nghiên cứu hoàn thiện quy trình phân tích chì trong sản xuất thuốc gợi nổ chì azotua bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CHU VIỆT SƠN NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CHÌ TRONG SẢN XUẤT THUỐC GỢI NỔ CHÌ AZOTUA BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CHU VIỆT SƠN NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CHÌ TRONG SẢN XUẤT THUỐC GỢI NỔ CHÌ AZOTUA BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Chuyên ngành: Hoá Phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ QUANG TRUNG HÀ NỘI - 2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 2 1.1. Giới thiệu chung về thuốc gợi nổ (thuốc nổ sơ cấp) 2 1.1.1. Đặc điểm chung của thuốc gợi nổ 2 1.1.2. Phân loại thuốc gợi nổ 4 1.1.3. Công dụng của thuốc gợi nổ 5 1.2. Giới thiệu về chì azotua 6 1.2.1. Giới thiệu chung 6 1.2.2. Tính chất 6 1.2.3. Công dụng của chì azotua 9 1.2.4. Giới thiệu về Công ty Hóa chất 21 và công nghệ sản xuất chì azotua tại Công ty 9 1.3. Các phƣơng pháp phân tích chì 11 1.3.1. Phƣơng pháp trọng lƣợng 11 1.3.2. Phƣơng pháp thể tích 11 1.3.3. Các phƣơng pháp phân tích điện hoá 13 1.3.4. Các phƣơng pháp phân tích quang học 14 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 20 2.1. Đối tƣợng và nội dung nghiên cứu 20 2.2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 20 2.2.2. Nội dung nghiên cứu 21 2.2. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ 22 2.2.1. Hoá chất 22 2.2.2. Thiết bị và dụng cụ 22 2.3. Quy trình thực nghiệm phân tích chì azotua bằng phƣơng pháp chuẩn độ thể tích 23 2.4. Nghiên cứu phân tích hàm lƣợng chì trong chì azotua bằng phƣơng pháp F-AAS 24 2.5. Chuẩn bị mẫu phân tích 27 2.5.1. Phƣơng pháp lấy mẫu 27 2.5.2. Xử lý mẫu 27 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 28 3.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố đến kết quả xác định hàm lƣợng chì theo phƣơng pháp chuẩn độ thể tích 28 3.1.1. Xác định hiệu suất thu hồi bằng phƣơng pháp thêm chuẩn 28 3.1.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố độ pH, thời gian, nhiệt độ đến kết quả xác định hàm lƣợng chì 29 3.2. Khảo sát lại các điều kiện đo phổ Chì bằng phƣơng pháp F-AAS 32 3.2.1. Khảo sát các thông số đo phổ chì 32 3.2.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu 35 3.2.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phép đo Pb 37 3.2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của các anion và cation 39 3.2.5. Đánh giá chung về phƣơng pháp đo Pb đã chọn 43 3.2.6. Kết quả phân tích mẫu thực tế bằng phƣơng pháp F-AAS 53 3.3. Đánh giá chung về 2 phƣơng pháp xác định hàm lƣợng chì trong thuốc gợi nổ chì azotua 55 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN STT Kí hiệu viết tắt Tên đầy đủ 1 Abs Độ hấp thụ quang (Absorption) 2 Abs tb Độ hấp thụ quang trung bình 3 AAS Phổ hấp thụ nguyên tử (atomic absorption spectrometry) 4 AES Phổ phát xạ nguyên tử (atomic emision spectrometry) 5 EDTA Etylen diamin tetraaxetic axit 6 F-AAS Phương pháp phân tích Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (Flame atomic absorption spectrometry) 7 GF-AAS Phương pháp phân tích Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (Graphite furnace atomic absorption spectrometry) 8 HCL Đèn ca tốt rỗng (Hollow cathod lamp) 9 LOD Giới hạn phát hiện (Limit of Detection) 10 LOQ Giới hạn định lượng (Limit of Quantity) 11 ppm Phần triệu (part per million) 12 ppb Phần tỷ (part per billion) 13 PVA Polyvinylancol 14 RSD Độ lệch chuẩn tương đối (Relative standard deviation) 15 SD Độ lệch chuẩn (Standard deviation) 16 TGN Thuốc gợi nổ 17 TNP Thuốc nổ phá 18 V EDTA Thể tích dung dịch EDTA DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Chỉ tiêu một số loại thuốc gợi nổ chì azotua 20 Bảng 3.1. Kết quả xác định hiệu xuất thu hồi bằng phương pháp thêm chuẩn 29 Bảng 3.2. Các mức thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các yêu tố 30 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm lượng chì xác định theo phương pháp chuẩn độ thể tích 30 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát chọn vạch đo của chì 33 Bảng 3.5. Kết quả khảo sát cường độ dòng đèn 34 Bảng 3.6. Quan hệ giữa tín hiệu hấp thụ và độ rộng khe đo 35 Bảng 3.7. Quan hệ giữa tín hiệu hấp thụ và chiều cao Burner 36 Bảng 3.8. Kết quả khảo sát lưu lượng khí cháy 37 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ axit HNO 3 đến tín hiệu hấp thụ 38 Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến tín hiệu hấp thụ 38 Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ axit H 2 SO 4 đến tín hiệu hấp thụ 39 Bảng 3.12. Ảnh hưởng của cation Na + 41 Bảng 3.13. Ảnh hưởng của cation NH 4 + 41 Bảng 3.14. Ảnh hưởng của anion NO 2 - 42 Bảng 3.15. Ảnh hưởng của anion CH 3 COO - 42 Bảng 3.16. Độ hấp thụ quang đến các dung dịch mẫu trắng 44 Bảng 3.17. Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính 48 Bảng 3.18. Sai số của phép đo Pb theo F-AAS 49 Bảng 3.19. Độ lặp lại của phép đo xác định Pb theo F-AAS 50 Bảng 3.20. Các điều kiện đo phổ chì 51 Bảng 3.21. Kết quả đo một số lô sản phẩm chì azotua bằng F-AAS 53 Bảng 3.22. Kết quả đo một số lô sản phẩm chì azotua bằng chuẩn độ complexon 53 Bảng 3.23. Kết quả đo hàm lượng chì đối với mẫu chì stipnat và nước thải 54 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Đồ thị tốc độ nổ của chất nổ 2 Hình 1.2. Hình dạng tinh thể chì azotua PVA 6 Hình 1.3. Hình dạng tinh thể chì azotua hồ tinh 6 Hình 1.4. Sơ đồ tiến trình công nghệ sản xuất chì azotua 9 Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống máy F-AAS 26 Hình 3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố đến kết quả đo hàm lượng chì 31 Hình 3.2. Ảnh máy đo AA-6800 sử dụng để xác định hàm lượng chì 32 Hình 3.3. Đồ thị sự phụ thuộc của tín hiệu AAS vào nồng độ chì 44 Hình 3.4. Đường chuẩn xác định chì trên hệ F - AAS 45 Hình 3.5. Sơ đồ công nghệ xác định hàm lượng chì bằng phương pháp F- AAS 51 1 MỞ ĐẦU Ngày nay việc sử dụng các loại thuốc gợi nổ dùng trong công nghệ Quân sự là nhiệm vụ quan trọng của nhiều Quốc gia. Phân tích chính xác các thành phần trong các loại thuốc gợi nổ là yêu cầu không thể thiếu đối với tất cả các lĩnh vực trong nền kinh tế nói chung và Quốc phòng nói riêng. Hầu hết tất cả các loại hoả cụ phục vụ cho nền kinh tế và Quân sự đều có nguyên lý chung là sử dụng các loại thuốc gợi nổ (thuốc nổ sơ cấp) để nhận xung lượng ban đầu chuyển hoá thành phản ứng nổ để mồi nổ các loại thuốc nổ phá (thuốc nổ thứ cấp). Trong các loại thuốc gợi nổ đó chì azotua hay còn gọi là chì azit được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong các loại kíp nổ trên toàn thế giới. Ưu điểm của loại thuốc này là có độ nhạy với ma sát, ngọn lửa vừa phải đảm bảo an toàn trong sản xuất và sử dụng đồng thời nó có gia tốc biến đổi nổ lớn gấp nhiều lần các loại thuốc gợi nổ khác nên dễ dàng kích nổ thuốc nổ thứ cấp. Tuỳ theo từng mục đích sử dụng cho dân dụng hay quân sự mà hiện nay loại thuốc này trên thế giới có 3 dạng chính được sử dụng phổ biến như sau: Chì azotua kết tinh, chì azotua hồ tinh, chì azotua poly vinyl ancol. Việc phân tích đánh giá chính xác chất lượng của chúng có ý nghĩa quan trọng đặc biệt là trong lĩnh vực Quân sự. Hiện nay tại Công ty Hóa chất 21-Bộ Quốc phòng đang sản xuất loại thuốc này dùng cho các loại hỏa cụ, việc đánh giá chất lượng sản phẩm sử dụng chủ yếu phương pháp chuẩn độ thể tích để xác định hàm lượng chì trong thuốc. Vì vậy việc nghiên cứu khảo sát lại quy trình phân tích cũ và nghiên cứu phương pháp phân tích mới bằng phương pháp công cụ là việc làm cần thiết. Xuất phát từ thực tế, nội dung của luận văn này đề cập đến việc nghiên cứu khảo sát lại quy trình phân tích chì bằng phương pháp chuẩn độ thể tích và nghiên cứu xác định hàm lượng chì bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) trong thuốc gợi nổ chì azotua sản xuất tại Công ty Hoá chất 21 làm cơ sở cho việc đánh giá chất lượng loại thuốc này trước khi nhồi nén vào các loại hoả cụ dùng cho Quân sự nói riêng và nền kinh tế Quốc dân nói chung. 2 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về thuốc gợi nổ (thuốc nổ sơ cấp) 1.1.1. Đặc điểm chung của thuốc gợi nổ Thuốc gợi nổ (TGN) là loại chất nổ có độ nhạy rất cao, dễ dàng bị gây nổ bằng các xung lượng kích thích đơn giản có cường độ nhỏ như: va đập, đâm chọc, ma sát, tia lửa, dòng điện các thực nghiệm đã cho biết độ nhạy với va đập của TGN cao hơn thuốc nổ phá (TNP) khoảng 20 đến 30 lần. Khác với các nhóm thuốc nổ khác, TGN cháy không ổn định và quá trình cháy nhanh chóng chuyển sang nổ. Ở áp suất thấp, tốc độ cháy của TGN cũng rất lớn; khi áp suất tăng, tốc độ cháy tăng vọt theo và đạt giá trị mà tại đó quá trình cháy là một quá trình không ổn định [2]. Biến hóa cơ bản của TGN là nổ; trong trường hợp lượng TGN quá nhỏ hoặc khi hỗn hợp TGN với một số chất khác thì chỉ có thể xảy ra biến hóa cháy mà không nổ. Khi đốt trong không khí, TGN rất dễ bén lửa, tốc độ cháy tăng nhanh, biến hóa cháy diễn ra không ổn định nhanh chóng chuyển thành nổ. Đối với TNP (thuốc nổ thứ cấp) thì chỉ trong những điều kiện nhất định cháy mới chuyển thành nổ (cháy một lượng lớn hoặc cháy trong thể tích kín). Gia tốc biến đổi nổ của TGN lớn hơn nhiều so với thuốc nổ, khi nổ nhanh chóng đạt trạng thái nổ ổn định. Nhưng tốc độ ổn định của TGN nhỏ hơn nhiều so với thuốc nổ nên độ mạnh của TGN kém hơn thuốc nổ phá. Sự biến thiên tốc độ nổ của TGN và TNP được biểu diễn trên đồ thị hình 1.1. Hình 1.1: Đồ thị tốc độ nổ của chất nổ TGN t 1 t 2 D 1 D (m/s t (s) TNP D 2 3 t 1 - Thời gian tăng tốc độ của TGN t 2 - Thời gian tăng tốc của TNP D 1 - Tốc độ nổ ổn định của TGN D 2 - Tốc độ nổ ổn định của TNP Đặc trưng năng lượng nổ của TGN tính theo đơn vị khối lượng nhỏ hơn so với TNP và thuốc phóng, nhưng tính theo đơn vị thể tích thì ngược lại vì khối lượng riêng của TGN lớn hơn nhiều so với TNP và thuốc phóng. Đặc trưng quan trọng của TGN là khả năng mồi nổ của nó đối với các chất nổ khác. Khả năng mồi nổ được đánh giá bằng lượng TGN giới hạn. Lượng TGN giới hạn là lượng TGN nhỏ nhất đủ để gây nổ hoàn toàn một gam chất nổ khác trong điều kiện nhất định. Lượng TGN giới hạn càng nhỏ thì khả năng mồi nổ càng lớn và ngược lại. Do gia tốc biến đổi nổ của TGN lớn hơn nhiều so với các loại thuốc nổ khác nên mật độ năng lượng được tạo ra trong một thời gian ngắn, đủ để gây nổ cho chất nổ khác. Như vậy, có thể thấy rằng gia tốc biến đổi nổ càng lớn thì khả năng mồi càng cao. Khả năng mồi của thuốc nổ phụ thuộc vào các yếu tố: + Dạng xung lượng kích thích ban đầu: Nếu dạng xung lượng kích thích ban đầu phù hợp với độ nhạy cao nhất của TGN thì khả năng mồi theo dạng xung lượng đó sẽ cao. + Cường độ của xung lượng kích thích ban đầu: Cường độ của xung lượng kích thích ban đầu càng lớn thì khả năng mồi càng cao. + Mật độ của TGN: Mật độ của TGN càng lớn thì gia tốc biến đổi càng lớn, tốc độ nổ ổn định cao, khả năng mồi càng mạnh. + Nhiệt độ ban đầu của liều TGN: Nhiệt độ ban đầu của liều TGN càng cao thì độ nhạy của nó càng tăng nên khi nổ gia tốc biến đổi nổ lớn, khả năng mồi càng cao. + Vỏ bọc: Nếu TGN có vỏ bọc thì khi nổ năng lượng nổ ít bị phân tán [...]... đồ tiến trình công nghệ sản xuất chì azotua 10 1.3 Các phƣơng pháp phân tích chì Để xác định nồng độ chì người ta thường sử dụng các phương pháp phân tích hóa học và phương pháp phân tích công cụ Phương pháp phân tích hoá học bao gồm phương pháp trọng lượng và phương pháp thể tích Phương pháp hoá học chỉ có thể áp dụng được khi hàm lượng chất xác định đủ lớn (≥ 10-4 mol/lít) Phương pháp phân tích công... gọi là phương pháp phân tích hiện đại) bao gồm các phương pháp phân tích điện hóa, các phương pháp phân tích quang phổ và các phương pháp khác Trong thực tế người ta thường dùng các phương pháp phân tích quang học và phương pháp phân tích điện hoá để xác định chì Phương pháp này có thể xác định được lượng rất nhỏ trong mẫu cỡ ppm, ppb nhưng đòi hỏi thiết bị hiện đại 1.3.1 Phương pháp trọng lượng Bằng. .. 100, 250 ml 2.3 Quy trình thực nghiệm phân tích hàm lƣợng chì trong chì azotua bằng phƣơng pháp chuẩn độ thể tích Quy trình phân tích xác định hàm lượng chì trong thuốc gợi nổ chì azotua dùng phương pháp chuẩn độ thể tích complexon [1] * Nguyên tắc: Hoà tan chì azotua bằng dung dịch amoni axetat - natri nitrit Pb(N3)2 CH3COONH4 Pb2+ + 2 N3- NaNO2 Khống chế giá trị pH của dung dịch trong khoảng pH=... phân tích hàm lượng chì và độ nguyên chất của sản phẩm mà người ta phải hiệu chỉnh các thông số công nghệ trong sản xuất để đạt được chỉ tiêu kỹ thuật theo quy định Do đó việc đánh giá chính xác hàm lượng chì trong thuốc gợi nổ chì azotua có ý nghĩa quan trọng Trong nội dung luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu phương pháp xác định hàm lượng chì trong quá trình sản xuất chì azotua 2.1.2 Nội dung nghiên. .. điều kiện hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu; C: Nồng độ nguyên tố cần phân tích có trong dung dịch mẫu; b: Hằng số, phụ thuộc vào bản chất cần phân tích, 0< b≤1 Trong phương pháp hấp thụ nguyên tử nguyên tử hoá mẫu là một giai đoạn rất quan trọng và tạo ra đám hơi nguyên tử tự do là yếu tố quy t định sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử Có 2 kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu chính là: kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu có ngọn... triển phương pháp phân tích mới Do đặc điểm chì azotua là một loại thuốc gợi nổ, nên trước khi phân tích cần phải phá huỷ mẫu đưa về dạng hợp chất trơ (không có tính cháy nổ) để đảm bảo an toàn cho quá trình phân tích, hơn nữa hàm lượng chì trong thuốc tương đối lớn từ 68,073,0% tuỳ theo từng loại chất độn hoá Vì vậy qua nghiên cứu tôi đề nghị sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên 21 tử ngọn... tích vào đám hơi nguyên tử đó Khi đó, các nguyên tử trong đám hơi sẽ hấp thụ các bức xạ để sinh ra phổ AAS - Nhờ một hệ thống máy quang phổ, thu chùm sáng sau khi đi qua môi trường hấp thụ và phân ly thành phổ rồi chọn một vạch phổ đặc trưng của nguyên tố phân tích để đo cường độ của nó Phương trình định lượng của phương pháp là: A  = k Cb Trong đó: A  : Cường độ vạch phổ hấp thụ; k: Hằng số thực nghiệm,... 2.1.2 Nội dung nghiên cứu Để đạt được mục tiêu đề ra luận văn tập trung vào các nội dung sau: 2.1.2.1- Khảo sát lại phương pháp phân tích thể tích Trên cơ sở phương pháp xác định hàm lượng chì trong chì azotua bằng phương pháp thể tích (chuẩn độ complexon) hiện đang dùng tại Công ty Hoá chất 21 Chúng tôi nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân tích hàm lượng chì trong chì azotua dẫn đến sai... khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do nếu ta chiếu một chùm sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử đó thì các nguyên tử này sẽ hấp thu các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với các tia bức xạ mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ Quá trình đó gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của các nguyên tử tự do, trạng thái hơi và phổ phát sinh trong quá trình là phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên. .. xạ Quá trình đó gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của các nguyên tử tự do, trạng thái hơi và phổ phát sinh trong quá trình là phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố đó Theo định luật Kirshoff nguyên tử của mỗi nguyên tố hoá học chỉ hấp thụ chọn lọc những tia bức xạ mà chính nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ do đó muốn có phổ AAS ta phải tạo ra được đám hơi nguyên tử tự do sau đó chiếu vào nó . VIỆT SƠN NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CHÌ TRONG SẢN XUẤT THUỐC GỢI NỔ CHÌ AZOTUA BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Chuyên ngành: Hoá Phân tích Mã số: 60.44.29. CHU VIỆT SƠN NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CHÌ TRONG SẢN XUẤT THUỐC GỢI NỔ CHÌ AZOTUA BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ LUẬN VĂN THẠC SỸ. các phương pháp phân tích điện hóa, các phương pháp phân tích quang phổ và các phương pháp khác. Trong thực tế người ta thường dùng các phương pháp phân tích quang học và phương pháp phân tích