GV: Võ H ồng Thi 37 - Các phương pháp xác đ ịnh nồng độ chứa cấu tử cần xác định b ằng máy đo quang đư ợc sử dụng gồm phương pháp tr ực ti ế p, phương pháp so sánh, phương pháp thêm chu ẩn, ph ương pháp đư ờng chuẩn, trong đó ph ương pháp đư ờng chuẩn đ ư ợc sử d ụng rộng r ãi nh ất. Sinh vi ên x e m l ại trong sác h lý thuy ết về ph ương pháp này và cách áp d ụng (sinh vi ên có th ể tham khảo ở phần phụ lục I nguyên t ắc xác định các h ệ số c ủa ph ương tr ình h ồi quy v à h ệ số t ương quan R c ủa đ ư ờng hồi quy bằng ph ương pháp bình ph ương c ực tiểu). III. Th ực h ành: Xác đ ịnh nồng độ của SiO 3 2 - hòa tan trong m ẫu n ư ớc bằ ng phương pháp đư ờng chuẩn a) Nguyên t ắc: D ựa tr ên ph ản ứng xảy ra giữa silic v à dung d ịch Ammonium Molybdate tạo th ành ph ức chất Molybdosilicic có c ư ờng độ m àu t ỉ lệ với h àm lư ợng Silic tan. Đ ặc điểm của phản ứng: - Ph ản ứng tr ên ch ỉ d ùng đ ể xác định Silic hòa tan. D ạng Silic không h òa tan ph ải xác đ ịnh bằng ph ương pháp khác. - Đ ể có thể áp dụng ph ương pháp này đ ể xác định Silic h òa tan trong m ẫu n ư ớc, n ồng độ của nó không lớn h ơn 10mg/l. - Khi đo ph ải đối chiếu m ẫu đo v ới mẫu trắng đ ư ợc tiến h ành tr ên nư ớc cất với quy trình hoàn toàn nh ư m ẫu thử. - Đ ể loại ảnh h ư ởng của PO 4 3 - (do PO 4 3 - c ũng tạo phức với Ammonium Molybdate), s ử dụng a cid oxalic. b) Hóa ch ất - Dung d ịch HCl 1:1. - Dung d ịch acid oxalic H 2 C 2 O 4 10%. - Dung d ịch thuốc thử Ammonium Moly bdate 10% (AM). - Dung d ịch chuẩn gốc của SiO 3 2 - n ồng độ 1000 mg/l đ ể pha d ãy chu ẩn. - Dung d ịch mẫu chứa ion SiO 3 2 - c ần xác định nồng độ c) Cách ti ến h ành: - Sinh viên tính toán và pha loãng dung d ịch chuẩn gốc nồng độ 1000 mg/l thành dung d ịch l àm vi ệc n ồng độ 5 0mg/l = 50 g/ml trong bình đ ịnh mức 10 0 ml. - Sau đó ti ến h ành pha lo ạt dung dịch chuẩn v à m ẫu trắng (M B ) và các m ẫu thử (M 1 , M 2 , M 3 ) trong bình đ ịnh mức 100 ml theo b ảng sau: GV: Võ H ồng Thi 38 Dung d ịch chuẩn (6 bình) Dung d ịch mẫu trắng v à m ẫu thử ( 4 bình) Hóa ch ất C o C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 M B M 1 M 2 M 3 V SiO2 5 0mg/l (ml) 0 4 8 12 16 2 0 - - - - V m ẫu (ml) - - - - - - - 2 0 2 0 20 V nư ớc cất (ml) - - - - - - 20 - - - V HCl 1:1 (ml) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 V thu ốc thử AM (ml) 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 L ắc kỹ dung dịch, để yên 5 - 10 phút V H2C2O4 (ml) 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Đ ịnh mức tới vạch b ằng n ư ớc cất . Đ ậy nắp v à đ ảo b ình vài l ần. Đ ể y ên dung d ịch trong 2 - 15 phút r ồi đo m àu ở b ư ớc sóng 410nm N ồng độ C (mg/l) 0 2 4 6 8 10 - c ần tìm c ần tìm c ần tìm Đ ộ hấp thu A 0 ? ? ? ? ? 0 ? ? ? d) Tính toán k ết quả phân tích: - T ừ các số liệu đ ã đo đư ợc, sinh viên ti ến h ành l ập đ ư ờng chuẩn, xác định các h ệ s ố của ph ương tr ình h ồi quy tuy ến tính (yêu c ầu đ ư ờng chuẩn phải có hệ số t ương quan R 0,99 m ới l à đ ạt y êu c ầu) từ đó tính kết qu ả của 3 lần đo mẫu t ừ ph ương trình h ồi quy tuyến tính đạt y êu c ầu (sau khi đ ã hi ệu chỉnh với mẫu trắng) v à l ấy giá tr ị trung b ình. IV. Câu h ỏi của b ài th ực h ành (tr ả lời trong báo cáo thí nghiệm) 1. T ại sao chỉ sử dụng duy nhất 1 cuvet giữa các lần đo? 2. T ạ i sao ph ải lọc mẫu thử tr ư ớc khi đem tạo phức so m àu? GV: Võ H ồng Thi 39 PH Ụ LỤC I. Phương pháp b ình ph ương c ực tiểu trong xác đ ịnh các hệ số của đ ư ờng h ồi quy Gi ả sử ta có các cặp kết quả thí nghiệm (x i , y i ) v ới I : 1 → n và c ần xác định a, b trong m ối quan h ệ y = ax + b, ngh ĩa l à gi ữa x v à y có m ối t ương quan tuy ến tính (trong gi ới hạn h ẹp, mối t ương quan gi ữa nồng độ C của mẫu với độ hấp thu A của nó tại một bư ớc sóng đ ơn s ắc nhất định l à tuân theo tương quan này) . Phương pháp b ình ph ương c ực tiểu cho ta giá trị của a và b theo công th ức sau : n 1 i 2 n 1 i i 2 i n 1 i n 1 i i n 1 i i i i ) x ( x n y x y x n a n 1 i 2 n 1 i i 2 i n 1 i n 1 i i i n 1 i i i n 1 i 2 i ) x ( x n y x x y x b Tuy nhiên, v ới bất kỳ các số liệu (x i , y i ) ta c ũng có thể tính đ ư ợc hệ số a v à b tương ứng. Như v ậy ph ương pháp này không cho chúng ta th ấy đ ư ợc mối quan hệ g i ữa x v à y có ph ải là tuy ến tính hay không. Để xác định xem x v à y có quan h ệ tuyến tính với nhau hay không ta dùng h ệ số t ương quan R : n 1 i 2 n 1 i i 2 i n 1 i 2 n 1 i i 2 i n 1 i n 1 i i n 1 i i i i y y n x x n y x y x n R H ệ số t ương quan luôn trong kho ảng [ - 1, 1]. Khi r càng g ần 0 th ì quan h ệ c àng l ỏng lẻo, ng ư ợc lại khi r c àng g ần 1 ho ặc - 1 thì quan h ệ c àng ch ặt chẽ (r > 0 có quan hệ thuận v à r < 0 có quan h ệ nghịch). Tr ư ờng hợp r = 0 th ì gi ữa x v à y không có quan h ệ. Trong ngành hóa h ọc phân tích đ ịnh l ư ợng , có th ể kết luận 2 đại l ư ợng x v à y có quan h ệ tuy ến tính khi R 0.99 . Các ngành khoa h ọc khác có thể y êu c ầu hệ số t ương quan l ớn hơn hay và nh ỏ h ơn tùy tính ch ất chính xác v à m ức y êu c ầu. Khi xây d ựng các mối quan h ệ giữa các đại l ư ợng bằng thực nghiệm, ta có thể tiến h ành nhi ều lần (l ặp l ại), khi đó kết qu ả n ào có h ệ số t ương quan l ớn h ơn s ẽ đ ư ợc ưu tiên. Ví d ụ: ta có kết quả của đ ư ờng chuẩn dựng đ ư ợc nh ư sau GV: Võ H ồng Thi 40 n A = D ( y i ) C ( mg/l ) ( x i ) x i .y i y i 2 x i 2 1 0 0 000.00 0.0000 0 2 0.019 50 000.95 0.0004 2500 3 0.092 100 009.20 0.0085 10000 4 0.149 150 022.35 0.0222 22500 5 0. 173 200 034.60 0.0299 40000 6 0.229 250 057.25 0.0524 62500 7 0.263 300 078.90 0.0692 90000 8 0.389 400 155.60 0.1513 160000 9 0.457 500 228.50 0.2088 250000 T ổng 1.771 1950 587.350 0.5427 637500 ĐƯỜNG CHUẨN y = 0.0009x - 0.0084 R 2 = 0.9929 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0 100 200 300 400 500 600 Nồng độ C (mg/l) Độ hấp thu D (A) Ta s ẽ tính đ ư ợc a = 0,0009 và b = - 0,0084 hay A = 0,0009C – 0,0084 H ệ số t ương quan R = 0.9929 > 0,99 là đ ạt y êu c ầu GV: Võ H ồng Thi 41 II. Phương pháp n ội suy số liệu từ kết quả chuẩn độ điện thế Ví d ụ kết quả chuẩn độ nh ư sau, ta s ẽ lập bảng nội suy (chú ý V trong ví d ụ = 0,1) V (ml) pH V = 2 V V 1 i i pH V V pH V V pH = V pH 2 2 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 3,66 3,88 4,66 6,32 6,8 7,02 1,15 1,25 1,35 1, 45 1,55 0,22 0,78 1,66 0,48 0,22 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 2,2 7,8 16,6 4,8 2,2 56 88 - 1 1 8 - 26 Th ực chất của việc xác định V tđ chính là đi t ìm hoành đ ộ điểm uốn tr ên đư ờng cong chu ẩn độ . Có 2 cách đ ể xác định giá trị V tđ này: Cách 1 : V td = V = 2 1 i i V V v ới V i và V i+1 là 2 th ể tích có V pH c ực đại, ví d ụ trong b ảng số li ệu trên là V = 1, 35 ml ứng với V pH = 16 , 6 . Cơ s ở toán học của cách tính n ày ở ch ỗ đạo h àm c ấp 1 c ủa đi ểm uốn ( đư ờng cong chu ẩn độ ) đ ạt giá trị cực trị (đồ thị b) Cách 2 : Chính xác hơn là cách n ội suy bằng giá trị vi phân c ấp 2. Cơ s ở toán học của cách tính này là h oành đ ộ c ủa điểm uốn ( đư ờng cong chuẩn độ ) c ũng l à đi ểm m à t ại đó đ ạo h àm c ấp 2 của đ ư ờng cong chu ẩn độ đạ t giá tr ị = 0 . Như v ậy giá trị của hoành đ ộ điểm uốn x o (chính là V tđ đang c ần t ìm) n ằm trong kho ảng m à qua đó th ì đ ạo h àm c ấp 2 đổi d ấu (đ ồ thị c) , ví d ụ trong b ảng số liệu trên thì đ ạo h àm c ấp 2 đổi dấu từ Th ể tích ch ất chuẩn (ml) V pH V pH 2 2 Th ể tích ch ất chuẩn (ml) GV: Võ H ồng Thi 42 1 2 2 V pH = 88 sang 2 2 2 V pH = - 188 khi qua 2 đi ểm 1 v à 2 tương ứng, t ức l à V tđ c ần xác đ ịnh nằm giữa 2 giá trị t ương ứng v ới 2 điểm 1 v à 2 đó là 1,3 ml và 1,4 ml. Ti ếp theo c ần tính cụ thể giá trị của V tđ theo công th ức sau: V tđ = 2 2 2 1 2 2 2 2 2 1 i 2 2 2 1 2 2 1 2 2 i V pH V pH V pH V V V pH V pH V pH V V = 1.3 + 88 188 88 1 . 0 = 1. 4 - 88 188 188 1 . 0 = 1.33 ml GV: Võ H ồng Thi 43 TÀI LI ỆU THAM KHẢO 1. Tr ần Tứ Hiếu , 2008, Phân tích tr ắc quang phổ hấp thụ UV - Vis , tái b ản lần 2, H à N ội, NXB Đ ại học Quốc gia H à N ội. 2. Nguy ễn Thị Thu Vân (CB), 2006, Thí nghi ệm P hân tích đ ịnh l ư ợng , Tp H ồ Chí Minh, NXB Đ ại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh. 3. Nguy ễn Tinh Dung, 2003, Hóa h ọc phân tích định l ư ợng , ph ần 3, tái bản lần 2, H à N ội, NXB Giáo d ục. 4. H ồ Viết Quý, 2006, Cơ s ở Hóa học phân tích hiện đại , t ập 1, NXB Đại học S ư p h ạm. 5. H ồ Viết Quý, 2006, Phân tích Lý - Hóa , tái b ản lần 2, H à N ội, NXB Giáo dục. 6. Ph ạm Hải T ùng, Ph ạm Gia Huệ, 1978, Hóa h ọc phân tích , t ập 2, H à N ội, NXB Y học. 7. Nguy ễn Thạc Cát, Từ Vọng Nghi, Đ ào H ữu Vinh, 1985, Cơ s ở lý thuyết Hóa học phân tích , Hà N ội, NXB Đại học v à Trung h ọc chuy ên nghi ệp. 8. Lê Xuân Mai, Nguy ễn Bạch Tuyết, 2000, Giáo trình Phân tích đ ịnh l ư ợng , Tp HCM, NXB Đ ại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh. 9. Hoàng Minh Châu (CB), 2007, Cơ s ở Hóa học phân tích , tái b ản lần 2, H à N ội, NXB Khoa h ọc v à K ỹ thuật. 10. Nguy ễn Thị Xuân Mai, 1998, Th ực tập phân tích trắc quang , Tp H ồ Chí Minh, x ư ởng in Đ ại học Khoa học tự nhi ên. . ( x i ) x i .y i y i 2 x i 2 1 0 0 000.00 0.0000 0 2 0.019 50 000. 95 0.0004 250 0 3 0.092 100 009.20 0.00 85 10000 4 0.149 150 022. 35 0.0222 2 250 0 5 0. 173 200 034.60 0.0299 40000 6 0.229 250 057 . 25 0. 052 4 6 250 0 7 0.263 300 078.90 0.0692 90000 8 0.389 400 155 .60 0. 151 3 160000 9 0. 457 50 0 228 .50 0.2088 250 000 T ổng 1.771 1 950 58 7. 350 0 .54 27 63 750 0 ĐƯỜNG CHUẨN y. (ml) - - - - - - 20 - - - V HCl 1:1 (ml) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 V thu ốc thử AM (ml) 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 L ắc kỹ dung dịch, để yên 5 - 10 phút V H2C2O4 (ml) 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Đ ịnh mức tới vạch b ằng. sau GV: Võ H ồng Thi 40 n A = D ( y i ) C ( mg/l ) ( x i ) x i .y i y i 2 x i 2 1 0 0 000.00 0.0000 0 2 0.019 50 000. 95 0.0004 250 0 3 0.092 100 009.20 0.00 85 10000 4 0.149 150 022. 35 0.0222 2 250 0 5 0. 173 200 034.60 0.0299 40000 6 0.229 250 057 . 25 0. 052 4 6 250 0 7 0.263 300 078.90 0.0692 90000 8 0.389 400 155 .60 0. 151 3 160000 9 0. 457 50 0 228 .50 0.2088 250 000 T ổng 1.771 1 950 58 7. 350 0 .54 27 63 750 0 ĐƯỜNG