Phân tích dạng Se (IV) ,Se ( VI) vô cơ trong mẫu nước ngầm và thực phẩm bằng phương pháp động học - xúc tác trắc quang

Phân tích dạng Se (IV) ,Se ( VI) vô cơ trong mẫu nước ngầm và thực phẩm bằng phương pháp động học - xúc tác trắc quang

Mở đầu

Selen được Jons Jakob Berzelius phát hiện năm 1817, và ông nhận thấy nguyên

tố này gắn liền với Telua (đặt tên theo Trái Đất) nên Selen theo tiếng Hy Lạp cónghĩa là Mặt Trăng

Trong công nghiệp Selen được ứng dụng rộng rãi trong pha trộn cao su, tạo hợpkim thép, trong sản xuất thủy tinh, trong hóa chất và dùng làm thuốc nhuộm….Trong đời sống hàng ngày Selen được xem là nguyên tố thiết yếu, có mặt trongthực phẩm Selen chính là coenzym của glutathion peroxydase, là một chất chốngôxy hóa, giữ vai trò chủ chốt bảo vệ cơ thể chống lại tác hại của các gốc tự do,chống lão hóa Hàng ngày cơ thể chúng ta cần khoảng 0,05 - 0,10mg Selen, nóđược hấp thu ở ruột non và thải trừ qua phân, nước tiểu, mồ hôi Selen có trongthành phần của iodothyronin deiodinase có liên quan đến tổng hợp hormontriiodothyronin (T3) từ thyroxin (T4) là chất có tác dụng hoạt hóa hormon tuyếngiáp Selen còn có tác dụng làm giảm độc tính của các kim loại nặng, vì Selen kếthợp với các kim loại như thủy ngân, chì, asen, cadmium, cùng với một loạiprotein đặc biệt là metalloprotein làm mất tác dụng của các kim loại độc và tăngcường quá trình đào thải chúng ra khỏi cơ thể [1]

Vì những ảnh hưởng và vai trò quan trọng của nó tới sự sống nên Selen ngàycàng được quan tâm nhiều hơn Các nghiên cứu khoa học ngày nay hướng tới cácphương pháp xác định tổng hàm lượng siêu vết và hàm lượng các dạng selen mộtcách nhanh nhất, nhạy nhất và chính xác nhất

Có rất nhiều phương pháp được sử dụng để xác định lượng vết Selen Trong sốcác phương pháp phân tích như phương pháp sắc kí, huỳnh quang Rơnghen,động học xúc tác, kích hoạt nơtron , phương pháp hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹthuật hidrua hóa ( HG – AAS) thì phương pháp động học – xúc tác trắc quang là

phương pháp đang được quan tâm nghiên cứu để xác định Selen vì phương phápnày có độ nhạy và độ chính xác cao, quy trình phân tích đơn giản không tốn nhiềuhoá chất và không tốn kém về trang thiết bị, có khả năng xác định được các dạnghóa trị khác nhau của Selen Vì vậy, để đóng góp và việc phát triển ứng dụngphương pháp này với đối tượng nghiên cứu là thực phẩm và nước ngầm chúng tôi

chọn đề tài: ‘Phân tích dạng Se(IV), Se(VI) vô cơ trong mẫu nước ngầm và thực phẩm bằng phương pháp động học – xúc tác trắc quang’.

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về Selen và các hợp chất của Selen

1.1.1 Trạng thái tự nhiên và tính chất của Selen

1.1.1.1 Trạng thái tự nhiên

Trữ lượng Selen trong vỏ Trái đất khoảng 10-5 % Trong thiên nhiên, Selenthường tồn tại cùng với các kim loại như Cu, Pb, Hg, Ag, Au Những khoáng vậtriêng của Selen rất ít gặp mà thường ở lẫn với những khoáng vật của lưu huỳnh.Selen ở dạng tinh khiết là những tinh thể kim loại màu xám hoặc màu đen,thường được gọi là bụi Selen hay Selen nguyên tố Bụi Selen được tạo ra trong quátrình tinh chế đồng Selen nguyên tố không tồn tại trong môi trường, nó thường kếthợp với các chất khác Phần lớn, Selen trong đất thường kết hợp với các khoángcủa bạc, đồng, chì và niken Selen cũng kết hợp với oxi tạo thành một số tinh thểkhông màu Một vài hợp chất của Selen tồn tại ở trạng thái khí [1]

Ngoài ra, Selen có mặt trong tự nhiên ở một số dạng hợp chất vô cơ, nhưSelenua, Selenat và Selenit Trong đất Selen thường xuất hiện ở các dạng hòa tannhư Selenat (tương tự như Sunfat) và bị thẩm thấu rất dễ dàng vào các con sông donước chảy [29]

Trong các hợp chất sinh học, Selen tồn tại ở các dạng hợp chất hữu cơ nhưdymetyl selenua, selenomethionin, methylselenocystein và selenocystein Trongcác hợp chất này thì Selen có vai trò tương tự như nguyên tố lưu huỳnh [29]

Selen được sản xuất phổ biến nhất từ Selenua hoặc trong nhiều loại quặngsunfat, như từ các khoáng vật của đồng, bạc hay chì Nó thu được dưới dạng phụphẩm của quá trình chế biến các loại quặng này, từ bùn anot trong tinh lọc đồng và

bùn từ các buồng chì trong các nhà máy sản xuất axit sunfuric Các loại bùn này cóthể được xử lý bằng nhiều cách để thu được Selen tự do.

Các nguồn tự nhiên chứa Selen bao gồm các loại đất giàu Selen và Selen đượctích lũy sinh học bởi một số thực vật có độc như loài cây họ đậu trong các chiOxytropis hay Astragalus Các nguồn chứa Selen do con người tạo ra có việc đốtcháy than cũng như khai thác và nung chảy các loại quặng sunfat

1.1.1.2.Tính chất vật lý

Selen có nguyên tử lượng 78,96 đvc, nằm ở phân nhóm chính nhóm VI trongBảng Hệ Thống Tuần Hoàn Selen có nhiều dạng thù hình, nhưng bền nhất và haygặp nhất là Selen lục phương và selen xám Selen xám là chất bán dẫn, độ dẫn điệntăng khi bị chiếu sáng Một số hằng số vật lí của Selen: tỷ trọng: 4,8g/cm3, nhiệt độnóng chảy: 217oC, nhiệt độ sôi: 684,9oC [2,6]

1.1.1.3 Tính chất hóa học

Trong phân nhóm chính nhóm VI đi từ O, S, Se, Te, Po tính kim loại tăng dần

và tính phi kim giảm dần nên Selen nguyên tố dễ dàng phản ứng với oxi và cácnguyên tố halogen tạo thành oxit SeO2 và halogenua như SeCl4

Giống như lưu huỳnh, Selen tác dụng với nhiều kim loại tạo ra các Selenuatương tự như muối Sunfua Với Hidro, Selen tác dụng ở nhiệt độ cao Selen tácdụng với flo và clo ở nhiệt độ cao và với oxit khi đun nóng Selen tan được trongdung dịch kiềm tương t ự lưu huỳnh:

3Se + 6KOH = K2SeO3 + 2K2Se + 3H2O

Trong dung dịch HNO3 loãng, Selen phảm ứng tạo ra Selenit:

3Se + 4HNO3 + H2O = 3H2SeO3 + 4NO

Khi cho Selen tác dụng với dung dịch axit loãng có thể thu được hidroselenua(H2Se) Khi hòa tan H2Se vào nước thì dung dịch của nó có tính oxi hóa yếu Dướitác dụng của oxy không khí, Selenua sẽ tạo thành sản phẩm màu đỏ có cấu tạo nhưpolysunfua là polyselenua.

H2Se tác dụng với oxy không khí tạo ra SeO2, là tinh thể màu trắng, tan tốttrong nước tạo ra Selenơ H2SeO3 (K1= 2x10-3-, K2 = 5x10-9) Khác với SO2, SeO2 làchất oxi hóa mạnh, dễ dàng bị khử đến Se theo phản ứng:

SeO2 + 2SO2 = Se + 2SO3

H2SeO3 tồn tại ở dạng những tinh thể lục phương không màu, chảy rữa khi đểtrong không khí ẩm nhưng tự vụn dần trong không khí khô H2SeO3 mất nước tạothành SeO2 Axit Selenơ và muối của nó là chất oxi hóa khá mạnh Người ta điềuchế nó bằng cách hòa tan Selen bột trong HNO3 loãng

Axit Selenic rất giống axit sunfuric về khả năng tạo hidrat mạnh, độ mạnh củaaxit và tính chất của muối Khi kết tinh từ dung dịch nó có thể tách ra ở dạng hidrat

H2SeO4.H2O[6T], ngoài ra người ta cũng thấy tồn tại các dạng hidrat như sau:

H2SeO4.2H2O, H2SeO4.4H2O, H2SeO4.6H2O [10]

1.1.1.4 Tính chất điện hóa của Selen(IV)

Selen (VI) có tốc độ khử điện cực rất nhỏ nên không có hoạt tính điện hóa Cựcphổ của Selen đã được nghiên cứu từ rất lâu Lần đầu tiên được nghiên cứu bởiSchwaer và Suchy [20 ], các tác giả này đã xác định được ba bước sóng khử vớicác quá trình khử Se(IV) đến các mức oxi hóa +2, 0, -2 trong nền HCl 1M Trongdung dịch nền rất loãng thì hai sóng đầu chập làm một, ngoài ra các tác giả này cònphát hiện ra một sóng đơn ứng với quá trình khử Se+4 về Seo trong nền amoni [5]

Lingane và Niedrach [20 ] nhận thấy SeO32- cho một sóng khuếch tán trên điệncực thủy ngân giống như của SO32- Theo các tác giả này sóng khử của SeO32- trongmôi trường amoni tương ứng với bước khử của Se4+ về Se2+.

Speranskaya [16] cũng ghi nhận hai bước sóng khử về Selen nguyên tố, sóngthứ hai ứng với bước sóng khử từ Selen nguyên tố đến Se2- Sóng thứ hai đi kèmvới sóng khử của H+

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sóng cực phổ Se(IV) sử dụng đệmortho-photphat 0,2M thì trong môi trường axit hai sóng đầu quan sát được là tương

tự như các trường hợp trên Tuy nhiên, ở khoảng pH = 3 xuất hiện sóng thứ bakhông thuận nghịch với E1/2 = -1,2V (So với SCE)

Trong đệm amoni axetat pH = 6,5, khi nồng độ Se(IV) là 0,125 mM thì chỉquan sát được sóng thứ ba Khi nồng độ Se(IV) tăng đến 1 mM thì quan sát được cả

ba sóng, tuy nhiên sóng thứ nhất rất nhỏ, ở pH này chỉ quan sát được sóng thứ hai

và sóng thứ ba Cũng theo các tác giả này số điện tử trao đổi trong phản ứng khửđiện cực ở sóng thứ hai và sóng thứ ba đều bằng 2

Tóm lại, Se(IV) cho ba sóng cực phổ tùy thuộc vào pH của dung dịch Dònggiới hạn của tất cả các sóng đều là dòng khuếch tán nhưng chỉ có sóng thứ hai làthuận nghịch Sóng thứ nhất tương ứng với bước khử trao đổi 4e của Se(IV) để tạothành Selenit thủy ngân HgSe:

SeO32- + 6e + 6H+  Se2- + 3H2O

1.1.2 Ứng dụng và độc tính của Selen

Ứng dụng lớn nhất của Selen trên toàn thế giới là sản xuất thủy tinh và vật liệugốm, trong đó nó được dùng để tạo ra màu đỏ cho thủy tinh, men thủy tinh và mengốm cũng như để loại bỏ màu từ thủy tinh bằng cách trung hòa sắc xanh lục do cáctạp chất sắt (II) tạo ra Selen được sử dụng cùng Bitmut trong hàn chì cho đồngthau để thay thế cho chì độc hại hơn Nó cũng được dùng trong việc cải thiện sứckháng mài mòn của cao su lưu hóa Selen là chất xúc tác trong nhiều phản ứng hóahọc và được sử dụng trong nhiều phản ứng tổng hợp hóa học ở phòng thí nghiệmlẫn trong công nghiệp Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong việc xác định cấu trúccủa các protein hay axit nucleic bằng tinh thể học tia X SeS2, thực tế là disunfuaselen hay sunfua selen (IV), là thành phần hoạt hóa trong một vài loại dầu gội đầuchống gàu Hiệu ứng của thành phần hoạt hóa là giết chết nấm da đầu Malassezia.Thành phần hoạt hóa này cũng được dùng trong mỹ phẩm dùng cho da để điều trịnấm da Tinea do nhiễm các loại nấm Malassezie [46]

Selen và các hợp chất của nó là rất quan trọng cho động vật và con người

Nó có thể gây ra bệnh tật nếu thiếu hụt Selen trong cơ thể Tuy nhiên nếu conngười tiếp xúc nhiều và thường xuyên sẽ bị ngộ độc cấp tính hoặc gây nên các rốiloạn nội tạng có thể dẫn đến tử vong Mặc dù vậy cơ thể con người cần phải đượchấp thụ một lượng rất nhỏ Selen thông qua thực phẩm để giảm nguy cơ mắc một sốbệnh về tim mạch, ung thư, chậm phát triển và ít sinh sản

*Độc tính của Selen

Mặc dù Selen là vi dưỡng chất thiết yếu nhưng nó lại có độc tính nếu dùng tháiquá Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) tính toán, hàm lượng Selen trong máu ngườitrung bình phải đạt trên 0,15 g/ml thì mới đủ lượng chất cần thiết cho cơ thể

Những kết quả nghiên cứu của WHO khẳng định, nguyên tố Selen có vai trò sinhhọc rất lớn với sức khỏe con người Điều tra dịch tễ học tại Mỹ và Bắc Âu cho thấy

có sự liên hệ giữa Selen và sự gia tăng khả năng mắc bệnh tim mạch, huyết áp cao,não dẫn đến tử vong với con người Việc sử dụng vượt quá giới hạn trên theokhuyến cáo là 400 g/ngày có thể dẫn tới ngộ độc Selen như: mùi hôi của tỏi tronghơi thở, các rối loạn tiêu hóa, rụng tóc, bong, tróc móng tay chân, mệt mỏi, kíchthích và tổn thương thần kinh, có thể gây bệnh sơ gan, phù phổi và tử vong

Ngộ độc Selen từ các hệ thống cung cấp nước có thể xảy ra khi các dòng chảycủa các hệ thống tưới tiêu mới trong nông nghiệp chảy qua các vùng đất thôngthường là khô cằn và kém phát triển Quá trình này làm thẩm thấu các Selen tựnhiên và có khả năng hòa tan trong nước (như các Selenat), sau đó có thể tích lũyđậm đặc hơn trong các vùng đất ẩm ướt mới khi nước bay hơi đi Nồng độ Selencao sinh ra theo kiểu này đã được tìm thấy như là nguyên nhân gây ra một số rốiloạn bẩm sinh nhất định ở chim sống ở các vùng ẩm ướt.[3]

Thiếu hụt selen [29]

Khi cơ thể thiếu Selen có thể làm tăng nguy cơ mắc các bệnh ở cơ vân và cơtim, tăng các biến chứng trong các bệnh về tim mạch, giảm khả năng miễn dịch, dovậy mà tăng nguy cơ hoặc làm tăng thêm quá trình nhiễm trùng

Thiếu hụt Senlen có thể dẫn tới bệnh Keshan, là bệnh có tiềm năng gây tửvong Thiếu selen cũng đóng góp (cùng sự thiếu hụt Iot) vào bệnh Kashin – Beck Triệu chứng chính của bệnh Keshin là chết hoại cơ tim, dẫn đến suy yếu tim BệnhKashin – Beck tạo ra sự teo dần, thoái hóa và chết hoại của các mô chất sụn [39].Bệnh Kashan cũng làm cho cơ thể dễ bị mắc các bệnh tật do các nguồn dinh dưỡng,hóa sinh học hay nhiễm trùng

Ngoài ra, thiếu Selen còn dẫn đến tình trạng vô sinh của nam giới và làm giảmkhả năng thụ thai của nữ giới, làm mất độ bóng, dễ gãy tóc và móng, gây rối loạnchuyển hóa hormone ảnh hưởng tới sự phát triển và hoàn thiện của cơ thể.[11]

Các hiệu ứng sức khỏe mâu thuẫn

Ung thư:

Một vài nghiên cứu cho rằng có liên quan giữa ung thư và thiếu hụt Selen[15,19,33,38,48] Một nghiên cứu được thực hiện về hiệu ứng cả bổ trợ Selen đốivới sự tái phát của ung thư da không chứng minh có tần suất suy giảm của sự táiphát ung thư da, nhưng thể hiện xảy ra suy giảm đáng kể của ung thư tổng thể [22].Một nghiên cứu về mức Selen có trong tự nhiên trên 60000 người đồng ý tham gia

và không chỉ ra mối tương quan đáng kể giữa các mức này với ung thư [43].Nghiên cứu SU VI MAX [14] kết luận rằng sự bổ xung liều thấp (100 g Selen)tạo ra sự sụt giảm 31% trong tỉ lệ bị ung thư và sự sụt giảm 37% trong mọi nguyênnhân gây tử vong của đàn ông, nhưng lại không tạo kết quả đáng kể nào đối vớiphụ nữ [49] Selen đã chứng minh là có sự hỗ trợ hóa học trị liệu, ngăn ngừa sức đềkháng của cơ thể với thuốc [44] Một nghiên cứu [45] chỉ ra rằng chỉ trong 72 giờthì hiệu lực của điều trị bằng các loại thuốc như Taxol và Adriamycin, cùng vớiSenlen là cao hơn đáng kể so với điều trị chỉ dùng mỗi thuốc Kết quả thu được thểhiện trong nhiều tế bào ung thư (vú, phổi, ruột non, ruột già, gan)

HIV/AIDS

Một vài nghiên cứu chỉ ra có liên quan về mặt địa lý giữa các khu vực có đấtthiếu hụt Selen với tỉ lệ cao của khả năng nhiễm HIV/AIDS Không phụ thuộc vàonguyên nhân làm hao kiệt Selen ở các bệnh nhân AIDS, các nghiên cứu chỉ ra rằngthiếu hụt Selen có liên quan mạnh tới tiến triển của bệnh và rủi ro tử vong[27,35,36] Bổ trợ Selen có thể giúp giảm nhẹ các triệu chứng của AIDS và làm

giảm rủi ro tử vong Cần lưu ý rằng chứng cứ cho tới nay không gợi ý rằng Selen

có thể giảm rủi ro nhiễm hay tần suất lan truyền của AIDS, mà chỉ có thể điều trịcác triệu chứng của những người nhiễm HIV

Tiểu đường

Một nghiên cứu được kiểm soát tốt chỉ ra rằng Selen có liên quan tích cực vớirủi ro phát hiện bệnh tiểu đường tip II Do mức Selen cao trong huyết thanh có liênquan tích cực với sự phát triển của bệnh đái đường và do thiếu hụt Selen là kháhiếm nên việc bổ trợ không được khuyến cáo cho những người có dinh dưỡng đầy

đủ [47]

Chính vì những ưu điểm của Selen và danh giới tác dụng tích cực và tiêu cựccủa Selen có liên quan chặt chẽ tới sức khỏe con người, do đó việc tìm ra cácphương pháp xác định chính xác với độ nhạy và độ chọn lọc cao là rất cần thiết

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SELEN

1.2.1 Các phương pháp phân tích cổ điển

1.2.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng [4]

Đặc điểm của phương pháp này là ảnh hưởng của một số ion kim loại có thểlàm nhiễm bẩn, gây sai số đáng kể Ngày nay phương pháp phân tích trọng lượng ítđược sử dụng, nó được thay thế bằng các phương pháp công cụ cho độ chính xáccao và đơn giản hơn.Người ta có thể tạo nhiều dạng kết tủa như SeO2, piazo Seol Tuy vậy đối với phương pháp trọng lượng, việc kết tủa tách ra ở dạng Se nguyên tố

là đáng tin cậy nhất Để làm kết tủa Se người ta thường dùng các chất như SO2,hydrazin, hydroxylamin, hypophotphit, Na, SnCl2, Để xác định vi lượng Se tronghợp chất hữu cơ, người ta chuyển nó về dạng Selenit, bằng cách phân huỷ chấtkhảo sát trong bom vạn năng chứa Na2O2, sau đó khử Selenit và cân nó dưới dạng

Selen kim loại Phương pháp điện phân định lượng Selen cũng đã được bắt đầu chú

ý nghiên cứu vào đầu những năm 1960, nhờ sử dụng cặp điện cựa Cu -Pt Khi đóSelen được tách ra dưới dạng Cu2Se, là dạng không bị hút ẩm và không bị thay đổikhi nung đến nhiệt độ 13000C Sai số của phương pháp này là 0,3% Phương phápnày được ứng dụng để xác định SeO2 trong kỹ thuật

1.2.1.2 Phương pháp phân tích thể tích [5]

Phương pháp chuẩn độ cơ bản được sử dụng để xác định Se6+ là chuẩn độ Iot

Do phương pháp nhạy, nên cần tách triệt để các nguyên tố ảnh hưởng đến phép xácđịnh Chỉ thị dùng cho phép chuẩn độ có thế là chỉ thị hoá học hoặc chỉ thị điệnhoá Phép chuẩn độ dựa trên việc dùng KI để khử H2SeO3:

4I- + SeO32- + 6H+  Se + 2 I2 + 3 H2O

I2 sinh ra được chuẩn độ bằng Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột

I2 + 2Na2S2O3  2NaI + Na2S4O6

Phương pháp này xác định được đến 50 mg Se

1.2.2 Các phương pháp phân tích quang phổ

1.2.2.1 Phương pháp phân tích trắc quang [31,52]

Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên khả năng tạo phức màu của chất phântích với một thuốc thử nào đó Sau đó đo độ hấp thụ quang của phức màu ta

sẽ biết được nồng độ chất phân tích

Phương pháp thông dụng để xác định Se(IV) là dựa trên phản ứng tạo màu củaSe(IV) với các o-diamin thơm Thuốc thử hay được sử dụng nhất là3,3’diaminobenzidin Trong môi trường axit thuốc thử này được tạo với Selen phứcpiazoseol có màu vàng Đo độ hấp thụ quang của phức màu trong pha nước ở

490nm (hay sau khi chiết bằng toluen 420nm) Khoảng tuân theo định luậtLamber - Beer là 0,25 g/ml đến 2,5 g/ml

Cũng có thể xác định Selen bằng phản ứng tao phức của Se(IV) với 2,3-diaminonaphtalen ở pH=1, sau đó phức được chiết vào dung môi cyclohexan và

đo huỳnh quang ở 520nm sau khi kích thích ở 380nm (ở các dung dịch mà nồng độSelen là quá nhỏ thì Selen được làm giàu bằng phản ứng tạo phức với aminopyrolidin dithiocacbamat ở pH=4,2 và sau đó được giải chiết bằng HNO3) Phương pháp cho phép xác định Selen đến nồng cỡ nM

Se tương ứng là 0,3 và 0,5 g/l [40] Một phương pháp Hydrua hóa mới [34] đượcđưa ra với mục đích giảm đến mức tối thiểu sự nhiễu của các nguyên tố chuyểntiếp Thí nghiệm được lặp lại 10 lần tại nồng độ Se 500 g/l, sai số nhỏ hơn 2%, vànồng độ giới hạn phát hiện là 2g/l Hệ thống được thực hiện thành công và ứngdụng cho việc đo phổ hấp thụ nguyên tử

1.2.2.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Độ nhạy của phương pháp này phụ thuộc rất nhiều vào nguồn năng lượngnguyên tử hóa và kích thích phổ Khi nguồn năng lượng là ngọn lửa Hidro- khôngkhí thì độ nhạy đạt được là 1g / ml sử dụng vạch 196,1 nm [17] Khi sử dụng ngọnlửa không khí axetylen độ nhạy tăng cỡ 1,6 lần Khi nguồn năng lượng là ốngphóng catot, Se(IV) có giới hạn nồng độ phát hiện là 0,25 g / ml theo vạch 196,1

nm Khi sử dụng kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa xác định Selen trong máu

và trong huyết thanh, giới hạn phát hiện là 0,8g / ml Gần đây rất nhiều công trìnhxác định Selen sử dụng kỹ thuật tạo Hydrua ghép nối với AAS (HG-AAS) NguyễnThị Phương Thảo và Phạm Thúy Nga [7] đã xác định Selen trong mẫu máu và nướctiểu bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật Hydrua hóa, đã xácđịnh được giới hạn phát hiện của Selen là 0.41 ng/ml Ondrej Hegedus và cộng sự[24] đã xác định hàm lượng Selen trong rau bằng phương pháp ET-AAS và HG-AAS, với phương pháp Hg – AAS, dùng bước sóng 196,0 nm, cường độ dòng củađèn là 10mA, chất khử là NaBH4 0,6% /NaOH 0,5%, thu được kết quả là 0,001-0,034 mg/kg trong mẫu rau tươi, với giới hạn phát hiện là 0,49 g/l Rau nhiềuđường và tinh bột thì chứa ít Selen, khoai tây và cà rốt chứa nhiều Selen (0,034 mg/

kg và 0,02 mg/kg) Magda A.Akl và cộng sự [42] đã xác định được Selen trong một

số mẫu thức ăn như: sữa trâu tươi là 0,053 g/g; sữa bột là 0,071 g/g; thịt bòhun khói là 0,47 g/g; cá hồi là 0,81g/g Hisatake Narataki xác định Selen trongnước sông đạt giới hạn phát hiện là 0,04 g/ml

Knen Y Chion và cộng sự xác định Selen trong không khí, nguyên tử hóa bằng

kỹ thuật lò graphit, giới hạn phát hiện là 1 ng/ml Araz Bidari và cộng sự [31] đãxác định Selen trong mẫu nước bằng phương pháp GF- AAS, thu được giới hạnphát hiện Selen là 2 g/l Adriana Paiva de Oliveira [32] đã sử dụng phương phápGF- AAS xác định Selen trong sữa với 10 mẫu sữa, nồng độ Selen thay đổi từ 5-20

g/l Poliana Aleixo đã xác định trực tiếp Selen trong sữa bò bằng phương phápGF-AAS, cho thấy nồng độ Selen thay đổi lớn từ 2-1270 g/l, phụ thuộc vào vùngđịa lý Denise Bohrer và các cộng sự [52] đã so sánh hai kỹ thuật GF-AAS và HG-AAS trong việc xác định Selen trong thịt gà Kết quả cho thấy giới hạn phát hiệncủa Selen theo phương pháp HG-AAS là 1g/l, theo phương pháp HG-AAS là 0,6

g/l Quá trình Hydro hóa chỉ thực hiện được với Se(IV) nên việc chuyển Se(VI)

về Se(IV) là rất cần thiết Quá trình chuyển hóa được thực hiện bằng cách đun mẫuvới HCl 4 - 6M hoặc sử dụng lò vi sóng William R.Mindak và Scott P.Dolan đãxác định tổng hàm lượng Asen và Selen trong các mẫu thức ăn như: thịt bò, gấu,bánh mỳ, ngũ cốc, trứng, sữa, hoa quả, nước chanh, lạc Nồng độ giới hạn phát hiệncủa Selen là 0,09 ng/ml, giới hạn định lượng là 0,02 mg/kg

1.2.3 Các phương pháp khác

1.2.3.1 Các phương pháp phân tích điện hóa[16,23]

Phương pháp cực phổ nói chung cho độ nhạy chỉ đạt cỡ 10-4-10-5M Cường độdòng phụ thuộc thế điện phân trong dung dịch và thế điện cực Người ta tiến hànhđiện phân và đo cường độ dòng với một dãy dung dịch chuẩn biết trước nồng độ.Dựa vào đồ thị xác định được nồng độ chất phân tích khi biết cường độ dòng Giátrị nửa thế sóng cho biết thành phần định tính, chiều cao sóng cho biết thành phầnđịnh lượng của chất phân tích Đã có một số công trình xác định Se4+ bằng phươngpháp cực phổ dòng một chiều, tuy nhiên giới hạn phát hiện không cao (10-5M) Đểtăng độ nhạy có thể xác định Se4+ theo sóng piazoSeol (trong dung dịch chiết haytrong phần chiết với toluen) Sử dụng các complexon III để loại các ảnh hưởng củacác ion kim loại nặng Năm 1986 G.E Batley sử dụng phương pháp cực phổ xung

vi phân xác định Selen trong nước thải Tác giả dùng nền HCl, pH = 2, píc ở –0,6V(so với điện cực Ag/AgCl) được dùng để định lượng Nước thải được loại bỏ tạpchất thô bằng cách dội qua cột C18 sep-pak sau đó dùng nhựa chelex 100 để loại bỏ

lượng vết các kim loại Khoảng nồng độ tuyến tính của phương pháp là 2-100g/l.Đặc biệt các phương pháp von - ampe hoà tan, nhờ làm giàu chất phân tích lên bềmặt điện cực bằng phản ứng khử hay oxi hóa kết tủa chất sau đó hoà tan sản phẩmkết tủa và ghi tín hiệu hoà tan mà các phương pháp điện hóa hoà tan có độ nhạycao, công trình của Wang J và Jianmin L sử dụng CSV trên nền 0,1M H2SO4 + 10

g/l Rh3+ Điện phân làm giàu ở –0,2V Phương pháp dựa trên phản ứng tích luỹ vàsau đó khử lớp Rh2Se3 trên HMDE Giới hạn phát hiện của phương pháp là 0,5g/lkhi thời gian điện phân là 3 phút

1.2.3.2 Phương pháp sắc kí [20]

K.W Michell xác định Se(IV) trong nước biển bằng phương pháp sắc kí khí(GC) sử dụng detector cộng kết điện tử (ECD) Selen được kết tủa cùng vớiFe(OH)3 ở pH = 5, sau đó kết tủa được hoà tan bằng HCl và chuyển Selen

về dạng 5-nitropiazoSeol, phức này được chiết bằng toluene sau đó dẫn vào cộtsắc kí Giới hạn phát hiện là 5ng/l Độ chính xác 6% ở mức 0,025  g/l [20].Donald Creamer xác định Selen trong vật liệu sinh học bằng sắc kí khối phổ sửdụng detector cặp ion sau khi chuyển Selen về dạng 5-nitropiazoSeol (đồng phân

80Se và 82Se)

1.3 Phương pháp động học – xúc tác trắc quang xác định Selen

1.3.1 Nguyên tắc của phương pháp

Cơ sở của phương pháp trắc quang là dựa vào phản ứng tạo chất màu của chất

cần xác định với thuốc thử và dựa vào định luật Lambe - Beer để xác định hàmlượng chất đó Phương trình biểu diễn mối liên hệ giữa độ hấp thụ quang và nồng

độ chất phân tích có dạng: A=e.l.C, trong đó: A là độ hấp thụ quang của phức màu,

l là chiều dày cuvet và C là nồng độ chất cần phân tích [5]

Cơ sở phương pháp động học xúc tác [21] là dựa trên việc đo tốc độ phản ứng

để xác định nồng độ các chất Phương pháp tiến hành dựa trên hiệu ứng xúc tác củacấu tử cần định lượng đối với một phản ứng nào đó Vì vậy, nó cho phép xác địnhđược lượng vết, đặc biệt là các anion và các hợp chất hữu cơ một cách đơn giản,nhanh chóng với giới hạn phát hiện thấp Các phép xác định cần sử dụng thiết bịtheo dõi thời gian, máy điều nhiệt và phổ quang kế có thể đọc tự động, kết hợp vớimáy tính để theo dõi các thí nghiệm và cho phép đánh giá dữ liệu về độ chính xác,giới hạn phát hiện, sự nhanh chóng và tự động hóa của phương pháp đã đưaphương pháp động học trở nên phổ biến

Khi sử dụng phản ứng có xúc tác để nghiên cứu ta có thể xác định được nồng

độ cực kì nhỏ của chất xúc tác thông qua sự tăng tốc độ phản ứng vì một chất xúctác tham gia vào nhiều vòng của phản ứng xúc tác Khi nồng độ của chất xúc táctăng sẽ dẫn đến tăng tốc độ phản ứng

Phương pháp xác định động học xúc tác thường dựa theo hai hướng sau:

(i) Dựa vào kết quả đo tốc độ phản ứng ở thời điểm bắt đầu của phản ứng(phân tích xúc tác)

(ii) Dựa vào những biến đổi của tốc độ phản ứng (phân tích các thay đổi nhưchất hoạt hóa hoặc chất ức chế)

Cơ sở của phương pháp động học xúc tác dựa trên việc đo tốc độ phản ứng chỉthị Phản ứng chỉ thị là phản ứng được xúc tác bởi chất phân tích Chất để theo dõitốc độ phản ứng chỉ thị được gọi là “chất chỉ thị ”

Giả thiết có phản ứng như sau:

A + B ku

  P1 + P2 (1)

Ở đây, P1, P2 là sản phẩm được tạo thành từ các phản ứng không xúc tác của A

và B

Giả sử trong phản ứng có mặt chất xúc tác C, cơ chế mới như sau :

A + C   kc P1 + X (2)

X + B   nhanh P2 + C (3)

Ở đây, X là phức chất trung gian hoạt động

Nếu phản ứng (3) xảy ra nhanh hơn phản ứng (2), nồng độ của chất xúc tác sẽkhông đổi suốt quá trình phản ứng và tốc độ phản ứng (v) sẽ bằng tổng của tốc độphản ứng không xúc tác và có xúc tác, tức là:

một chất xúc tác trực tiếp trong mỗi trường hợp, cho nên để xác định nồng độ chưabiết của chất xúc tác cần phải dựng đường chuẩn Hai phương pháp chính được sửdụng để phân tích xúc tác là phương pháp vi phân và phương pháp tích phân, kếthợp với ba cách xây dựng đường chuẩn: phương pháp thời gian ấn định, phươngpháp nồng độ ấn định và phương pháp tg

A Phương pháp vi phân

Đánh giá tốc độ phản ứng trực tiếp qua d/dt:

* Đo nồng độ ban đầu, từ đó xác định được tốc độ ban đầu và dùng để đánh giánồng độ

* Đo độ dốc của đường cong thực nghiệm tại một điểm bất kì, từ đó có thể tínhđược nồng độ

C Phương pháp khác

* Phương pháp dựa trên việc đo độ dài của chu kì cảm ứng

* Phương pháp đặc biệt như phản ứng dao động

Cần chú ý là độ chính xác của phương pháp phân tích động học phụ thuộc vào

độ tin cậy của kỹ năng phân tích khi đo những thay đổi nồng độ của một cấu tử

Độ nhạy và giới hạn phát hiện của phương pháp: Ưu điểm chính của phương

pháp là giới hạn phát hiện (nồng độ thấp nhất mà chất xúc tác đo được) thấp và độnhạy cao Nồng độ các chất xúc tác ở trong khoảng 10-6-10-11 g/ml có thể xác địnhđược dựa trên khả năng xúc tác của chúng và nồng độ phù hợp để có thể đo đượctín hiệu phân tích nhỏ nhất

Độ chọn lọc của phương pháp: Theo IUPAC, độ chọn lọc biểu thị cho khả

năng xác định một chất khi có mặt các chất cản trở đi kèm trong mẫu Các đặc tínhriêng không gây ảnh hưởng cản trở trong trường hợp này

Đặc tính xúc tác của một ion vô cơ phụ thuộc vào kích thước ion, điện tích vàliên kết của nó Các chất có đặc tính tương tự như chất phân tích sẽ ảnh hưởng tớitốc độ phản ứng, và do đó phương pháp phân tích động học thường không có tínhchọn lọc cao khi có mặt các chất hoá học có liên quan đến các nguyên tố

Độ chọn lọc của phương pháp xúc tác có thể được cải thiện bằng các cách sau:Thay đổi điều kiện phản ứng (pH, nồng độ chất phản ứng, nhiệt độ ), sử dụng các

kỹ thuật tách (trao đổi ion, phương pháp phổ, khuyếch tán phổ, kết tủa đồng thời,chưng cất, điện di ), sử dụng các tác nhân che để hạn chế ảnh hưởng của các ioncản

Giới hạn phát hiện là một ưu điểm thường được nhấn mạnh trong phương phápphân tích động học xúc tác Tuy nhiên, độ chọn lọc thấp có thể là nguyên nhân hạnchế một phần các ứng dụng của phương pháp này

1.3.2 Một số nghiên cứu xác định Selen theo phương pháp động học – xúc tác trắc quang

Phương pháp động học xúc tác xác định Se(IV), Se(VI), và tổng Selen vô cơtrong nước, dựa vào khả năng xúc tác của Se(IV) trong phản ứng khử Bromat bằngp-nitrophenyl hydrazin khi có mặt NaBr 0,6 M ở pH = 3 Br2 sinh ra làm mất màucalmagite Độ hấp thụ quang của dung dịch được đo tại bước sóng 523nm bằngphương pháp trắc quang theo thời gian ấn định Trong phản ứng chỉ thị này, Br-

đóng vai trò là chất hoạt hóa cho sự xúc tác của Se(IV) và là chất khử Se(VI) ởpH=3,0 Ở điều kiện tối ưu (thời gian t= 7 phút và nhiệt độ là 25o C), đường chuẩntuyến tính trong khoảng 1,0- 35,0 g Se(IV)/ l, giới hạn phát hiện của phươngpháp là 0,22 g/l Ảnh hưởng của các cation và anion đến xác định Se(IV) cũng đãđược nghiên cứu [51 ]

Trong một công trình khác, lượng nhỏ Se(IV) có thể xúc tác cho phản ứng oxihóa làm mất màu metyl tím bằng bromat trong môi trường đệm Clark - Lubs với

pH = 3,0 Dựa trên phản ứng chọn lọc của Se(IV), người ta đã phát triển phươngpháp động học - xúc tác để xác định dạng của Selen trong sinh vật biển Sau khiđược xử lí bằng HNO3 - HClO4 và khử bằng HCl, Selen hữu cơ được oxi hóa lênSe(IV), đồng thời Se(VI) bị khử về Se(IV), do đó tổng lượng Selen, Se(VI), Se(IV)

và Selen hữu cơ được xác định lần lượt bằng phương pháp quang phổ xúc tác vàphương pháp vi phân Khoảng tuyến tính của phương pháp này là 0,14 – 8,0 g/l,

và giới hạn phát hiện tuyệt đối Selen trong mẫu sinh học là 3,5 ng Phân tích dạngSelen trong rong biển và động vật thân mềm hai mảnh vỏ đã được thực hiện chokết quả khả quan [55 ]

Phương pháp động học xúc tác còn được dùng để xác định selen trong nền mẫusinh học dựa trên khả năng xúc tác của Selen đối với phản ứng giữa Metylen xanh

và Na2S Dựa trên phản ứng này, người ta khảo sát độ hấp thụ quang của dung dịch

metylen xanh theo thời gian và xác định được thời gian (t) cần thiết để phản ứngxảy ra hoàn toàn Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của t-1 vào nồng độ Selen cho tađường chuẩn có khoảng tuyến tính từ 2,5 – 30,0 ng/ml Selen Trong nghiên cứunày, người ta cũng đã kiểm tra các thông số thí nghiệm và ảnh hưởng của các ioncản tới việc xác định selen.Tetramethyl ammoni hydroxyt được dùng để xử lí mẫumáu, tóc và nước tiểu, kết quả cho mẫu nước tiểu là tốt nhất Phương pháp xúc tácđược ứng dụng cho mẫu nước tiểu với hiệu suất thu hồi là 84,9% [25 ].

Phương pháp động học xúc tác cũng đã được nghiên cứu để xác định selentrong mẫu nước ở môi trường đệm phtalat pH = 2, người ta đã nghiên cứu sự xúctác của Se(IV) cho phản ứng làm mất màu xylenol da cam bằng Na2S Phản ứngxúc tác là một phản ứng bậc không, hằng số của tốc độ phản ứng là 7,67x 10-5

mol/l.s và năng lượng hoạt hóa là 50,09 kJ/mol Sự phụ thuộc của delta A (hiệu độhấp thụ giữa phản ứng có và không có xúc tác) vào nồng độ của Se (IV) là tuyếntính khi nồng độ Se(IV) <= 0,12mg/l, giới hạn phát hiện là 2,66x 10-5 g/l Phươngpháp đã nêu được áp dụng để xác định lượng vết của Se(IV) trong mẫu nước [53 ].Kết luận phần tổng quan: Như vậy bằng phương pháp động học- xúc tác trắcquang người ta có thể xác định được các dạng tồn tại của Selen trong các mẫu khácnhau, môi trường đệm khác nhau nhờ tác dụng xúc tác cho các phản ứng chỉ thị oxihóa- khử của chúng

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.1.2 Nguyên tắc của phương pháp động học - xúc tác trắc quang xác định hàm lượng Selen.

Metyl da cam là hợp chất có màu và được sử dụng như một chất chỉ thị oxy hóakhử Sự làm mất màu của metyl da cam (MO) khi có mặt ion Bromat trong môitrường axit xảy ra khá chậm Khi có mặt Se(IV) làm xúc tác thì việc khảo sát độhấp thụ quang của dung dịch rất khó khăn vì phản ứng xảy ra quá nhanh Do vậy,việc bổ sung thêm hydrazine vào môi trường phản ứng sẽ làm cho tốc độ phản ứngchậm lại Cơ chế xúc tác của Se(IV) có thể giả định như sau: muối hydrazin khửSe(IV) về Selen nguyên tố trong môi trường axit theo phản ứng (1) Selen nguyên

tố được tạo thành lại bị oxi hóa thành Se(IV) bởi BrO3- và sinh ra Br- theo phản ứng(2) Trong môi trường axit, Br- bị oxi hóa bởi BrO3- thành Br2 theo phản ứng (3) vàchính Br2 sinh ra làm mất màu MO theo phản ứng (4) Do đó sự oxi hóa MO đượctăng tốc đáng kể khi có mặt lượng nhỏ Br2, tức là phản ứng được xúc tác gián tiếpkhi có mặt lượng nhỏ Se(IV) [50 ]

SeO32- + 2H+ + N2H4  Se0 + N2 + 3H2O (1)3Se0 + 2BrO3- + 3H2O  3H2SeO3 + 2Br- (2)BrO3- + 5Br- + 6 H+  3Br2 + 3H2O (3)

Vì vậy, bằng cách theo dõi sự giảm độ hấp thụ quang của metyl da cam (khi cómặt hydrazin, KBrO3) theo nồng độ Se(IV) thì có thể định lượng được Se(IV) trongmẫu Nếu trong mẫu có Se(VI) thì cần khử Se(VI) xuống Se(IV) bằng chất khửthích hợp, sau đó xác định tổng lượng Selen rồi từ đó suy ra hàm lượng Se(VI)trong mẫu.

2.1.2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm:

- Tối ưu hóa các điều kiện của phép xác định gồm nghiên cứu ảnh hưởng củacác yếu tố sau đến phản ứng chỉ thị:

+ Phổ hấp thụ của dung dịch chất màu và chọn cực đại hấp thụ để đo độ hấp thụquang

+ Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Theo dõi biến thiên tốc độ phản ứng đểchọn phương pháp tg hay phương pháp thời gian ấn định

+ Ảnh hưởng của nồng độ đầu các tác nhân phản ứng như (NH3Cl)2, MO,KBrO3 đến tốc độ phản ứng

+ Ảnh hưởng của môi trường phản ứng

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion lạ đến phép xác định

- Đánh giá phương pháp phân tích : gồm khảo sát giới hạn phát hiện, giới hạnđịnh lượng, khoảng tuyến tính; đánh giá độ chụm và độ chính xác của phương phápphân tích, tính hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích

- Xây dựng qui trình phân tích và ứng dụng phân tích mẫu thực tế

2.2 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị

2.2.1 Dụng cụ, thiết bị

* Bình định mức thủy tinh loại A có dung tích 25, 50, 100, 250, 500 ml

* Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt dung tích 100, 250 ml

* Bình nón dung tích 250 ml, buret 25 ml

* Các loại pipet chia vạch: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10; 25 ml

* Máy trắc quang UV - VIS 1601 PC - Shimadzu (Nhật Bản), bước sóng làmviệc tử 190- 900 nm , cuvet thạch anh chiều dày l = 1cm

* Cân phân tích Scientech SA 210 độ chính xác 0,0001g

* Máy điều nhiệt

* Đồng hồ bấm giờ

* Máy đo pH

2.2.2 Hóa chất

Các hóa chất cần dùng là loại tinh khiết phân tích (p.a và tinh khiết thuốcthử (p.R.) Các dung dịch được pha chế bằng nước cất hai lần

Pha các dung dịch tiêu chuẩn:

+ Pha 100,00ml dung dịch Se(IV) 1000ppm từ SeO 2

Cân chính xác 0,1405 gam SeO2 tinh thể trên cân phân tích, hòa tan sơ bộlượng cân này bằng nước cất hai lần, chuyển vào bình định mức 100ml, tráng rửacốc cân nhiều lần rồi chuyển vào bình định mức trên, thêm nước cất tới vạch mức,sóc trộn đều dung dịch ta được 100,00ml dung dịch Se(IV) 1000ppm

+ Thiết lập lại nồng độ Se(IV) bằng dung dịch Iot tiêu chuẩn

- Pha 100,00 ml dung dịch I2 0,0127 M từ Iot tinh thể

Cân chính xác 0,32g 0,01 Iot trên cân kỹ thuật Hòa tan sơ bộ lượng cân nàybằng nước cất, sau khi iot tan hết thêm khoảng 10g KI Thêm nước cất tới vạchmức, sóc trộn đều dung dịch được dung dịch I2 0,0127 M Dung dịch vừa pha bảoquản trong chai thủy tinh màu nút nhám

- Pha 100,00 ml dung dịch Na 2 S 2 O 3 0,025M từ Na 2 S 2 O 3 tinh thể

Cân chính xác 0,62 0,01g Natri thiosunfat trên cân kỹ thuật, hòa tan sơ bộbằng nước cất, chuyển vào bình dịnh mức 100,00 ml, tráng rửa cốc cân, thêm nướccất tới vạch mức được 100,00 ml dung dịch Na2S2O3 0,025 M

- Pha 100,00 ml dung dịch K 2 Cr 2 O 7 4,17x10 -3 M

Cân chính xác 0,12270,0001g Kali dicromat loại tinh khiết hóa học trên cânphân tích, hòa tan sơ bộ bằng nước cất chuyển vào bình định mức 100ml, tráng rửa

cốc cân nhiều lần chuyển vào bình trên, thêm nước cất đến vạch mức, sóc trộn đềudung dịch được 100,00 ml dung dịch K2Cr2O7 4,17x10-3M.

- Thiết lập lại nồng độ dung dịch Na 2 S 2 O 3 theo K 2 Cr 2 O 7

vừa pha tới màu vàng nhạt, thêm khoảng 1,0 ml hồ tinh bột chuẩn đền mất màuxanh Làm thí nghiệm song song, sai số giữa hai lần chuẩn không quá 0,1ml

- Thiết lập lại nồng độ dung dịch I 2 theo Na 2 S 2 O 3

Phương trình chuẩn độ:

I2 + 2Na2S2O3 htb 2NaI + Na2S4O6

Hút chính xác 10,00 ml dung dịch I2 vào bình nón, thêm một lượng nhỏ nướccất, đem chuẩn bằng dung dịch Na2S2O3 tới vàng nhạt, thêm 1,0 ml hồ tinh bột 1%chuẩn tiếp tới mất màu xanh Làm thí nghiệm song song, sai số giữa hai lần chuẩnkhông quá 0,1ml

- Thiết lập lại nồng độ dung dịch Se(IV) bằng I 2

Phương trình chuẩn độ:

I2 + 2Na2S2O3  2NaI + Na2S4O6

- Pha 100,00 ml dung dịch Se(IV) 10ppm từ dung dịch Se(IV) 1000ppm

Hút chính xác 1,00ml dung dịch Se(IV) 1000ppm chuyển vào bình định mức100ml, thêm nước cất tới vạch mức, sóc trộn đều dung dịch được 100,00mlm dungdịch Se(IV) 10ppm ( dung dịch chuẩn)

- Pha 100,0 ml dung dịch metyl dacam (MO) 1000 mg/l

Cân 0,1g MO hòa tan bằng nước cất, thêm nước cất tới 100 ml được 100,0mldung dịch MO 1000 mg/l

- Pha 100,0 ml dung dịch (NH 3 Cl) 2 5,0x10 -2 M

Cân khoảng 0,53 0,01g hydrazin dihydrochlorua trên cân kỹ thuật Hòa tan

sơ bộ bằng nước cất, thêm nước đễn thể tích 100 ml , sóc trộn đều dung dịch được100,0ml dung dịch N2H4.2HCl 5,0x10-2M

- Pha 100,0ml dung dịch KBrO 3 5,0x10 -2 M

Cân chính xác 0,84 0,01g kali bromat tinh khiết hóa học trên cân kỹ thuật,hòa tan sơ bộ bằng nước cất, thêm nước đến vạch mức, sóc trộn đều dung dịchđược 100,0ml dung dịch KBrO3 5,0x10-2M

- Pha dung dịch đệm Glixin- HCl có pH= 1,6

Pha 100,0 ml dung dịch glixin 0,1M từ glixin tinh thể

Cân chính xác 0,75g glixin loại tinh khiết hóa học trên cân kỹ thuật, hòa tan sơ

bộ bằng nước cất, thêm nước tới thể tích 100ml, sóc trộn đều dung dịch được100,0ml dung dịch Glixin 0,1M

Pha 1000,0 ml dung dịch HCl 1,0M từ HCl đặc 37%, (d = 1,19g/ml)

Từ dung dịch glixin và HCl trộn vào nhau theo các tỷ lệ thích hợp khác nhau

và hiệu chỉnh pH bằng máy đo pH

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Nghiên cứu phương pháp xác định Selen(IV) dựa trên xúc tác của nó với hệ phản ứng hydrazine dihidroclorua – KBrO 3 và metyl da cam.

3.1.1 Nghiên cứu chọn điều kiện tối ưu của phản ứng chỉ thị

3.1.1.1 Phổ hấp thụ của sản phẩm phản ứng chỉ thị.

Lấy vào 05 bình định mức dung tích 25 ml, mỗi bình 5,00 ml dung dịch đệmGlicin – HCl có pH = 1,6  0,02 Thêm vào các bình lượng Se(IV) được lấy từdung dịch Se(IV) 10,0 ppm như sau:

Bình 1-2 : mẫu trắng

Bình 3: 1,25 ml dung dịch Se(IV) 10,00ppm

Bình 4: 2,50 ml dung dịch Se(IV) 10,00ppm

Bình 5: 3,75 ml dung dịch Se(IV) 10,00ppm

Thêm vào các bình từ bình 2-5 mỗi bình 2,50 ml Metyl da cam (MO) 100,0mg/

l, thêm vào tất cả các bình, mỗi bình mỗi bình 2,50 ml dung dịch (NH3Cl)2 5,0x10

-2M; 2,50 ml dung dịch KBrO3 5,0x10-2M, định mức bằng nước cất đến vạch mức.Sóc trộn đều dung dịch Để yên 8,0 phút, đem đo độ hấp thụ quang của các dungdịch trong khoảng bước sóng từ 400 – 700nm với dung dịch so sánh là dung dịchtrong bình 1 Kết quả thu được như hình 1

Đường 1: Phổ hấp thụ của dung dịch

có MO, KBrO 3 , (NH 3 Cl) 2

Đường 2: Phổ hấp thụ của dung dịch

có MO, (NH 3 Cl) 2 , KBrO 3 , Se(IV) 0,5ppm.

Đường 3: Phổ hấp thụ của dung dịch

có MO, (NH 3 Cl) 2 , KBrO 3 , Se(IV) 1,0 ppm

Đường 4: Phổ hấp thụ của dung dịch

có MO, (NH 3 Cl) 2 , KBrO 3 , Se(IV) 1,5

ppm

Hình 1: Phổ hấp thụ quang của dung dịch MO khi có mặt (NH 3 Cl) 2 , KBrO 3 , Se(IV)

Mettyl da cam là thuốc thử màu cam, có bước sóng hấp thụ cực đại ở bướcsóng l=508 nm trong môi trường axit mạnh (đường 1) Khi giữ nguyên nồng độKBrO3 5,0 x 10-3 M và cho thêm Se(IV) với nồng độ khác nhau 0,5ppm (đường 2),Se(IV) 1,0ppm (đường 3), và Se(IV) 1,5ppm (đường 4) thì thực nghiệm cho thấy,càng tăng nồng độ của Se(IV) thì độ hấp thụ quang A của dung dịch phản ứnggiảm càng nhanh mà không làm chuyển dịch cực đại Điều đó chứng tỏ khi cóSe(IV) thì phản ứng giữa bromat và hydrazin sinh ra brom xảy ra nhanh hơn Do đótrong các thí nghiệm tiếp theo chúng tôi chọn bước sóng l=508 nm để khảo sát

3.1.1.2.Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Lấy vào 3 bình định mức dung tích 25,0 ml lần lượt thứ tự thuốc thử như sau:5,0 ml đệm glixin – HCl pH = 1,6 Thêm vào các bình lượng Se(IV) được lấy từdung dịch Se(IV) 10,0 ppm

Bình 1: mẫu trắng

Bình 2 – 3: 0,25 – 1,25ml dung dịch Se(IV) 10,0ppm

Thêm vào các bình 2,50ml dung dịch (NH3Cl)2 5,0x10-2M; 2,50ml dung dịch

MO 100,0 mg/l; 2,50ml dung dịch KBrO3 5,0x10-2M, định mức bằng nước cất tớivạch mức Sóc trộn đều dung dịch Để yên dung dịch trong 2 phút Theo dõi độ hấpthụ quang của dung dịch ở bước sóng l  508nm với dung dịch so sánh là nước cấttrong khoảng 80 phút Kết quả thu được như hình 2

Hình 2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang theo thời gian

Đường 2:Dung dịch phân tích khi có MO, đệm, (NH 3 Cl) 2 ; Se(IV) 10,0ppm.

Từ đồ thị khảo sát thời gian ta thấy khi không có mặt của xúc tác Se(IV) thì tốc

độ của phản ứng rất chậm (đường 1) Khi có mặt chất xúc tác thì phản ứng xảy rarất nhanh và nhanh đạt trạng thái cân bằng ( trạng thái đạt cân bằng khi A = 0) ,nồng độ xúc tác càng cao thì càng nhanh đạt trạng thái cân bằng (đường 2, 3) Đồthị khảo sát thời gian cũng cho thấy phản ứng xảy ra theo hai giai đoạn rõ rệt Banđầu khi có Se(IV) làm xúc tác thì phản ứng xảy ra chậm hơn, phù hợp với giải thích

về cơ chế có phản ứng xảy ra giữa Se(IV) và hydrazin giảm ( giai đoạn hai), tốc độphản ứng rất nhanh và đạt đến cân bằng Vì vậy ở các thí nghiệm sau chúng tôichọn thời gian ấn định là 8,0phút (480s) để đo độ hấp thụ quang của dung dịch kể

từ khi thêm chất khử (tương ứng chỉ theo dõi tốc độ phản ứng ở giai đoạn đầu)

3.1.1 3 Ảnh hưởng của nồng độ metyl da cam

Tốc độ của phản ứng phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ của Metyl da camđược tối ưu hóa bằng cách thay đổi nồng độ Metyl da cam trong khoảng từ 2,0 –20,0 mg/l

Chuẩn bị 21 bình định mức 25,0ml đánh số từ 1đến 21,cho vào tất cả các bìnhmỗi bình 5,00ml dung dịch đệm pH = 1,6; thêm tiếp thể tích thuốc thử như sau:

- Bình 1: 2,5ml dung dịch (NH3Cl)2 5,0x10-2M

- Bình 2-11: 2,5ml dung dịch (NH3Cl)25,0x10-2M; 0,5-5,0ml dung dịch MO 100mg/l

- Bình 12-21: 2,00ml dung dịch chuẩn Se(IV) 10,0ppm; 2,5ml dung dịch(NH3Cl)25,0x10-2M; 0,50-5,00ml dung dịch MO 100,0mg/

Thêm vào 21 bình, mỗi bình 2,50ml dung dịch KBrO3 5,0x10-2M, cuối cùngthêm nước cất tới vạch mức, sóc trộn đều dung dịch Đem đo độ hấp thụ quang củadung dịch ở bước sóng l  508nm với dung dịch so sánh là dung dịch trong bình 1,kết quả thu được trình bày như trong bảng 1, hình 3:

Bảng 1: Ảnh hưởng của nồng độ Metyl da cam đến phép phân tích

Đường 2: Độ hấp thụ quang của dung dịch mẫu ( A mẫu).

Từ kết quả ở hình 3 ta thấy với phản ứng nền, khi cố định nồng độ hydrazin,KBrO3 và thay đổi nồng độ Metyl da cam thì độ hấp thụ quang phải tăng tuyến tínhvới nồng độ Metyl da cam Khi có xúc tác Se(IV), theo cơ chế phản ứng đầu tiêntạo ra Br2 Khi tăng nồng độ MO thì sự giảm độ hấp thụ quang xảy ra tỷ lệ thuậnvới nồng độ MO và độ hấp thụ quang A của dung dịch giảm nên đường biểu diễn

có hệ số góc thấp hơn đường 1 ( phản ứng nền) Hiệu số của đường Anền và đường

Amẫu biểu thị tốc độ phản ứng xúc tác cho thấy ở nồng độ MO 8,0 – 10,0 mg/l thì tínhiệu đo A rất lớn và hiệu số độ hấp thụ quang là cao nhất Vì vậy nồng độ cuối của

MO được chọn cho các thí nghiệm tiếp theo là 8,0 mg/l

3.1.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ (NH3Cl)2

Ảnh hưởng của nồng độ (NH3Cl)2 được khảo sát trong khoảng 1,0x10-3M –1,0x10-2M

Chuẩn bị 30 bình định mức 25 ml Lấy vào các bình 5,00ml dung dịch đệm pH

= 1,6 thêm vào các bình thứ tự thuốc thử như sau:

Bảng 2:Ảnh hưởng của nồng độ (NH 3 Cl) 2 đến độ hấp thụ quang của dung