Luận văn: NGHIÊN CỨU CHIẾT - TRẮC QUANG PHỨC ĐALIGAN TRONG HỆ 1-(2-PYRIDILAZƠ)-2NAPHTOL (PAN)-Pb(II)-CCl3COOH VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH potx

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM LÊ XUÂN THỨ NGHIÊN CỨU CHIẾT - TRẮC QUANG PHỨC ĐALIGAN TRONG HỆ 1-(2-PYRIDILAZƠ)-2- NAPHTOL (PAN)-Pb(II)-CCl 3 COOH VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC THÁI NGUYÊN-2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM LÊ XUÂN THỨ NGHIÊN CỨU CHIẾT - TRẮC QUANG PHỨC ĐALIGAN TRONG HỆ 1-(2-PYRIDILAZƠ)-2- NAPHTOL (PAN)-Pb(II)-CCl 3 COOH VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS HỒ VIẾT QUÝ THÁI NGUYÊN-2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hoá phân tích và Hoá môi trường - khoa Hoá học - Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên. Bằng tấm lòng trân trọng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Hồ Viết Quý - người đã hướng dẫn khoa học, tận tình chỉ bảo em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Em xin trân trọng cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Hoá học và các Thầy Cô giáo trong tổ bộ môn Hoá phân tích và Hoá môi trường Trường Đại học sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn BGH Trường THPT Na Rỳ - Bắc Kạn, các đồng nghiệp, bạn bè, người thân đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Thái Nguyên, ngày 15 tháng 9 năm 2009 Lê Xuân Thứ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chƣơng I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Giới thiệu về nguyên tố chì. 3 1.2. Tính chất và khả năng tạo phức của PAN. 11 1.3. Axit tricloaxetic CCl 3 COOH. 15 1.4. Phức đaligan và ứng dụng của nó trong hóa học phân tích 15 1.5. Phương pháp nghiên cứu chiết phức đa ligan 18 1.6. Các bước nghiên cứu phức màu dùng trong phân tích trắc quang [31] 21 1.7. Các phương pháp xác định thành phần phức trong dung dịch {[20], [21], [23]}. 26 1.8. Cơ chế tạo thành phức đa ligan. 33 1.9. Các phương pháp xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức. 39 1.10. Phương pháp thống kê xử lý số liệu thực nghiệm. 41 1.11. Ô nhiễm nước [15]. 44 Chƣơng II: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 46 2.1. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu. 46 2.2. Pha chế hoá chất. 46 2.3. Cách tiến hành thí nghiệm. 48 2.4. Xử lý các kết quả thực nghiệm. 49 Chƣơng III: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 50 3.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức đaligan trong hệ PAN-Pb 2+ - CCl 3 COO - 50 3.1.1. Phổ hấp thụ phân tử của PAN. 50 3.1.2. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức và chiết phức đaligan của Pb 2+ với PAN và CCl 3 COO - . 51 3.2. Nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho sự tạo phức và chiết phức đaligan PAN-Pb 2+ -CCl 3 COO - . 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2.1. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức đaligan vào thời gian 54 3.2.1.1. Thời gian tạo phức tối ưu. 54 3.2.1.2. Khảo sát thời gian lắc chiết tối ưu. 55 3.2.1.3. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức đaligan trong pha hữu cơ vào thời gian. 56 3.2.2. Xác định pH tối ưu. 57 3.2.3. Chọn dung môi chiết phức tối ưu. 59 3.2.3.1. Chọn dung môi chiết. 59 3.2.3.2. Khảo sát thể tích dung môi chiết phức tối ưu. 62 3.2.4. Sự phụ thuộc phần trăm chiết vào số lần chiết và hệ số phân bố. 63 3.2.5. Xử lý thống kê xác định phần trăm chiết. 65 3.3. Xác định thành phần phức đaligan PAN-Pb 2+ -CCl 3 COO - 66 3.3.1. Phương pháp tỷ số mol xác định thành phần phức PAN-Pb 2+ - CCl 3 COO - 66 3.3.2. Phương pháp biến đổi liên tục (phương pháp hệ đồng phân tử, phương pháp Otromuslenco-Job). 69 3.3.3. Phương pháp Staric- Bacbanel. 71 3.3.4. Xác định hệ số tỷ lượng của CCl 3 COO - trong phức đaligan bằng phương pháp chuyển dịch cân bằng. 74 3.4. Nghiên cứu cơ chế tạo phức đaligan. 77 3.4.1. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của Pb 2+ theo pH. 77 3.4.2. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của PAN theo pH. 80 3.4.3. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của CCl 3 COOH theo pH 82 3.4.4. Cơ chế tạo phức đaligan PAN-Pb(II)-CCl 3 COO - 84 3.5. Xác định các tham số định lượng của phức đaligan PAN-Pb(II)- CCl 3 COO - 87 3.5.1. Xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức đaligan. 87 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.5.1.1. Xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức đaligan theo phương pháp Komar. 87 3.5.1.2. Xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức đaligan theo phương pháp đường chuẩn. 89 3.5.1.3. So sánh hai giá trị ε phức tính từ hai phương pháp. 90 3.5.2. Xác định hằng số cân bằng của phức: Kp. 91 3.5.3. Xác định hằng số bền điều kiện phức đaligan: β. 92 3.6. Chế hóa và định lượng chì trong mẫu nhân tạo bằng phương pháp chiết - trắc quang dựa trên sự tạo phức đaligan. 93 3.7. Xác định hàm lượng Pb 2+ trong mẫu nước hồ nuôi cá ở quận Hoàng Mai - Hà Nội. 95 3.7.1. Quy trình xử lý mẫu 95 3.7.2. Xác định hàm lượng Pb 2+ bằng phương pháp thêm nhiều mẫu chuẩn trong phân tích trắc quang. 95 3.8. Xác định hàm lượng Pb 2+ trong mẫu nước hồ nuôi cá ở huyện Chợ Mới - tỉnh Bắc Kạn. 100 3.8.1. Quy trình xử lý mẫu 100 3.8.2. Xác định hàm lượng Pb 2+ bằng phương pháp thêm nhiều mẫu chuẩn trong phân tích trắc quang. 101 KẾT LUẬN 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU Chì là một nguyên tố có nhiều ứng dụng quan trọng trong khoa học, kĩ thuật và đời sống: Dùng để làm ắc quy, đầu đạn, các ống dẫn trong công nghệ hoá học, đúc khuôn để in chữ, chế tạo thuỷ tinh pha lê, pha vào xăng để tăng thêm chỉ số octan. Do có tính ngăn cản mà người ta dùng chì làm áo giáp cho nhân viên: chụp X quang, lò phản ứng hạt nhân, đựng nguyên tố phóng xạ, cho vào màn hình vi tính, ti vi.… Tuy nhiên, bên cạnh đó chì cũng là nguyên tố gây nhiễm độc cho môi trường, đặc biệt trước lúc xăng 95 chưa ra đời thì hàm lượng chì trong xăng do các động cơ đốt trong thải ra cho môi trường là rất lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường nhất là những tuyến đường quốc lộ. Nhiễm độc chì rất khó cứu chữa, chì có thể tích luỹ trong cơ thể người mà không bị đào thải. Việc ô nhiễm các nguồn nước, thực phẩm, sữa, rau quả bởi chì đã gây ra những bệnh hiểm nghèo như ung thư, ảo giác, quái thai, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ cộng đồng. Chì là nguyên tố có khả năng tạo phức với nhiều phối tử, đặc biệt là phối tử hữu cơ. Cho nên nghiên cứu sự tạo phức của chì và tìm ra một phương pháp phân tích nhanh, chính xác hàm lượng chì trong các đối trượng phân tích khác nhau là vô cùng quan trọng, có tính thời sự, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Trong thời gian qua, việc phân tích chì trong các mẫu vật đã được nghiên cứu bằng nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên vẫn chưa có một tài liệu nào công bố hoàn chỉnh về việc nghiên cứu sự tạo phức và chiết phức đaligan của chì với thuốc thử 1-(2-pyridilazơ)-2-naphtol (PAN) hoặc công bố ở những điều kiện thí nghiệm khác nhau. Sau khi xem xét, chúng tôi nhận thấy nghiên cứu phức màu của chì bằng phương pháp chiết - trắc quang là một trong những phương pháp có nhiều triển vọng, mang lại hiệu quả và phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm ở nước ta. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Xuất phát từ tình hình thực tế này, chúng tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu chiết - trắc quang phức đaligan trong hệ 1-(2-pyridilazơ)-2-naphtol (PAN) - Pb(II) - CCl 3 COOH và ứng dụng phân tích''. Để thực hiện đề tài này chúng tôi tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau: 1. Khảo sát hiệu ứng tạo phức của Pb(II) với PAN và CCl 3 COO - . 2. Khảo sát các điều kiện tối ưu của sự tạo phức và chiết phức. 3. Xác định thành phần của phức. 4. Nghiên cứu cơ chế tạo phức PAN-Pb(II)-CCl 3 COO - . 5. Xác định hệ số hấp thụ phân tử, hằng số cân bằng và hằng số bền điều kiện của phức. 6. Ứng dụng kết quả nghiên cứu để định lượng Pb(II) trong mẫu nhân tạo và trong mẫu nước tự nhiên, nước thải. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 Chương I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu về nguyên tố chì. 1.1.1. Vị trí, cấu tạo và tính chất của chì [1], [16]. Chì là nguyên tố ở ô thứ 82 trong hệ thống tuần hoàn. Sau đây là một số thông số về chì. Ký hiệu: Pb Số thứ tự: 82 Khối lượng nguyên tử: 207,2 dvc Cấu hình electron: [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 Bán kính ion: 1,26A 0 Độ âm điện (theo paoling): 2,33 Thế điện cực tiêu chuẩn pb pb E 2 0 = -0,126V. Năng lượng ion hoá: Mức năng lượng ion hoá I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 Năng lượng ion hoá 7.42 15.03 31.93 39 69.7 84 Từ giá trị I 3 đến giá trị I 4 có giá trị tương đối lớn, từ giá trị I 5 đến I 6 có giá trị rất lớn do đó chì tồn tại ở số ôxi hóa : +2 và +4. 1.1.2. Tính chất vật lý [1],[16]. Chì là kim loại màu xám thẫm , khá mềm dễ bị dát mỏng. Nhiệt dộ nóng chảy: 327,46 0 C. Nhiệt độ sôi: 174 0 C. Khối lượng riêng: 11,34 g/cm 3 Chì và các hợp kim của nó đều độc và nguy hiểm do tính tích luỹ của nó, nên khó giải độc khi bị nhiễm độc lâu dài. Chì hấp thụ tốt các tia phóng xạ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 1.1.3. Tính chất hoá học [1], [16]. Tác dụng với các nguyên tố không kim loại: 2Pb+ O 2 = 2PbO Pb + X 2 = PbX 2 Tác dụng với nước khi có mặt oxy: 2Pb + 2H 2 O + O 2 = 2Pb(OH) 2 Tác dụng yếu với các axit HCl và axit H 2 SO 4 nồng độ dưới 80% vì tạo lớp muối PbCl 2 và PbSO 4 khó tan. Khi các axit trên ở nồng độ đặc hơn thì có phản ứng do lớp muối đã bị hoà tan: PbCl 2 + 2HCl = H 2 PbCl 4 PbSO 4 + H 2 SO 4 = Pb(HSO 4 ) 2 Với axit HNO 3 tương tác tương tự như những kim loại khác. Khi có mặt oxy có thể tương tác với nước hoặc axit hữu cơ: 2Pb + 2H 2 O + O 2 = 2 Pb(OH) 2 2Pb + 6 CH 3 COOH + 3 O 2 = 2 (CH 3 COO) 2 Pb + 10 H 2 O Tác dụng với dung dịch kiềm nóng: Pb + 2 KOH + 2H 2 O = K 2 [Pb(OH) 4 ] + H 2 1.1.4. Các khoáng vật trong tự nhiên của chì. Chì là nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất. Chì tồn tại ở các trạng thái oxy hoá 0, +2 và +4, trong đó muối chì có hoá trị 2 là hay gặp nhất và có độ bền cao nhất. Trong tự nhiên, tồn tại các loại quặng galenit (PbS), Cesurit (PbCO 3 ) và anglesit (PbSO 4 ). Trong môi trường nước, tính năng của hợp chất chì được xác định chủ yếu thông qua độ tan của nó. Độ tan của chì phụ thuộc vào pH, pH tăng thì độ tan giảm, ngoài ra còn phụ thuộc vào yếu tố khác như: độ muối (hàm lượng iôn khác nhau) của nước, điều kiện oxy hoá- khử v.v…Chì trong nước [...]... phương pháp phân bố Các phương pháp phổ biến nhất là đo phổ trắc quang, điện thế và cộng hưởng từ electron Các phương pháp này được dùng không chỉ để phát hiện phức đa ligan mà còn để nghiên cứu sự tạo thành cấu trúc và độ bền của chúng Trong phương pháp trắc quang và chiết- trắc quang thường sử dụng rộng rãi các phức đaligan trong hệ: ion kim loại (M) - thuốc thử chelat (A) ligan âm điện (B) Trong đó... dịch phức đaligan, đo mật độ quang của dịch chiết phức n lần ta được ∆An Giả sử chiết n lần là hoàn toàn thì phần trăm chiết còn được tính theo công thức: R(%)  A1 100 An 1.6 Các bƣớc nghiên cứu phức màu dùng trong phân tích trắc quang [31] 1.6.1 Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức Giả sử hiệu ứng tạo phức đơn và đaligan xảy ra theo phương trình sau: (để đơn giản ta bỏ qua điện tích) Số hóa bởi Trung tâm... phương pháp chiết trắc quang Vì vậy trong các lĩnh vực sử dụng các phức đaligan với mục đích phân tích thì các phương pháp chiết và chiết- trắc quang có ý nghĩa quyết định Có thể chia các phức đaligan thành các nhóm sau: [37] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 Các phức của ion kim loại, ligan mang điện âm và bazơ hữu cơ (hay các chất màu bazơ) 2 Các phức gồm... phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: pH, các phản ứng tạo phức cạnh tranh, nồng độ thuốc thử trong pha hữu cơ … 1.5.2.3 Hiệu suất chiết R và sự phụ thuộc của nó vào số lần chiết Khi dùng chiết cho mục đích phân tích thì ta ít dùng hệ số phân bố mà thường dùng khái niệm hiệu suất chiết R(%), biểu thức liên hệ giữa hiệu suất chiết R(%) và hệ số phân bố D khi chiết phức n lần:     1   R%(n)  1  100... axit axetic có khả năng tạo phức với các nguyên tố đất hiếm, các nguyên tố nhóm IV, và tạo phức không màu với nhiều ion kim loại 1.4 Phức đaligan và ứng dụng của nó trong hóa học phân tích Trong những năm gần đây, các phản ứng tạo phức đaligan là cơ sở của nhiều phương pháp phân tích có độ nhạy và độ chọn lọc cao Khi tạo phức đa ligan, tính độc đáo của ion trung tâm chất tạo phức được thể hiện rõ nhất,... năng và triển vọng để tăng độ nhạy, độ chọn lọc của các phản ứng phân chia, xác định và cô đặc các cấu tử Quá trình tạo phức đaligan có liên quan trực tiếp đến một trong các vấn đề quan trọng trong hóa phân tích đó là vấn đề chiết Như ta đã đề cập ở trên, sự tạo phức đaligan thường dẫn đến các hiệu ứng làm thay đổi cực đại phổ hấp thụ electron, thay đổi hệ số hấp thụ phân tử với phức đơn ligan tương ứng. .. http://www.lrc-tnu.edu.vn Trong đó: D là hệ số phân bố Vn, Vo là thể tích pha nước và pha hữu cơ đem chiết n là số lần chiết Phần trăm chiết phức một lần: R%  100.D  V D  n  V0  Vn V0 → Hệ số phân bố : D  100  R R     Để xác định hiệu suất chiết có thể tiến hành theo các bước sau: Cách 1: Tiến hành đo mật độ quang của phức trong pha nước trước khi chiết ta được giá trị ∆A1 Dùng một thể tích dung... trí trong dạng MAnBm hoặc (MA)nBm Ngoài ra, các sản phẩm của các phản ứng xảy ra trong hệ: ion kim loại - thuốc thử chelat - bazơ hữu cơ cũng chiếm một nhóm lớn trong các hợp chất được nghiên cứu và được sử dụng trong phép xác định chiết - trắc quang Tóm lại, sự tạo phức của ion kim loại với hai hay nhiều ligan kim loại khác nhau làm thể hiện rõ nét tính chất đặc trưng của ion kim loại chất tạo phức, ... ứng dụng vào thực tế phân tích cũng được kiểm tra… Thêm vào đó tác giả còn xác định Co bằng phương pháp trắc quang với PAN trong nước và nước thải tạo phức ở pH = 3  8 với λ = 620nm Với Ni tạo phức ở pH = 8 với λ = 560nm Ngoài ra, ngày nay các nhà khoa học trên thế giới đã sử dụng PAN cho các mục đích phân tích khác Qua các tài liệu tra cứu, cho tới nay chúng tôi chưa thấy tác giả nào nghiên cứu sự... cứu sự tạo phức đa ligan của PAN-Pb2+CC3COO- bằng phương pháp chiết trắc quang Vì vậy chúng tôi quyết định nghiên cứu sự tạo phức đa ligan giữa Pb(II) với thuốc thử PAN và ion CCl3COO- bằng phương pháp chiết - trắc quang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.3 Axit tricloaxetic CCl3COOH Axit tricloaxetic CCl3COOH là tinh thể màu trắng, dễ chảy nước trong không . NGHIÊN CỨU CHIẾT - TRẮC QUANG PHỨC ĐALIGAN TRONG HỆ 1-( 2-PYRIDILAZƠ )-2 - NAPHTOL (PAN)-Pb(II)-CCl 3 COOH VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH Mã số: 60.44.29 LUẬN. http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM LÊ XUÂN THỨ NGHIÊN CỨU CHIẾT - TRẮC QUANG PHỨC ĐALIGAN TRONG HỆ 1-( 2-PYRIDILAZƠ )-2 - NAPHTOL (PAN)-Pb(II)-CCl 3 COOH VÀ. http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Xuất phát từ tình hình thực tế này, chúng tôi đã chọn đề tài: Nghiên cứu chiết - trắc quang phức đaligan trong hệ 1-( 2-pyridilazơ )-2 -naphtol (PAN) - Pb(II) - CCl 3 COOH và