nghiên cứu khả năng xác định ion nitrit bằng các thuốc thử i - và griess-ilosvay

Bên cạnh ñó NO2- cũng có vai trò là: làm cho thịt có màu bền vững, cung cấp Phương pháp trắc quang là các phương pháp phân tích quang học dựa trên việc ño ñộ hấp thụ năng lượng ánh sáng

MỞ ðẦU

1.1 Lí do chọn ñề tài:

Như chúng ta ñã biết NO2- là chất gây ñộc nhất do tác dụng chuyển từ NO3- sang

NO2- của vi khuẩn Một liều nhỏ muối NaNO2 cũng có thể gây tử vong trong vài phút do trụy tim mạch, có thể có các triệu chứng kèm theo khác như: ñau bụng, ói mửa, tím tái

NO3- vào cơ thể sẽ tham gia phản ứng ở dạ dày và ñường ruột do tác dụng cuả các men tiêu hoá sinh ra NO2-, NO2- sinh ra phản ứng với hemoglobin tạo thành methemoglobin làm mất khả năng vận chuyển oxi cuả hemoglobin Khi dùng thực phẩm hay nguồn nước chứa hàm lượng nitrit vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây ngộ ñộc nên việc xác ñịnh ion này có ý nghĩa rất quan trọng trong việc ñánh giá chất lượng nước, chất lượng nông sản và rau quả

Một phương pháp phân tích nhanh ñể xác ñịnh NO2- là phương pháp trắc quang Phương pháp này có ưu ñiểm là: kết quả mang tính khả quan cao, thuận lợi, thiết bị ñơn giản, tự ñộng hoá Ngoài phương pháp này ra chúng ta còn có thể sử dụng các phương pháp khác như: phương pháp iốt(phương pháp oxi hoá- khử)……

Do ñó chúng tôi quyết ñịnh chọn ñề tài “Nghiên cứu khả năng xác ñịnh ion nitrit bằng các thuốc thử I - và Griess-Ilosvay” ñể làm khoá luận cho mình

1.2.Mục tiêu của ñề tài:

- Biết ñược vai trò quan trọng của phương pháp trắc quang trong hoá học phân tích

- Nghiên cứu ñược khả năng xác ñịnh ion nitrit bằng phương pháp trắc quang

- Nghiên cứu ñược khả năng xác ñịnh ion nitrit bằng phương pháp chuẩn ñộ oxi hoá – khử

- So sánh giữa hai phương pháp xác ñịnh nitrit trên

1.3 Nhiệm vụ của ñề tài:

- Nghiên cứu khả năng xác ñịnh ion nitrit bằng thuốc thử Griess

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số ion ñến việc xác ñịnh ion nitrit bằng thuốc thử Griess (phương pháp trắc quang)

- Nghiên cứu ñược khả năng xác ñịnh ion nitrit bằng phương pháp Iốt (phương pháp chuẩn ñộ oxi hoá – khử)

1.4 Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu bằng phương pháp trắc quang

- Kết hợp với một số phương pháp khác như: phương pháp oxi hoá –khử

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về thuốc thử Griess:

Thuốc thử Griess là hỗn hợp axit sunfanilic và α-naphtylamin hoà tan trong axit axetic 12%

1.1.1 Axit sunfanilic:

1.1.1.1.Tính chất:

Axit sunfanilic có nhiệt ñộ nóng chảy cao, bị phân hủy ở 250-3000C, không tan trong dung môi hữu cơ mà cũng không tan trong nước, không tan trong dung dịch axit, tan trong benzen Axit sunfanilic còn có tên axit p-aminobenzensunfonic Axit sunfanilic có cấu trúc ion lưỡng cực

Trong dung dịch axit, cấu trúc axit sunfanilic không ñổi, axit có SO3− là bazơ yếu có khuynh hướng nhận proton từ H3O+ rất nhỏ

1.1.1.2.ðiều chế:

Cho 50g(0,5mol H2SO4ñ) vào bình cầu ñáy tròn khô cỡ 250ml và thêm dần

từng ít một 15,5g anilin vừa mới cất ðun cách dầu bình cầu 5h ở nhiệt ñộ 1850C ðể tin chắc ñã hoàn toàn tạo thành axit sunfanilic, người ta thêm dung dịch NaOH vào mẫu thử nhỏ của hỗn hợp phản ứng, nếu không có mùi anilin chứng tỏ phản ứng kết thúc

Sau khi làm lạnh, rót khối phản ứng ra cốc 100ml nước, axit sunfanilic tách

ra dưới dạng kết tủa không màu

1.1.2.α-naphtylamin:

1.1.2.1.Tính chất:

Là amin thơm ñiển hình, nhiệt ñộ nóng chảy 500C Tinh thể không màu ñể lâu

sẽ bị thẩm màu do bị oxi hóa, ít tan trong nước, tan nhiều trong axit, cất ñược bằng hơi nước

1.1.2.2.ðiều chế:

ðiều chế từ naphtalen sau khi nitro hóa và khử hóa bằng sắt trong axit clohiñric

1.1.3 Các tiêu chuẩn của một thuốc thử hữu cơ dùng trong phân tích trắc quang:

- Khoảng cách giữa các cực ñại εMR và εHnR càng lớn càng tốt ðối với thuốc thử hữu cơ tốt thì ∆λ = λMR – λHnR > 100nm (*)

- Hiệu giữa các hệ số hấp thụ phân tử (∆ε = εMR – εHnR) càng lớn càng tốt (**) Hiệu này càng lớn thì ñộ nhạy của phép xác ñịnh càng cao

- Thực nghiệm và lý thuyết về sai số cho biết ở λtư nếu giá trị εMR/εHnR khác nhau không quá 2 lần thì xác suất sai số tăng lên ñáng kể ðối với các thuốc thử hữu cơ tốt thì εMR/εHnR phải gấp từ 2 ñến 10 (***)

Bởi vậy khi khí NO2 tan trong nước thì thực tế tạo nên HNO3 và NO theo phản ứng:

NO HNO O

Tuy không phải là chất oxi hoá mạnh như axit nitric, axit nitrơ với nitơ có số oxi hoá thấp hơn tỏ ra có khả năng phản ứng cao hơn, nghĩa là nó có thể phản ứng ở nhiệt ñộ thấp hơn và với tốc ñộ lớn hơn Axit nitrơ oxi hoá ñược axit iothiñric(HI)

ñến I2, dung dịch SO2 ñến H2SO4, ion Fe2+ ñến ion Fe3+… còn bản thân nó biến thành NO

VD: 2HI+2HNO2 =2NO+I2+2H2O

Với những chất oxi hoá mạnh như KMnO4, MnO2, PbO2, axit nitrơ bị oxi hoá ñến axit nitric

O H HNO Mn

HNO H

2

MUỐI NITRIT

- Muối nitrit bền hơn axit nitrơ nhiều Hầu hết muối nitrit dễ tan trong nước,

ña số muối nitrit không màu

- Nhờ có cặp electron tự do ở nitơ, ion NO2- có khả năng tạo nên liên kết cho- nhận với ion kim loại Một phức chất thường gặp là natri cobantinitrit

Na3[Co(NO2)6] ðây là thuốc thử dùng ñể phát hiện ion K+ nhờ tạo thành kết tủa

K3[Co(NO2)6] màu vàng

- Nitrit kim loại kiềm bền với nhiệt, chúng không phân huỷ khi nóng chảy

mà chỉ phân huỷ ở trên 5000C Nitrit của các kim loại khác kém bền hơn, bị phân huỷ khi ñun nóng, chẳng hạn như AgNO2 phân huỷ ở 1400C, Hg(NO2)2 ở 750C Trong môi trường axit, muối nitrit có tính oxi hoá và tính khử như axit nitrơ

1.2.2.Vai trò, tác hại NO2−:

Trong hệ tiêu hóa của con người, NO3- sẽ bị khử thành NO2- một trong những chất chuyển biến oxihemoglobin thành methemoglobin làm giảm hô hấp tế bào, ảnh hưởng ñến họat ñộng tuyến giáp, gây ñột biến và kích thích các khối u phát triển NO2- ở nồng ñộ cao có thể gây phản ứng với amin tạo thành chất nitroamin, tác nhân chính gây bệnh ung thư ở người

Ngoài ra, cá nước ngọt ñặc biệt là dòng cá trê rất dễ mắc phải bệnh máu nâu, nguyên nhân do tích lũy quá mức NO2- trong nước

Bên cạnh ñó NO2- cũng có vai trò là: làm cho thịt có màu bền vững, cung cấp

Phương pháp trắc quang là các phương pháp phân tích quang học dựa trên việc ño

ñộ hấp thụ năng lượng ánh sáng của một chất xác ñịnh ở một vùng quang phổ nhất ñịnh

1.3.2 Chức năng của phương pháp trắc quang:

Phương pháp trắc quang dùng ñể xác ñịnh các nguyên tố, các chất và hợp chất có hàm lượng bé, trung bình và lớn trong nhiều ñối tượng khác nhau do nó có

ñộ nhạy, ñộ chính xác và ñộ chọn lọc cao

1.3.3 Ứng dụng của phương pháp trắc quang:

Phương pháp phân tích trắc quang ñược dùng rộng rãi trong phòng thí

nghiệm, trong nghiên cứu khoa học do phương pháp này thực hiện ñược nhanh, thuận lợi, thiết bị ñơn giản và tự ñộng hoá

1.3.4 Phân loại các phương pháp trắc quang:

Phương pháp trắc quang dùng ñể xác ñịnh nồng ñộ hợp chất màu ñược chia làm 3 nhóm:

người quan sát, ñộ nhạy, ñộ chọn lọc và ñộ chính xác không cao

1.3.4.2 Phương pháp so màu quang ñiện:

- Phương pháp dùng các máy có tế bào quang ñiện gọi tắt là các phương pháp so màu quang ñiện Trong phương pháp này có sự cân bằng cường ñộ dòng sáng dựa trên hiệu ứng quang ñiện

1.3.5.1 Các ñịnh luật cơ sở

- ðịnh luật Buge-Lambe: “Lượng tương ñối của dòng sáng bị hấp thụ bởi môi

trường mà nó ñi qua không phụ thuộc vào cường ñộ của tia tới Mỗi một lớp bề dày như nhau hấp thụ một phần dòng sáng ñơn sắc ñi qua dung dịch như nhau”

Biểu thức của ñịnh luật:

A = lg(I o /I) = k l

A: là mật ñộ quang của dung dịch

l: Số phần của lớp dung dịch

k: phụ thuộc vào bản chất của chất màu và bước sóng λ của ánh sáng ñi qua dung dịch

- ðịnh luật Bia : “ðộ hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu (gọi là mật ñộ

quang) tỉ lệ bậc nhất với nồng ñộ của dung dịch chất hấp thụ ánh sáng”

Biểu thức ñịnh lượng của ñịnh luật Bia :

A = lg(I o /I) = K C

Với K là hệ số tỉ lệ

C là nồng ñộ của hợp chất màu

- ðịnh luật hợp nhất Buge-Lambe-Bia : "Khi chiếu một chùm ánh sáng ñơn sắc

ñi qua dung dịch màu thì mức ñộ hấp thụ của dung dịch màu tỉ lệ thuận với cường

l là chiều dày của lớp hấp thụ (cm)

- ðịnh luật cộng tính : Ở bước sóng λ nhất ñịnh mật ñộ quang của hỗn hợp các cấu tử

không tương tác hoá học với nhau bằng tổng mật ñộ quang của các cấu tử riêng biệt Biểu thức ñịnh luật cộng tính :

A = ε 1 l C 1 + ε 2 l C + + ε n l C n

1.3.5.2 Các nguyên nhân làm sai lệch ñịnh luật Bia:

+ Sự có mặt của chất lạ trong dung dịch màu

+ Sự Solvat hoá

+ Hiệu ứng liên hợp

+ Ảnh hưởng của pH của dung dịch

+ Ảnh hưởng của ñơn sắc của ánh sáng

+ Ảnh hưởng của sự phân li của phức màu

1.3.5.3 Các phương pháp ñịnh lượng trắc quang:

a) Phương pháp dãy tiêu chuẩn:

- ðặc ñiểm của phương pháp:

+ Có thể xác ñịnh ñược ñồng thời một số dung dịch phân tích

+ Nồng ñộ dung dịch không cần nằm trong khoảng tuân theo ñịnh luật Bia + Nhược ñiểm của phương pháp là dãy dung dịch tiêu chuẩn thường không bền màu

ðể khắc phục ñiều này ta dùng kính màu hoặc ñiều chế một số chất vô cơ bền màu

- Nội dung của phương pháp:

+ Chuẩn bị 10 dung dịch chuẩn có nồng ñộ phức màu lần lượt là: C1< C2<…<

C10 ở cùng các ñiều kiện như nhau (pH, dung môi, lực ion…)

+ Chuẩn bị dung dịch mẫu phân tích cũng ở cùng ñiều kiện như trên ðem so sánh màu của dung dịch mẫu phân tích với màu của dung dịch dãy chuẩn + Nếu dung dịch phân tích có màu bằng với màu của dung dịch thứ i thì Cx = Ci + Nếu màu của dung dịch phân tích nằm trung gian giữa màu của hai dung dịch thứ i và (i+1), tức là Ci < Cx < Ci+1 → Cx = (Ci + Ci+1)/2

b) Phương pháp so sánh với dung dịch tiêu chuẩn:

- ðặc ñiểm của phương pháp:

+ Phương pháp này khá ñơn giản và nhanh chóng

+ ðiều kiện áp dụng: Nồng ñộ nằm trong khoảng tuân theo ñịnh luật Bia

- Nội dung của phương pháp:

* So sánh với 1 dung dịch tiêu chuẩn:

+ Chuẩn bị 2 dung dịch phức màu: Dung dịch tiêu chuẩn (CTC ñã biết) và dung

dịch nghiên cứu (Cx) ở các ñiều kiện tối ưu như nhau

+ ðo mật ñộ quang 2 dung dịch trên → ATC và Ax Ta có:

ATC = ε.l.CTC và Ax = ε.l.Cx→ Cx = CTC.Ax/ATC

* So sánh với 2 dung dịch tiêu chuẩn:

+ Chuẩn bị 3 dung dịch phức màu: 2 dung dịch tiêu chuẩn (C1, C2 ñã biết) và

dung dịch nghiên cứu (C1< Cx< C2) ở các ñiều kiện tối ưu như nhau

+ ðo mật ñộ quang 3 dung dịch trên → A1, A2 và Ax Ta có:

c).Phương pháp ñường chuẩn:

- ðặc ñiểm của phương pháp:

+ Phương pháp ñường chuẩn áp dụng thuận tiện cho phép phân tích hàng loạt mẫu và cho phép tính kết quả nhanh

+ ðiều kiện áp dụng: Xác ñịnh nồng ñộ nằm trong khoảng tuân theo ñịnh luật Bia

- Nội dung của phương pháp:

+ Pha chế một dãy dung dịch chuẩn có nồng ñộ tăng dần, còn lượng thuốc thử

và các ñiều kiện khác như nhau (pH, dung môi, lực ion, bước sóng…) ðo mật

ñộ quang của dãy dung dịch chuẩn và xây dựng phương trình ñường chuẩn A =

f(C) xử lý bằng toán học thống kê, ñường chuẩn thu ñược phải có dạng:

A = (a ±εa) + (b ±εb).C (*) + Nếu ñường chuẩn thu ñược có những ñiểm ñầu hoặc ñiểm cuối (nồng ñộ) bị lệch khỏi ñường thẳng của (*) trên ñồ thị thì phải loại bỏ các giá trị ñó Tiến hành xây dựng lại phương trình ñường chuẩn (nếu cần)

+ Pha chế dung dịch phân tích trong các ñiều kiện như trên rồi ñem ño mật ñộ quang (Ax) Thay Ax vào (*) ta sẽ tính ñược Cx

- Việc xử lý thống kê có thể ñược thực hiện tính toán bằng tay hoặc sử dụng

các phần mềm chuyên dụng như Origin hay MS-Excel của Microsoft

d).Phương pháp thêm (phương pháp pha loãng):

- ðặc ñiểm của phương pháp:

+ Phương pháp thêm cho phép xác ñịnh chất phân tích kể cả khi có mặt các ion cản trở + Phương pháp thêm cũng chỉ cho kết quả chính xác trong khoảng nồng ñộ tuân theo ñịnh luật Bia

- Nội dung của phương pháp:

+ Cho cùng một lượng dung dịch phân tích (Cx) vào hai bình ñịnh mức 1 và 2 Thêm vào bình 2 một lượng dung dịch chuẩn của chất phân tích (Ca) Thực hiện phản ứng tạo phức trong cả hai bình với các ñiều kiện tối ưu như nhau và ñịnh mức ñến vạch ðem ño mật ñộ quang của hai dung dịch ở bước sóng tối ưu (λmax)

và cùng một loại cuvet

+ Tính kết quả: Theo ñịnh luật Buge – Lambe – Bia và ñịnh luật cộng tính ta có:

Ax = ε.l.Cx (dung dịch 1: không thêm dung dịch chuẩn)

Aa = ε.l.Cx + ε.l.Ca (dung dịch 2: có thêm dung dịch chuẩn)

e) Phương pháp vi sai:

- ðặc ñiểm của phương pháp:

+ Phương pháp vi sai có thể cho phép xác ñịnh nồng ñộ chất phân tích có nồng ñộ ngoài vùng ñịnh luật Bia nhưng vẫn cho kết quả chính xác

+Phương pháp vi sai cũng hạn chế những sai sót gây ra bởi các ion lạ có trong dung dịch + Phương pháp vi sai hạn chế ñược sai số gây ra do lượng thuốc thử dư

- Nội dung của phương pháp:

* Phương pháp vi sai nồng ñộ lớn:

+ Chuẩn bị 3 dung dịch phức màu: 2 dung dịch chuẩn (C1< C2) và dung dịch nghiên cứu (Cx) ở các ñiều kiện tối ưu

+ ðo mật ñộ quang của dung dịch C2 so với C1→∆A = ε.l.(C2 – C1)

+ ðo mật ñộ quang của dung dịch Cx so với C1→∆Ax = ε.l.(Cx – C1)

* Phương pháp vi sai nồng ñộ bé:

+ Chuẩn bị 3 dung dịch phức màu: 2 dung dịch chuẩn có nồng ñộ C0, C1 (C0 <<

C1) và dung dịch nghiên cứu (Cx) ở các ñiều kiện tối ưu

+ ðo mật ñộ quang của dung dịch C1 so với C0→∆A = ε.l.(C1 – C0)

+ ðo mật ñộ quang của dung dịch C1 so với Cx→∆Ax = ε.l.(C1 – Cx)

1.3.5.4 Nghiên cứu các phản ứng tạo phức màu:

Phức màu trong phân tích trắc quang cần thoả mãn các yêu cầu sau:

- Phức màu phải có ñộ bền cao ñể chuyển hết ion kim loại cần xác ñịnh vào phức màu, phản ứng tạo phức xảy ra hoàn toàn

- Phức màu cần có thành phần không ñổi

- Phức màu cần có hệ số hấp thụ phân tử càng lớn càng tốt

1.4 Phương pháp iốt(phương pháp phân tích thể tích):

1.4.1 Tính chất oxi hóa khử của iốt:

Iốt là chất oxi hóa yếu và iôñua là chất khử yếu

I2(rắn) + 2e ⇔ 2I− E0 =0.5345V

I2 có thể oxi hóa ñược chất khử trung bình ( H2S, H2SO3, Sn(II),….)

Ion ioñua có thể khử ñược các chất oxi hóa trung bình trở lên ( 3+

Fe , H2O2, Cr2O7−, MnO4−…) Iốt ít tan trong nước nhưng dễ dàng tan trong KI do phản ứng tạo phức với ion ioñua:

Bởi vì iốt ít tan trong nước và lại dễ thăng hoa nên khi chuẩn ñộ iốt thường dùng dư

KI và cân bằng oxi hóa khử chủ yếu trong dung dịch là cân bằng (*)

1.4.2 Phương pháp ñịnh lượng iốt:

- Phương pháp Iốt thường ñược dùng ñể ñịnh lượng cả chất oxi hóa và chất khử

- Các chất khử có thể ñược chuẩn ñộ trực tiếp bằng iốt hoặc cho tác dụng với iốt lấy dư và sau ñó chuẩn ñộ lượng dư iốt bằng natrithiosunfat Na2S2O3

- Các chất oxi hóa ñược ñịnh lượng bằng cách cho tác dụng với KI dư trong môi trường axit và sau ñó chuẩn ñộ lượng iốt giải phóng ra bằng dung dịch natri thiosunfat Na2S2O3

1.4.3 Chất chỉ thị dùng trong chuẩn ñộ iốt:

- Khi cho hồ tinh bột vào dung dịch iốt loãng thì sẽ xuất hiện màu xanh ñặc trưng

Hồ tinh bột là chất chỉ thị rất nhạy, cho phép dễ dàng xác ñịnh iốt ñến nồng ñộ 10-5M

- Hồ tinh bột có ít nhất hai hợp chất khác nhau là amilozơ và amilopectin Amilozơ tạo phức màu xanh ñậm với I3−, còn amilopectin tạo phức màu tím nhạt Tuỳ theo loại hồ tinh bột mà tỉ lệ giữa hai loại có khác nhau Chẳng hạn khoai tây chứa khoảng 20% amilozơ và 80% amilopectin, còn

hồ tinh bột hạt chứa hầu hết là amilopectin

- ðộ nhạy của chất chỉ thị tăng lên nhanh khi có lượng nhỏ ioñua ðộ nhạy giảm khi tăng nhiệt ñộ, ở 500C ñộ nhạy giảm 10 lần so với ñộ nhạy ở 250C ðộ nhạy cũng giảm khi có mặt rượu etylic và metylic Khi tỉ lệ rượu etylic vượt quá 50% thì màu xanh không xuất hiện

- Dung dịch hồ tinh bột dễ bị vi khuẩn phân hủy, vì vậy chỉ nên pha chế trước khi dùng Dung dịch chỉ thị ñã ñể lâu tạo với iốt màu tím hoặc hơi ñỏ, bị mất màu rất chậm khi tác dụng với Na2S2O3 và ñiểm tương ñương xuất hiện không rõ Người ta thường thêm vào dung dịch này các chất bảo vệ như HgI2, thimol, glixêrin, fomamit

- Khi chuẩn ñộ iốt chỉ nên cho hồ tinh bột khi gần ñạt ñến ñiểm tương ñương, lúc dung dịch ñã chuyển sang màu vàng rơm, vì phức của iốt-hồ tinh bột ít tan trong nước

Cách pha chế dung dịch hồ tinh bột bền: Nghiền 2g tinh bột vào 10mg HgI2 với một

ít nước ðổ huyền phù này vào một lít nước sôi ðun sôi tiếp dung dịch cho ñến trong suốt, làm nguội, bảo vệ trong bình có nút nhám

1.4.4 Các nguồn gốc sai số khi chuẩn ñộ iốt:

- Sự oxi hóa iốt bởi không khí:

4I- + 4H+ + O2 → 2I2 + 2H2O Phản ứng xảy ra rất chậm trong môi trường trung tính, nhưng phản ứng xảy ra nhanh khi nồng ñộ ion hiñro tăng và khi có ánh sáng

Phản ứng cũng xảy ra nhanh khi có các ion kim loại ña hoá trị làm xúc tác(ñặc biệt

là ñồng) Do ñó, không nên ñể lâu dung dịch có chứa I- dư và axit quá thời gian cần thiết ñể phản ứng xảy ra hoàn toàn ðặc biệt là không nên ñể ở chỗ có ánh sáng Khi cần ñể lâu thì phải ñuổi hết oxi bằng một luồng khí trơ hoặc CO2

Các vết NO,NO2− cản trở phản ứng chuẩn ñộ vì NO2- sẽ oxi hóa ion I- thành I2

- Sự mất mát iốt do thăng hoa: