Nội dung của phương pháp 1.Cở sở của phương pháp 2.Nguyên tắc xác định 3. Khảo sát các điều kiện tối ưu 3.1.Bước sóng 3.2.Thời gian bền màu 3.3.Môi trường pH 3.4.Nồng độ thuốc thử 3.5.Khảo sát khoảng tuyến tính của phép đo 4.Quy trình xác định sắt trong dung dich mẫu bằng thuốc thử H2SSal (trong phòng TNo) 5 . Đề tài : xác định hàm lượng sắt trong nước giếng khoan
XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG SỬ DỤNG THUỐC THỬ AXITSUNFUSALISILIC PHẦN I. TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về nguyên tố sắt. 2. Tính chất của sắt. 2.1. Tính chất vật lí 2.2. Tính chất hóa học 2.3. Hợp chất của sắt 2.4. Trạng thái tự nhiên 2.5. Vai trò của sắt 3. Các phương pháp phân tích hóa hoc 3.1. Phương pháp phân tích khối lượng 3.2. Phương pháp phân tích thể tích 3.3. Các phương pháp phân tích công cụ PHẦN II. Nội dung của phương pháp 1.Cở sở của phương pháp 2.Nguyên tắc xác định 3. Khảo sát các điều kiện tối ưu 3.1.Bước sóng 3.2.Thời gian bền màu 3.3.Môi trường pH 3.4.Nồng độ thuốc thử 3.5.Khảo sát khoảng tuyến tính của phép đo 4.Quy trình xác định sắt trong dung dich mẫu bằng thuốc thử H 2 SSal (trong phòng TN o ) 5 . Đề tài : xác định hàm lượng sắt trong nước giếng khoan 1. .Sơ lược về nguyên tố sắt 1.1. Vị trí và cấu tạo của sắt Sắt là một nguyên tố kim loại phổ biến (sau nhôm), đứng thứ tư về hàm lượng trái đất, chiếm 1,5% khối lượng vỏ trái đất. Kí hiệu : Fe Số thứ tự: 26 NTK : 55,847 Cấu hình electron: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 Sắt ở ô thứ 26 , thuộc chu kỳ 4 và ở phân nhóm phụ VIIIB 1.2 Tính chất vật lý và tính chất hóa học 1.2.1. Tính chất vật lí: Sắt là kim loại màu trắng xám, dễ rèn, dễ dát mỏng và gia công cơ học. Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Dưới 800 o C sắt có tính nhiễm từ, bị nam châm hút và trở thành nam châm (tạm thời). Sắt có 4 dạng thù hình ( dạng α , β , γ ,δ ) bền ở những khoảng nhiệt độ nhất định: Fe→ 700˚C Fe (β)→ 911 ˚ C Fe (γ) → 1390 ˚ C Fe (δ) → 1538 ˚ C Fe lỏng. Những dạng α và β có kiến trúc tinh thể kiểu lập phương tâm khối nhưng có kiến trúc electron khác nhau nên Fe (α) có tính sắt từ và Fe (β) có tính thuận từ, Fe (α) khác với Fe (β) là không hòa tan C. Dạng Fe (γ) có cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện, dạng Fe (δ) có cấu trúc lập phương tâm khối như dạng α và β nhưng tồn tại đến nhiệt độ nóng chảy. 1.2.2. Tính chất hóa học: Sắt là kim loại có hoạt tính hóa học trung bình. Ở điều kiện thường nếu không có hơi ẩm, chúng không tác dụng rõ rệt với những nguyên tố không – kim loại điển hình như O 2 , S , Cl 2 , Br 2 vì có màng oxit bảo vệ. Nhưng khi đun nóng, phản ứng xảy ra mãnh liệt, nhất là khi kim loại ở trạng thái chia nhỏ. Khi đun nóng trong không khí khô, sắt tạo nên Fe 2 O 3 và ở nhiệt độ cao hơn, tạo nên : 3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4 Khí Cl 2 phản ứng rất dễ dàng với sắt tạo thành FeCl 3 là chất dễ bay hơi nên không tạo được màng bảo vệ: 2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3 Sắt tác dụng trực tiếp với khí CO tạo thành cacbonyl kim loại. Sắt tinh khiết bền trong không khí và nước. Ngược lại, sắt có chứa tạp chất bị ăn mòn dưới tác dụng của hơi ẩm, khí cacbonic và oxi ở trong không khí tạo nên gỉ sắt: 4 Fe + 3O 2 → 2Fe 3 O 4 do lớp gỉ sắt xốp và giòn nên không bảo vệ sắt tránh bị oxi hóa tiếp. Sắt phản ứng với nước ở nhiệt độ nóng đỏ, sắt phản ứng với hơi nước .Sắt tạo thành hai dãy hợp chất Fe 2+ và Fe 3+ . Muối Fe 2+ được tạo thành khi hòa tan sắt trong dung dịch axit loãng trừ axit HNO 3 . Muối của Fe 3+ với axit mạnh như: HCl, … dễ tan trong nước, còn muối của các axit yếu như: FeS, FeCO 3 , … khó tan . 1.3.Trạng thái thiên nhiên và phương pháp điều chế Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất, đứng thứ 4 sau O, Si, Al. Sắt ở trạng thái tự do trong các mảnh thiên thạch và các khoáng vật,… Trong tự nhiên sắt có bốn đồng vị bền: 54 Fe (5,8%) , 56 Fe (91,8%) , 57 Fe (2,15%) , 58 Fe (0,25%). Ngoài ra sắt còn có tám đồng vị phóng xạ: 51 Fe (τ=0,25 giây) , 52 Fe (τ=8,27 giờ), 53 Fe (τ=258,8 ngày) , 55 Fe (τ=2,7 năm) , 59 Fe (τ=44,6 ngày) , 60 Fe (τ=1,5.106 năm) , 61 Fe (τ=182,5 ngày) , 62 Fe (τ=68 giây). Những khoáng vật quan trọng của sắt là manhetit (Fe 3 O 4 ) chứa đến 72,42 % sắt, hematit (Fe 2 O 3 ) chứa 60% sắt, pirit (FeS 2 ) chứa 46,67 % sắt và xiderit (FeCO 3 ) chứa 35% sắt. 1.4.Một số ứng dụng của sắt Sắt là một nguyên tố vi chất dinh dưỡng quan trọng cho sức khoẻ con người. Như chúng ta biết, trong công nghiệp các hợp kim của sắt đóng vai trò chủ chốt trong các lĩnh vực: xây dựng, giao thông vận tải, quốc phòng, chế tạo máy, dụng cụ sản xuất và đồ dùng hằng ngày,… FeSO 4 được dùng để chống sâu bọ có hại cho thực vật, được dùng trong việc sản xuất mực viết, trong sơn vô cơ và trong nhuộm 12 vải; nó còn dùng để tẩy gỉ kim loại và có khả năng hoà tan Cu 2 S tạo thành CuSO 4 được dùng để điều chế đồng bằng phương pháp thuỷ luyện. Sắt là nguyên tố quan trọng cho sự sống và công nghiệp. Vì thế người ta tìm nhiều cách thức và phương pháp để tách và làm giàu nguyên tố này. 2. Sự tạo phức của sắt với thuốc thử hữu cơ 2.1 Khả năng tạo phức của Fe 3+ với thuốc thử axit sunfosalixilic Fe 3+ +mSSal→[ Fe(SSal) m ] (3-2m)+ Đối với Fe 2+ axit sunfosalixilic tạo phức với Fe 2+ có màu phụ thuộc vào nồng độ axit của dung dịch và có: pH λ max ( nm ) 1.5 500 5 460 SSal được sử dụng rộng rãi để xác định Fe 2+ trong khoảng pH = 2,0 – 2,8; trong môi trường axit, hoặc xác định tổng lượng Fe 2+ và Fe 3+ trong môi trường kiềm. Đối với Fe 3+ , tùy thuộc vào pH mà phức tạo thành có thành phần như thế nào và ở các bước sóng khác nhau: pH Môi trường Phức Màu λ max (nm) 1,8 - 2,5 axit Fe[SSal] + Đỏ tím 510 4 - 8 Đệm axetat [Fe(SSal) 2 ]- đỏ nâu 490 9 - 11 đệm amoni [Fe(SSal) 3 ] 3- Vàng da cam 420 - 430 > 12 Ba zơ Phân hủy Ơ pH =12 phức bị phân hủy do xảy ra sự hình thành phức hidroxo. 2.2 Khả năng tạo phức của Fe với các thuốc thử khác 2.2.1 .Thuốc thử thioxianat (SCN- ) Thioxianat là một thuốc thử nhạy đối với Fe 3+ , được dùng để định tính và định lượng hàm lượng sắt. Cường độ màu của Fe 3+ – SCN - hấp thụ cực đại ở bước sóng λ = 480 nm, .Khi nồng độ SCN - lớn không những nó làm tăng độ nhạy của phép đo mà còn loại trừ được ảnh hưởng của các ion F - , PO 4 3- và một số anion khác tạo phức được với ion Fe 3+ . Trong môi trường axit có những ion gây ảnh hưởng đến việc xác định Fe 3+ bằng SCN như C 2 O 4 , F. - Ngoài ra còn có các ion tạo phức màu hay kết tủa với ion thioxianat như Cu 2+ , Co 2+ , Ag + , Hg 2+ …, Muốn sử dụng phương pháp này cần phải tách các ion ảnh hưởng đến màu của phức. Phương pháp dùng thuốc thử SCN- có giới hạn phát hiện kém, độ chính xác thấp mà được sử dụng rộng vì phương pháp này đơn giản, nhanh, áp dụng được trong các dung dịch axit mạnh và chi phí của nó tương đối thấp. Phương pháp này xác định được hàm lượng sắt từ 1 – 10 ppm. Người ta cũng đã sử dụng phức của Fe 3+ với SCN- để chiết lên dung môi hữu cơ nhằm tăng độ chọn lọc và độ nhạy cho phép xác định Fe 3+ SCN- là một trong số ít các thuốc thử vô cơ được dùng để xác định sắt . 2.2.2. Thuốc thử o – Phenantrolin Thuốc thử o – Phenantrolin là một thuốc thử khá nhạy, dùng để xác định ion Fe 2+ dựa trên sự tạo phức giữa thuốc thử và Fe 2+ Phức này hoàn toàn bền, cường độ màu không thay đổi trong khoảng pH từ 2 – 9 và phức có λ max = 510 nm. Fe 3+ cũng tạo phức với o – Phenantrolin, phức này có màu xanh lục nhạt ở λmax = 585 nm. Tuy vậy, phức này không bền theo thời gian và chuyển dần sang màu vàng nhạt có cực đại hấp thụ ở λ max = 360 nm . 2.2.3. Thuốc thử bato – phenantrolin Phức của Fe 2+ với bato – phenantrolin có thể được chiết bằng nhiều dung môi hữu cơ, trong đó tốt nhất là ancol n – amylic và iso – amylic và clorofom. 2.2.4. Thuốc thử 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol (PAN( Thuốc thử tạo phức với sắt được nghiên cứu trong môi trường kiềm ở pH tối ưu 6 – 8, phức bền theo thời gian và phức có thành phần Fe : R là 1 : 2 ở λ max = 565 nm , ε = 2,7.10 4 . 2.2.5 Thuốc thử trioxyazobenzen (TOAB( Phức màu Fe 3+ - TOAB tạo thành tốt nhất ở pH = 8 – 12 , phức bền với thời gian , có độ nhạy cao, có λ max = 452 nm và 610 nm, ε = 4,3.10 4 . Phức có thành phần Me:R=1:2 . Theo phương pháp này hàm lượng sắt được xác định là 1,1 – 6 μg/l với sai số 2 – 8% 3.Nghiên cứu về thuốc thử axit sunfosalixilic hất của thuốc thử axit sunfosalixi c 3.1.Tính CTPT:C 7 H 6 O 6 S.2H 2 O ; KLPT: 254,2 Ở điều kiện thường SSal ở dạng tinh thể ngậm hai phân tử nước: sunfosalixilic là một loại thuốc thử hữu cơ tinh thể màu trắng hay hồng, là một axit bền với chất oxi hóa, có độ tan lớn trong nước, dễ hút ẩm hay kết tinh thành khối. Nhuộm hồng khi có vết Fe. Loại không nước nóng chảy ở 120 o C, có bị phân hủy một phần. Khi hấp thụ ẩm trong không khí thì nhiệt độ nóng chảy giảm xuống 110 o C và thấp hơn. Rất dễ tan trong nước, ancol etylic và ete… Phản ứng: dung dịch SSal trong nước tác dụng FeCl 3 màu tím CH3COONa dung dịch chuyển sang màu đỏ nâu, thêm dung dịch NH3 (đậm đặc) dung dịch sẽ chuyển sang màu vàng . 3.2.khả năng tạo phức của axit sunfosalixilic Axit sunfosalixilic tác dụng với các ion kim loại Al , Fe , Ti , …tạo phức chất tan nên có thể dùng để tách các nguyên tố (ví dụ tách Ti khỏi Fe). Làm chỉ thị kim loại để xác định nhiều ion theo phương pháp complexon. Để kết tủa và xác định anbumin theo phương pháp đo độ đục. 4.Các phương pháp xác định sắt 4.1 .phương pháp xác định khối lượng L àm kết tủa sắt dưới dạng hidroxit [Fe(OH) 3 ] , sau đó tách ra khỏi một số kim loại kiềm, kiềm thổ, Zn, Pb,…. Các hidroxit của các kim loại này kết tủa ở pH cao hơn hidroxit sắt hoặc nó bị giữ lại khi có mặt của NH 3 trong dung dịch . 4.2.Phương pháp trắc quang Phương pháp trắc quang được dùng phổ biến để xác định sắt. Sau đây là một số thuốc thử mà các nhà phân tích đã nghiên cứu. Xác định sắt bằng phương pháp trắc quang và chiết trắc quang Thuốc thử dư độ nhạy λmax (nm pH xác ñịnh Thời gian biến màu Ảnh hưởng thuốc thử dư α,α’-dipyridyl 0,007 522 3 – 9 1 năm không 2,2’,2”-terpyridyl 0,005 552 3 – 10 1 năm Không Disodium-1,2- dihirobenzen 0,009 430 8,5 – 9,5 Vài tháng Vài tháng 3,5-disunfonyl ferron 0,015 610 2,7- 3,7 1-2 tuần Không 4- hidroxylbiPhenyl- 3- cacboxylic axit 0,003 575 3 1 ngày Có Mercapto axetic axit 0,014 540 7-12 Vài giờ Không Muối nitro-R 0,0023 720 3,9- 5,1 6 giờ Không o-Phenantrolin 0,007 508 2-9 1 ngày Không Axit salixilic 0,03 520 2,5- 2,7 2-3 ngày Có Axit sunfosalixilic 0,01 430 7 Hơn 1 ngày Có [...]... vậy phương pháp này rất thích hợp cho phân tích lượng vết, có thể ứng dụng tốt cho việc phân tích các mẫu có hàm lượng Fe( III) nhỏ như các mẫu nước Để so sánh, kiểm tra phương pháp xác định hàm lượng Fe trong nước bằng phương pháp trắc quang ,kiểm tra lại 2 mẫu sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử cho kết quả ở bảng Bảng Kết quả xác định hàm lượng Fe( III) bằng phương pháp trắc quang và phương. .. tới điểm cuối Sắt (II) :(bị oxi hóa thành Sắt (III 5Fe2 + + MnO4- + 8H+ → 5Fe3 + + Mn2+ + 4H 2O Biết nồng độ đương lượng và thể tích cần chuẩn độ của KMnO4 dễ dàng tính được lượng sắt trong dung dịch Các phương pháp khác xác định sắt 4.4 Một số phương pháp khác xác định sắt như: phương pháp sắc ký ion , phương pháp hấp thụ nguyên tử ngọn lửa, phương pháp Vôn Ampe,…Tuy nhiên các phương pháp này có chi... và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử STT mẫu (Nồng độ Fe( III) (mg/L PP trắc quang 1Mẫu 3Mẫu 0,514 1,025 PP Phổ hấp thụ nguyên tử 0,519 1,032 %q 1% 0,7% q là sai số tương đối của phương pháp trắc quang so với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử Kết quả cho thấy, sai số giữa phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử và phương pháp trắc quang là không đáng kể, hầu hết ≤ 1% vì vậy phương pháp này có... chỉnh bằng 10 Dung dịch so sánh là nước cất Fe ghiệmLần thí n A CFe.10-4M - 1 0.773, 1,97 2 0.802 1,97 3 0.873 1,96 4 0.912 1,97 trung bình 0.983 Dựa vào đường chuẩn đã xây dựng ở trên tính hàm lượng sắt( III) như sau: A = 5938,3.CFe(III)- 0,0746 Thay các kết quả của giá trị mật độ quang đo được vào phương trình ta có C Fe =1,97.10-4M So sánh với giá trị C0 = 2.10-4M, sai số là: (* q = -1,5% Phương pháp. .. nồng độ phương trình mol/L của Fe( III) Với kết quả này cho phép sử dụng phức Fe( III) – H2SS trong môi trường kiềm để xác định vi lượng Fe( III) trong mẫu 3.6 Quy trình xác định sắt trong dung dich mẫu với thuốc thử H2SSal bằng phương pháp đường chuẩn (trong phòng TNo) 3.6.1.Xây dựng đường chuẩn • • Phương pháp này dựa trên cơ sở xây dựng đường phụ thuộc tuyến tính của A – C sau đó đo độ hấp thụ quang. .. trên đồ thị Từ Ax xác định Cx rồi xác định hàm lượng của Fe cần xác định ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Xác định hàm lượng Fe( III) trong nước giếng khoan Khảo sát ảnh hưởng của một số ion gây cản trở 1 Các nghiên cứu ở trên đều được giả thiết ở trong dung dịch không có chất lạ Tuy nhiên trong thực tế, muốn định lượng một chất trong một đối tượng nào đó bằng phương pháp trắc quang, cần phải thực hiện quy trình phân... Al3+, Pb2+, Mn2+ bằng 0,75 lần nồng độ của Fe( III) Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Fe( III) khi có mặt của các ion gây cản C( 0.1 1 2 2.5 3 3.5 A 0,013 0.456 0.606 0.756 0.835 0.973 Phương trình đường chuẩn khi có mặt các ion gây cản là : A = 5938,3.CFe(III) – 0,0746 :Phương pháp đường chuẩn (* Lấy chính xác 0,2ml dung dịch Fe3 + (10-2M) vào bình định mức 10ml (Khi đó nồng độ Fe3 + trong bình... theo t Không Có Phương pháp chuẩn độ pemanganat 4.3 Phản ứng oxi hóa bằng ion pemanganat MnO4 - là cơ sở của phương pháp pemanganat Phương pháp này có thể thực hiện trong môi trường axit, kiềm và trung tính Khi thực hiện trong môi trường axit, mangan (VII) bị khử tới mangan (II) và màu tím đỏ của dung dịch bị mất Thực hiện chuẩn độ muối sắt (II) bằng kalipemanganat: Axit hóa dung dịch bằng dung dịch... xác định, mật độ quang của dung dịch màu tỉ lệ thuận với tích số nồng độ dung dịch và bề dày lớp dung dịch mà ánh sáng đi qua.“ D=ε.l.C Trong đó : D là mật độ quang ε là hệ số hấp thụ mol ( cm2/mmol) l là bề dày lớp dung dịch (cm) C là nông độ dung dịch (mol/l) * Cơ sở phương pháp :Phương pháp quan trắc xác định sắt được dựa trên sự tạo thành các hợp chất phức có màu và đo mật độ quang dung dịch thu... PHẦN II Nội dung của Phương pháp 1 Nguyên tắc của phương pháp Muốn xác định một cấu tử X nào đó, ta chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sang rồi đo sự hấp thu ánh sáng của nó và suy ra chất cần xác định X * Nguyên tắc xác định - Dựa trên phản ứng tạo phức màu giữa Fe3 + với thuốc thử H2SSal pH= [ 8, 10] cho màu vàng chanh - Phương trình phản ứng: Fe3 + + 3 SSal2- = [Fe( SSal)3]32 Cơ sở định . chất của sắt 2.4. Trạng thái tự nhiên 2.5. Vai trò của sắt 3. Các phương pháp phân tích hóa hoc 3.1. Phương pháp phân tích khối lượng 3.2. Phương pháp phân tích thể tích 3.3. Các phương pháp phân. độ đương lượng và thể tích cần chuẩn độ của KMnO 4 dễ dàng tính được lượng sắt trong dung dịch. 4.4.Các phương pháp khác xác định sắt Một số phương pháp khác xác định sắt như: phương pháp sắc. tủa và xác định anbumin theo phương pháp đo độ đục. 4.Các phương pháp xác định sắt 4.1 .phương pháp xác định khối lượng L àm kết tủa sắt dưới dạng hidroxit [Fe( OH) 3 ] , sau đó tách ra khỏi