượng Fe) 39 𝑆𝑥𝐴 𝑆𝑟𝑒 1 𝑛(A̅ 𝑥 − A̅ 𝑖 )2 = √ + + 𝑏 𝑛 𝑚 𝑏 [𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 − (∑ 𝐶𝑖 )2 ] Trong đó: n số điểm đường chuẩn (n = 5) m số lần đo mẫu xác định (m =3) A̅ 𝑥 giá trị trung bình Ax mẫu thử A̅ 𝑖 giá trị trung bình A điểm đường chuẩn 𝑆𝑥𝐴 = 𝑆𝑟𝑒 1 𝑛(A̅ 𝑥 − A̅ 𝑖 )2 √ + + 𝑏 𝑛 𝑚 𝑏 [𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 − (∑ 𝐶𝑖 )2 ] = 9,75599815713 × 10−3 1 × (0,212966667 − 0,611666667)2 ×√ + + 0,193140205668 (0,193140205668)2 [5 × 32,51 − 9,12 ] = 0,04519490381 ▪ Mẫu bình B (hàm lượng riêng Fe2+) 𝑆𝑥𝐵 = 𝑆𝑟𝑒 1 𝑛(A̅ 𝑥 − A̅ 𝑖 )2 √ + + 𝑏 𝑛 𝑚 𝑏 [𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 − (∑ 𝐶𝑖 )2 ] = 9,75599815713 × 10−3 1 × (0,149333333 − 0,779)2 ×√ + + 0,193140205668 (0,1856634061)2 [5 × 32,51 − 9,12 ] = 0,04772389596 Biểu diễn nồng độ chất phân tích mẫu đo biểu diễn kèm sai số: 𝐶𝐹𝑒 𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝐶𝑥 ± 𝑡0.95;𝑓=3 × 𝑆𝑥𝐴 = 1,02247919 ± 3.182 × 0,04519490381 = 1,02247919 ± 0,143810184 (𝑝𝑝𝑚) 𝐶𝐹𝑒2+ = 𝐶𝑥 ± 𝑡0.95;𝑓=3 × 𝑆𝑥𝐵 = 0,6930121421 ± 3.182 × 0,04772389596 = 0,6930121421 ± 0,151857437 (𝑝𝑝𝑚) 𝐶𝐹𝑒3+ = 𝐶𝐹𝑒 𝑡ổ𝑛𝑔 − 𝐶𝐹𝑒 2+ = (1,02247919 ± 0,143810184) − (0,6930121421 ± 0,151857437) = 0,329467048 ± 0,209146002 (𝑝𝑝𝑚) Tính tốn nồng độ sắt mẫu thực tế 0,2014 gam bột thuốc => 100ml dung dịch Fe gốc 5ml dung dịch Fe gốc => 100ml dung dịch Fe pha loãng 10ml dung dịch Fe pha loãng => 100ml dung dịch mẫu đo 𝐶𝐹𝑒2+(𝑡ℎự𝑐 𝑡ế) = 𝐶𝐹𝑒 𝑡ổ𝑛𝑔 × 100 100 100 100 × = 1,02247919 × × = 204,4958379 𝑝𝑝𝑚 10 10 40 7.5 Tính tốn hàm lượng Fe2+, Fe3+ Fe tổng mẫu đối chứng QC Giá trị đo độ hấp thu A bình QCA bình QCB mẫu chứng QC Độ hấp thu A Mẫu chứng QCA Đo độ hấp thu lần 0,130 Đo độ hấp thu lần 0,129 Đo độ hấp thu lần 0,130 Giá trị trung bình 0,129666667 Nồng độ Fe tổng mẫu chứng QCA là: Mẫu QC 𝐶𝐹𝑒 𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝐶𝐹𝑒 (𝑚ẫ𝑢 𝑄𝐶𝐴) = Mẫu chứng QCB 0,105 0,105 0,104 0,104666667 0,129666667 − 0,015484825683 = 0,591186287 (𝑝𝑝𝑚) 0,193140205668 Nồng độ Fe2+ mẫu chứng QCB là: 𝐶𝐹𝑒 2+ = 𝐶𝐹𝑒 (𝑚ẫ𝑢 𝑄𝐶𝐵 ) = 0,104666667 − 0,015484825683 = 0,46174664 (𝑝𝑝𝑚) 0,193140205668 Nồng độ Fe3+ mẫu chứng là: 𝐶𝐹𝑒 3+ = 𝐶𝐹𝑒 𝑡ổ𝑛𝑔 − 𝐶𝐹𝑒 2+ = 0,591186287 − 0,46174664 = 0,129439647 (𝑝𝑝𝑚) ❖ Tính sai số mẫu đối chứng xác định theo phương pháp lan truyền sai số: ▪ Mẫu QCA (tổng hàm lượng Fe) 𝑆𝑥𝐴 𝑆𝑟𝑒 1 𝑛(A̅ 𝑥 − A̅ 𝑖 )2 = √ + + 𝑏 𝑛 𝑚 𝑏 [𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 − (∑ 𝐶𝑖 )2 ] Trong đó: n số điểm đường chuẩn (n = 5) m số lần đo mẫu xác định (m =3) A̅ 𝑥 giá trị trung bình Ax mẫu thử A̅ 𝑖 giá trị trung bình A điểm đường chuẩn 𝑆𝑥𝐴 = 𝑆𝑟𝑒 1 𝑛(A̅ 𝑥 − A̅ 𝑖 )2 √ + + 𝑏 𝑛 𝑚 𝑏 [𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 − (∑ 𝐶𝑖 )2 ] = 9,75599815713 × 10−3 1 × (0,129666667 − 0,611666667)2 ×√ + + 0,193140205668 (0,193140205668)2 [5 × 32,51 − 9,12 ] = 0,04855124420 41 ▪ Mẫu bình B (hàm lượng riêng Fe2+) 𝑆𝑥𝐵 = 𝑆𝑟𝑒 1 𝑛(A̅ 𝑥 − A̅ 𝑖 )2 √ + + 𝑏 𝑛 𝑚 𝑏 [𝑛 ∑ 𝐶𝑖2 − (∑ 𝐶𝑖 )2 ] = 9,75599815713 × 10−3 1 × (0,104666667 − 0,779)2 ×√ + + 0,193140205668 (0,1856634061)2 [5 × 32,51 − 9,12 ] = 0,04963130556 Biểu diễn nồng độ chất phân tích mẫu đo biểu diễn kèm sai số: 𝐶𝐹𝑒 𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝐶𝑥 ± 𝑡0.95;𝑓=3 × 𝑆𝑥𝐴 = 0,591186287 ± 3.182 × 0,04855124420 = 0,591186287 ± 0,154490059 (𝑝𝑝𝑚) 𝐶𝐹𝑒2+ = 𝐶𝑥 ± 𝑡0.95;𝑓=3 × 𝑆𝑥𝐵 = 0,46174664 ± 3.182 × 0,04963130556 = 0,46174664 ± 0,157926814 (𝑝𝑝𝑚) 𝐶𝐹𝑒3+ = 𝐶𝐹𝑒 𝑡ổ𝑛𝑔 − 𝐶𝐹𝑒 2+ = (0,591186287 ± 0,154490059) − (0,46174664 ± 0,157926814 ) = 0,129439647 ± 0,220925456 (𝑝𝑝𝑚) Tính tốn nồng độ sắt mẫu thực tế 0,2014 gam bột thuốc => 100ml dung dịch Fe gốc 5ml dung dịch Fe gốc => 100ml dung dịch Fe pha loãng 10ml dung dịch Fe pha loãng => 100ml dung dịch mẫu đo 𝐶𝐹𝑒2+(𝑡ℎự𝑐 𝑡ế) = 𝐶𝐹𝑒 𝑡ổ𝑛𝑔 × 100 100 100 100 × = 0,591186287 × × = 118,2372573 𝑝𝑝𝑚 10 10 B PHƯƠNG PHÁP THÊM CHUẨN 1/ NGUYÊN TẮC Bài thí nghiệm liên quan đến việc xác định sắt, sử dụng thuốc thử 1,10 – phenanthroline chất chuẩn thêm vào để đo độ hấp thụ quang Để xác định nồng độ xác chất phân tích mẫu đo, nhiều nhà khoa học sử dụng phương pháp thêm chuẩn Phương pháp thêm chuẩn ứng dụng rộng rãi Do yếu tố mẫu bao gồm: độ nhớt, tỷ trọng, ion cạnh tranh lực ion mẫu thường ảnh hưởng đến phép đo cách thay đổi độ nhạy phân tích, nên việc xác định nồng độ mẫu thông qua phương pháp dãy chuẩn phương pháp so sánh dẫn đến kết nồng độ khác so với thực tế phép đo Do đó, để giải vấn đề này, người ta thường thiết lập môi trường tiêu chuẩn mẫu giống hệt Bằng cách trì nồng độ mẫu giống hệt chất chuẩn mẫu, mức độ ảnh hưởng chất chuẩn mẫu giống 42 Mặc dù, điều quan trọng cần lưu ý phương pháp thêm chuẩn không loại bỏ hồn tồn ảnh hưởng chất nền, giúp bù trừ lại ảnh hưởng chất Kỹ thuật thêm chuẩn, hữu ích mẫu có nồng độ thấp, khơng lạm dụng hiểu sai Nó áp dụng cho chất phân tích nằm giới hạn phát (LOD) giới hạn xác định (LOQ) phương pháp Nếu nồng độ chất phân tích thấp LOD, khơng thể sử dụng phương pháp thêm chuẩn phải sử dụng phương pháp thay xử lý làm giàu mẫu phương pháp đo khác có giới hạn phát xác định khác Để áp dụng phương pháp thêm chuẩn, số điều kiện tiên phải đáp ứng Ước tính nồng độ chất phân tích (ví dụ: C x) bước quan trọng Nồng độ chất phân tích thêm vào phải nằm khoảng từ 0,5C x ÷ 2Cx Đường cong thêm chuẩn phải có dạng C x; Cx+Ca1; Cx+Ca2; Cx+Ca3 Ca1 tương ứng với 0,5Cx, Ca2 tương ứng với Cx Ca3 tương ứng với 2Cx Tuyệt đối tuyến tính yêu cầu đường chuẩn thêm chuẩn, thể hệ số tương quan (R2 > 0,9995) 2/ CÁCH TIẾN HÀNH 43 Nồng độ dãy thêm chuẩn (ppm) [Fe]f Thể tích (mL) Blank STD1 STD2 STD3 STD4 STD5 0,1 0,5 1,0 2,5 5,0 Dung dịch Fe pha loãng 5 5 Dung dịch trung gian Fe 50 ppm 0,2 1,0 2,0 5,0 10,0 Hydroxylamine 10% (NH2OH) 1,0 Đệm pH 5,0 1,10 – Phenanthroline 0,5% 1,0 Nước cất Thêm đến vạch mức fiol 100 mL 44 3/ TÍNH TỐN VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ (theo hai cách) 3.1 Dùng cơng thức tính Kết tính theo công thức sau: 𝐶𝑥 = 𝐶𝑎𝑖 𝐴𝑥 𝐴𝑥+𝑎𝑖 −𝐴𝑥 Trong đó: Ax+ai: Độ hấp thu dung dịch thêm i Ax: Độ hấp thu dung dịch xác định Cai: Lượng Fe (µg) chuẩn thêm vào bình định mức 100ml Cx: Lượng Fe (µg) mẫu xác định bình định mức 100ml, tương ứng 10ml mẫu Kết thu được: Độ hấp thu Nồng độ ppm 0,098 0,10 0,195 0,50 0,303 1,00 0,616 2,50 1,155 5,00 • SDT1: Có nồng độ chất thêm chuẩn 0,1 ppm tức Ca0 = 0,10 ppm cho độ hấp thu Ax = 0,098 • SDT2: Có nồng độ chất thêm chuẩn 0,5 ppm tức Ca1 = 0,50 ppm cho độ hấp thu Ax = 0,098 độ hấp thu dung dịch thêm i Ax+a1 = 0,195 Thứ tự Cell 𝐶𝑥1 = 𝐶𝑎1 Thứ tự STD STD1 STD2 STD3 STD4 STD5 𝐴𝑥 0,098 49 = 0,50 × = (𝑝𝑝𝑚) 𝐴𝑥+𝑎1 − 𝐴𝑥 0,195 − 0,098 97 • SDT3: Có nồng độ chất thêm chuẩn 1,0 ppm tức Ca2 = 0,10 ppm cho độ hấp thu Ax = 0,098 độ hấp thu dung dịch thêm i Ax+a2 = 0,303 𝐴𝑥 0,098 98 = 1,0 × = (𝑝𝑝𝑚) 𝐴𝑥+𝑎2 − 𝐴𝑥 0,303 − 0,098 205 • SDT4: Có nồng độ chất thêm chuẩn 2,50 ppm tức Ca4 = 2,50 ppm cho độ hấp thu Ax = 0,098 độ hấp thu dung dịch thêm i Ax+a3 = 0,616 𝐴𝑥 0,098 35 𝐶𝑥3 = 𝐶𝑎3 = 2,5 × = (𝑝𝑝𝑚) 𝐴𝑥+𝑎3 − 𝐴𝑥 0,616 − 0,098 74 𝐶𝑥2 = 𝐶𝑎2 45 • SDT5: Có nồng độ chất thêm chuẩn 5,0 ppm tức Ca4 = 5,00 ppm cho độ hấp thu Ax = 0,098 độ hấp thu dung dịch thêm i Ax+a4 = 1,155 𝐶𝑥4 = 𝐶𝑎4 𝐴𝑥 0,098 70 = 5,0 × = (𝑝𝑝𝑚) 𝐴𝑥+𝑎4 − 𝐴𝑥 1,155 − 0,098 151 Giá trị trung bình cộng của nồng độ C̅x = 𝐶𝑥1 +𝐶𝑥2 +𝐶𝑥3 +𝐶𝑥4 = 49 98 35 70 + + + 97 205 74 151 = 0,4799381379 (𝑝𝑝𝑚) Vậy nồng độ ban đầu sắt mẫu là: 0,4799381379 × 100 100 × = 95,98762758 (𝑝𝑝𝑚) 10 3.2 Dùng phương pháp đồ thị: 46 Absorption Đồ thị đường thêm chuẩn biểu diễn độ hấp thu Abs theo nồng độ chất thêm chuẩn trung gian Fe 50 ppm 1,4 1,2 y = 0,214281414597x + 0,083407825433 R² = 0,999857362517 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 Cppm Dựa vào đồ thị đường thêm chuẩn trên, ta có phương trình hồi quy tuyến tính: y = 0,214281414597x + 0,083407825433 Đồng phương trình hồi quy tuyến tính với pt A = a + bC, nên tương ứng: A = 0,214281414597.C + 0,083407825433 Với: y=A ; x=C ; a b hệ số hồi quy a = 0,083407825433 ; b = 0,214281414597 Nồng độ Sắt có mẫu phân tích là: 𝐶𝐹𝑒 𝑚ẫ𝑢 = 𝑎 0,083407825433 = = 0,389244329 (𝑝𝑝𝑚) 𝑏 0,214281414597 Vậy nồng độ ban đầu sắt mẫu là: 0,389244329 × 100 100 × = 77,84886579 (𝑝𝑝𝑚) 10 C NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM SO SÁNH HAI PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CHUẨN VÀ THÊM CHUẨN 47 Ở phương pháp đường chuẩn, ta đánh giá độ tuyến tính đường chuẩn thơng qua R2 = 0.9995  Chứng tỏ phương pháp có độ xác cao, kết phân tích đáng tin cậy Tuy nhiên, kết phân tích mắc phải sai số Khơng thể tránh khỏi sai sót suốt trình tiến hành thí nghiệm Ngun nhân gây nên dụng cụ thí nghiệm khơng sạch, bị nhiễm bẩn hay nhiễm tạp chất ảnh hưởng đến kết đo Tuy nhiên, với dụng cụ thí nghiệm, có nhiều yếu tố khác góp phần gây nên sai số Ví dụ đo khơng xác hố chất cần lấy, làm hao hụt lượng mẫu, từ dẫn đến điều chế dãy chuẩn khơng xác Ngồi ra, kỹ thực phân tích người phân tích chưa chuẩn, kỹ đo lường khả đọc kết phân tích khơng xác làm gia tăng thêm việc sai số Để giảm thiểu lỗi này, chúng nên tiến hành lặp lại q trình đo lần cho mẫu Ngoài ra, cần lưu ý bảo quản cẩn thận dung dịch Fe điều chế để tránh việc bị oxy hố khơng khí tiến hành rửa dụng cụ thí nghiệm thật trước bắt đầu thí nghiệm Do sai sót xảy trình chuẩn bị mẫu trình phân tích, dẫn đến độ chênh lệch mẫu kiểm chứng QC so với mẫu thực tế lớn Nguyên nhân điều chế mẫu QC chưa chuẩn, thao tác người phân tích dẫn đến chất q trình phân tích, từ có kết sai lệch so với thực tế, ảnh hưởng đến độ xác kết mẫu QC Với phương pháp thêm chuẩn, tiến hành xác định hàm lượng Fe công thức đồ thị cho kết 95,98762758 (𝑝𝑝𝑚) 77,84886579 (𝑝𝑝𝑚) So sánh cách tính, rõ ràng có chênh lệch đáng kể chúng Sự khác biệt độ xác thân phương pháp thao tác tính tốn, làm trịn số bước tính trung gian gây sai số đáng kể đến kết phân tích thu Ngồi sai lệch kết cách tính đến từ thiết bị dụng cụ đo lường Tuy nhiên, phương trình hồi quy tuyến tính có R2 = 0.9998, nên độ tin cậy phương pháp cao Chỉ cần khắc phục lỗi thao tác tiến hành pha hoá chất rửa dụng cụ thí nghiệm thật trước bắt đầu làm việc Ngồi ra, cịn rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ tôn trọng kết phân tích Điều vừa giúp nâng cao tay nghề vừa tâm người làm nghiên cứu, phân tích Khi xác định hàm lượng sắt kỹ thuật đường chuẩn, có ưu điểm bao gồm: thời gian thực nhanh, khả tính tốn lượng mẫu đơn giản hội đo nhiều mẫu đồng thời lúc Tuy nhiên, nhược điểm phương pháp có tồn Chúng bao gồm kết khơng xác liên quan đến mẫu nhiễu thiết bị loại bỏ Kỹ thuật thêm chuẩn hữu ích loại bỏ ảnh hưởng mẫu cho kết xác Tuy nhiên, khơng loại bỏ nhiễu thiết bị phương pháp thêm chuẩn yêu cầu thực phức tạp 48