Nghiên cứu xác định hàm lượng đồng trong nước bằng phương pháp cực phổ ( von ampe)

Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Hòa nhập với phát triển kinh tế chung toàn cầu đôi với đại hóa công nghiệp hóa kinh tế đất nước vấn đề môi trường Sự phát triển mạnh mẽ kinh tế, văn hóa, khoa học kĩ thuật… đưa nhân loại ngày văn minh sống vật chất ngày đầy đủ Tuy nhiên nhiều vấn đề liên quan tới môi trường cần phải quan tâm Ảnh hưởng chất thải tới môi trường xung quanh gây nên đại họa ô nhiễm môi trường không phạm vi quốc gia mà giới Làm cân sinh thái đa dạng sinh học, tác động xấu tới sức khỏe người hậu khó lường hết Nước nguồn tài nguyên vô quý giá, phong phú tái tạo Nó đóng vai trò thiếu việc trì sống, cân khí hậu toàn cầu phát triển ngành kinh tế khác Sự gia tăng dân số phát triển ngành kinh tế không tính đến chiến lược môi trường làm gia tăng chất độc hại vào môi trường gây ô nhiễm có môi trương nước riêng vấn đề bảo vệ nguồn nước xử lí nước vấn đề xúc Cá sống môi trường nước bị ô nhiễm kim loại nặng, người ăn cá nhiễm kim loại nặng bị nhiễm kim loại nặng Chính việc xác định hàm lượng nguyên tố nước cần thiết thiết thực Trong số nhiều phương pháp xác định hàm lượng chúng phương pháp Von ampe hòa tan phương pháp phân tích điện hóa đại Sử dụng phương pháp để xác định hàm lượng đồng nước lí chọn đề tài: “ nghiên cứu xác định hàm lượng đồng nước phương pháp cực phổ” Nội dung đề tài gồm phần sau: Bạch Thị Kim Dung -1- K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Nghiên cứu tìm điều kiện tối ưu nền, điện phân, thời gian làm giàu… để xác định kim loại đồng đạt độ xác thỏa mãn Xây dựng quy trình phân tích phương pháp đường chuẩn Xác định hàm lượng đồng nước, từ đưa nhận xét kết luận Nhiệm vụ đặt ra: - Nghiên cứu điều kiện tối ưu xác định hàm lượng đồng nước phương pháp Von – ampe hòa tan cách nhanh chóng, độ xác cao, chi phí thấp phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm - Đánh giá độ xác phương pháp Von – ampe hòa tan - Ưng dụng để xác định hàm lượng kim loại nặng nước, phù hợp với yêu cầu thực tiễn Bạch Thị Kim Dung -2- K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp NỘI DUNG Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Đại Cương Về Nguyên Tố Đồng (Cu) 1.1.1 Đồng tự nhiên tác dụng sinh hóa Khoảng 50% lượng đồng dùng công nghiệp điện, điện tử 40% dùng để chế tạo hợp kim Một số hợp chất đồng sử dụng làm chất màu trang trí, chất trừ nấm mốc Trong nước sinh hoạt đồng có nguồn gốc từ đường ống dẫn thiết bị nội thất, nồng độ đạt vài mg/l tiếp xúc lâu với thiết bị đồng - Trong tự nhiên đồng tồn hai trạng thái hóa trị +1 +2 Đồng tích tụ hạt xa lắng phân bố lại vào môi trường nước dạng phức chất với hợp chất hữu tự nhiên tồn nước Đồng độc cá, đặc biệt có thêm kim loại khác kẽm, chì, cadimi thủy ngân - Đối với thể người, đồng nguyên tố vi lượng cần thiết có nhiều vai trò sinh lí, tham gia vào trinh tạo hồng cầu, bạch cầu thành phần nhiều enzym Ngoài đồng tham gia tạo sắc tố tạo hemoglobin Các nghiên cứu cho thấy số người mắc bệnh thần kinh bệnh schizophrenia có nồng độ đồng thể cao Cơ thể thiếu đồng ảnh hưởng tới phát triển đặc biệt với trẻ em 1.1.2 Tính chất hóa lí đồng hợp chất quan trọng Đồng kim loại nặng kết tinh dạng tinh thể lập phương tâm diện Đồng có màu đỏ có ánh kim Trong thiên nhiên đồng có hai đồng vị bền 65 Cu(70,13%)và 65 Cu(29,87%), đồng có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi nhiệt thăng hoa cao nhiều so với kim loại kiềm - Những hợp kim quan trọng đồng như: đồng thiếc (10% sn), đồng nhôm (10% Al), đồng than (18-40% Zn)… Ngoài có hợp chất Bạch Thị Kim Dung -3- K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đồng(I) đồng(II) đóng vai trò quan trọng sống như: CuO, Cu(OH)2, muối đồng(II) 1.1.3 Đồng vỏ trái đất khoáng đồng Trữ lượng vỏ trái đất đồng 0,003%, tồn dạng tự do, hạt kim loại tự gọi hạt tự sinh Năm 1857 Mỹ người ta tìm thấy vùng Hồ lớn khối đồng tự sinh nặng đến 420 tấn, có vết đục đẽo búa, rìu đá Những công cụ lao động đồng gia công công cụ lao động đá thời đại đồ đá lịch sử phát triển nhân loại thay thời đại đồ đồng - Những khoáng đồng là: cancosin(Cu2S) chứa 79,8% Cu; Cupit(Cu2O) chứa 88,8% đồng; Covelin(CuS) chứa 66,5% Cu; Cancoprit(CuFeS2) chứa 34,57% Cu malalit(CuCO3.Cu(OH)2) - Trên giới nước chủ yếu sản xuất đồng Chi Lê, Nga, Mỹ, Ustraylia Trung Quốc - Nước ta có mỏ đồng Bản Phúc(Sơn La) Sinh Quyền(Lào Cai) có thành phần chủ yếu cancoprit, manhetit, pirotin… 1.2 Cơ Sở Lý Thuyết Của Phương Pháp Cực Phổ (Vôn-Ampe Hòa Tan) 1.2.1.Động học trình điện cực điện cực giọt thủy ngân Ta nghiên cứu trình điện cực catôt điện cực giọt thủy ngân anôt điện cực có diện tích bề mặt lớn thí dụ điện cực calomen Vì điện cực calomen có diện tích bề mặt lớn diện tích điện cực giọt thủy ngân nhiều, nên trình điện cực chủ yếu xảy điện cực giọt thủy ngân Vì điện cực giọt thủy ngân catôt nên người ta gọi phân cực catot Nếu dung dịch chất có khả bị khử tác dụng dòng điện, cường độ dòng điện I tỉ lệ với điện E đặt vào hai cực Bạch Thị Kim Dung -4- K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Thế oxi hóa khử nghiên cứu điện cực giọt thủy ngân xảy khả điện hóa tạo thành hỗn hống Mn+ + ne + Hg ↔ M(Hg) (1.1) Điện điện cực giọt thủy ngân xảy tính theo phương trình Nernst: E  Eo  Trong đó: RT a Ln Hg nF ca C   M (1.2) M a Ca nồng độ hỗn hống Ya hệ số hoạt độ hỗng hống CM nồng độ ion kim loại bị khử lớp dung dịch sát bề mặt điện cực YM hệ số hoạt độ ion M dung dịch aHg hệ số hoạt độ thủy ngân hỗn hống Eo điện cực tiêu chuẩn điện cực - Đo kết phản ứng (1.1) mà cường độ dòng điện bắt đầu tăng nồng độ ion kim loại lớp dung dịch sát bề mặt điện cực giảm Tuy nhiên tượng khuếch tán, ion kim loại sâu bên dung dịch tiến đến lớp dung dịch sát bề mặt điện cực Vì cường độ dòng điện phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán Mà tốc độ khuếch tán ion lại phụ thuộc vào hiệu số nồng độ C OM sâu bên dung dịch nồng độ C M lớp sát bề mặt điện cực: I = KM ( CoM - CN ) (1.3) - Trong thành phần dòng điện chạy qua bình điện phân, dòng điện sinh khuếch tán ion kim loại đến sát bề mặt điện cực gây phản ứng điện cực - người ta gọi dòng khuếch tán Ngoài người ta thêm vào dung dịch lượng chất điện li trơ ( không tham gia phản ứng điện cực) Bạch Thị Kim Dung -5- K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp có nồng độ lớn nồng độ ion nghiên cứu nhiều lần (người ta gọi chất điện li nền) Cation điện li chắn tác dụng điện trường ion làm giảm dịch chuyển ion điện trường dòng dịch chuyển thực tế không Điện phân hủy chất điện li thực tế hiệu điện anot catot: E = Ea - EK (1.4) Khi dùng điện cực calomen làm anot anot Ea thực tế không thay đổ có dòng điện nhỏ chạy qua bình điện phân Thực trình anot điện cực calomen oxy hóa thủy ngân kim loại thành ion Hg2+ chuyển ion Hg++ vào dung dịch 2Hg ↔ 2Hg+ + 2e (1.5) Nhưng dung dịch điện cực calomen lại có ion Cl - với nồng độ không thay đổi (thường dung dịch KCl bão hòa dung dịch KCl 3M) nên xuất kết tủa calomen 2Hg+ + 2Cl- ↔ Hg2Cl2 (1.6) Khi Ea = const - Nếu chấp nhận Ea = thì: E = - EK hay EK = -E (1.7) - Quá trình điện phân thường xảy với cường độ dòng bé ( thường bé 10-5A) nên nồng độ dung dịch sâu bên khối dung dịch thực tế không đổi CoM cường độ dòng điện phân chạy qua lúc đạt giá trị không đổi Id cho dù có tiếp tục tăng điện đặt vào bình điện phân - Ứng dụng (1.4) với CM = ta có: Id = KM CoM (1.8) Dòng Id tính theo (1.8) gọi dòng giới hạn Bạch Thị Kim Dung -6- K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Dòng điện gọi dòng khuếch tán thay Id vào (1.4) tacó: I = Id - KM.CM C M  I K I d (1.9) M Tương tự nồng độ kim loại hỗn hống tạo thành theo trình (1.2) tỉ lệ với cường độ dòng: Ca = K’a I = I / Ka (1.10) - Thay (1.9), (1.10) vào (1.2) tacó: E  Eo  I  I   M K a RT Ln.a Hg d nF k M I  (1.11) a 1.2.2 Sự khuếch tán chất khử cực đến bề mặt điện cực giọt thủy ngân- phương trình Incovic Người ta tìm thấy mối liên quan cường độ dòng giới hạn Id với nồng độ ion kim loại CM đại lượng khác Mối liên quan mô tả phương trình Inkovitch: Id = 605 Z D 1/2 m 2/3 t 1/6 CM Trong đó: (1.12) Z điện tích ion kim loại D hệ số khuếch tán có thứ nguyên ( Cm2 S-1 ) m khối lượng giọt thủy ngân chảy từ mao quản (g/s) t thời gian tạo giọt thủy ngân (s) Bạch Thị Kim Dung -7- K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp - Trong đại lượng có biểu thức (1.12) hệ số khuếch tán D khó xác định thực nghiệm tìm thấy sổ tay - Trong phân tích cực phổ m t thường gọi đặc trưng mao quản, xác định quan sát thực nghiệm (1.12) viết dạng: Id = K CM (1.13) Từ phương trình (1.13) ta thấy cường độ dòng giới hạn Id phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ dung dịch chất nghiên cứu (1.13) sở cho phân tích cực phổ định lượng 1.2.3 Phản ứng điện hóa xảy bề mặt điện cực – phương trình sóng cực phổ -Từ phương trình (1.11) E  Eo  I  I   M K a RT Ln.a Hg d nF K M I  a Ta thấy có số đại lượng không phụ thuộc vào điều kiện thực nghiệm khác trừ nhiệt độ Bởi hỗn hống tạo thành điện phân điện cực giọt thủy ngân có nồng độ bé nên hoạt độ thủy ngân hỗn hống aHg thực tế hoạt độ thủy ngân tinh khiết giá trị không đổi Hệ số hoạt độ YM dung dịch có lực ion không đổi (lực ion cực phổ) không thay đổi Các đại lượng hệ số hoạt độ Ya, hệ số KM Ka không thay đổi với lí tương tự Vậy (1.11) viết dạng: E  Eo  RT a  Ln Hg M nF KM  Ka a Bạch Thị Kim Dung -8- RT Id  I Ln nF I (1.14) K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Hay Với: E  E E  E  RT Id  I Ln nF I  RT Ln nF a K Hg M (1.15)   K M a (1.16) a Phương trình (1.15) mô tả mối quan hệ điện đặt vào hai cực bình điện phân cường độ dòng chạy qua bình điện phân, người ta gọi phương trình sóng cực phổ Đại lượng E 1/2 gọi điện nửa sóng điện ứng với lúc cường độ dòng đo nửa dòng giới hạn Ví dụ: I = Id phương trình (1.15) cho ta E = E 1/2 Theo (1.16) rõ ràng E 1/2 phụ thuộc vầo nhiệt độ không phụ thuộc vào cường độ dòng điện, E 1/2 không phụ thuộc nồng độ ion bị khử Vậy điện nửa sóng phụ thuộc vào bẳn chất ion kim loại bị khử đặc trưng định tính cho ion kim loại với cực phổ chọn Việc xác định điện nửa sóng sở phương pháp phân tích định tính Trên hình vẽ biểu diễn dạng đường cong I-E củâ hỗn hợp chất A, B, C có điện nửa sóng đủ khác nhau(với cực phổ cổ điển E 1/2 phải khác 100 mV) 1.2.4 Phương pháp von-ampe hòa tan Phương pháp cực phổ dòng chiều dùng điện cực giọt thủy ngân hay gọi phương pháp cực phổ cổ điển nhà bác học heyrovsky phát minh năm 1922 vói nhiều ưu diểm bật phát minh nhanh chóng trở thành phương pháp điện hóa quan trọng Bằng phương pháp phân tích định tính, định lượng nhiều ion vô cơ, hàng vạn hợp chất hữu cách nhanh chóng rẻ tiền Phương pháp có ưu điểm lớn phân tích lúc (3÷5) chất đồng thời có mặt dung dịch Bạch Thị Kim Dung -9- K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Cơ sở phương pháp xây dựng đường cong biểu diễn phụ thuộc cường độ dòng điện thu từ trình phân cực điện cực làm việc Dựa làm giàu điện phân chất cần xác định điện cực làm việc(điện cực giọt thủy ngân) Sau hòa tan điện hóa chất điện hoạt làm giàu trở lại dung dịch Dòng hòa tan ghi đường cong biểu diễn hàm số nồng độ chất phân tích làm giàu điện cực làm việc Bằng phương pháp cực phổ cổ điển xác định chất phân tích có nồng độ nhỏ 10-5M Vì tồn dòng tụ điện nên mạch tồn dòng phi Faraday dung dịch không chứa chất điện hoạt dòng không phụ thuộc vào khử hay oxi hóa chất dung dịch phân tích Để đáp ứng nhu cầu ngày cao phân tích điện hóa nghiên cứu bảo vệ môi trường đòi hỏi phân tích định lượng xác lượng cực nhỏ vết kim loại Các nhà phân tích đưa nhiều phương án khác nhằm khắc phục hạn chế phát huy lợi phương pháp cực phổ cổ điển Các phương pháp cực phổ xung vi phân, cực phổ sóng vuông đời nâng cao phép đo độ nhạy phép đo lên (10-7÷10-8)M song phương pháp phổ biến phương pháp von-ampe hòa tan Việc nâng cao độ nhạy phương pháp tập trung vào hai hướng sau: Hoàn thiện cải tiến phương pháp đo Hướng chủ yếu tập trung vào việc làm giàu chất phân tích tách, chiết, chiết trao đổi ion làm tăng nồng độ chất điện hoạt nước phản ứng điện cực phản ứng xúc tác (hoặc hấp phụ) song phương pháp phổ biến đạt hiệu cao phương pháp điện phân làm giầu trực tiếp chất điện hoạt bề mặt điện cực dạng kết tủa kim loại (hoặc chất khó tan) Sau hòa tan kết tủa ghi tín hiệu hòa tan Bạch Thị Kim Dung - 10 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Nhận xét: Từ đồ thị phổ đồ ta thấy tăng thời gian đặt xung Ip ion khảo sát giảm xuống Tuy nhiên thời gian đặt xung nhỏ píc khảo sát bị biến dạng đường bị nâng cao lên Riêng píc Cu2+ không cân đối, biến dạng nhiều Để đảm bảo độ độ nhạy phép phân tích lựa chọn thời gian đặt xung cho phép phân tích sau 0.06s 3.1.2.3 Khảo sát tốc độ quét Chuẩn bị dung dịch khảo sát: Lấy 2ml dung dịch chuẩn ion Cu2+ 0.2mg/l 10ml dung dịch đệm NH4Ac 0.1M vào bình định mức 25 ml dùng nước cất hai lần định mức tới vạch định mức Tiến hành đo ghi dung dịch khảo sát điều kiện khảo sát sau: (bảng3.16) Bảng 3-16: Các thông số đo chọn tốc độ quét Điện cực làm việc HMDE Thời gian đuổi oxi Chế độ đo DP Thời gian cân 20s Kích thước giọt 4(0.4mm3) pH dung dịch Tốc độ khuấy 2000 Biên độ xung 0,05V Thời gian làm giầu -1.3V Thời gian đặt xung 0,06s Thời gian điện phân 180s Khoảng quét (-1,3÷0,2)V Bạch Thị Kim Dung - 43 - 180s 3.60 K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Bảng 3-17: Kết đo khảo sát tốc độ quét Tốc độ quét (V/s) Ip(nA) 0.0.1 80.9 0.012 75.5 0.015 72.8 0.02 73.3 0.024 71.5 0.03 72.8 0.04 75.3 0.06 89.6 0.075 120 Ip(nA) 140 120 100 80 60 40 20 U(v) 0.01 0.012 0.015 0.02 0.024 0.3 0.04 0.06 0.075 Hình 3.7: Khảo sát tốc độ quét Nhận xét: Khi tăng tốc độ quét Ip ion Cu2+ tăng lên Tuy nhiên tốc độ quét nhanh ta thấy đường đường cong cực phổ bị nâng lên, píc không cân đối Từ kết nghiên cứu, khảo sát định chọn tốc độ quét cho phép đo sau 0.02V/s Bạch Thị Kim Dung - 44 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp 3.1.2.4.Khảo sát tốc độ khuấy dungd dịch Chuẩn bị dung dịch khảo sát: Lấy 2ml dung dịch chuẩn ion Cu2+ 0.2mg/l 10ml dung dịch đệm NH4Ac 0.1M vào bình định mức 25 ml dùng nước cất hai lần định mức tới vạch định mức Tiến hành đo ghi dung dịch khảo sát điều kiện khảo sát sau: ( bảng 3-18) Bảng 3.18: Các thông số đo chọn tốc độ khuấy Điện cực làm việc HMDE Thời gian đuổi oxi Chế độ đo DP Thời gian cân 20s Kích thước giọt Tốc độ quét 0.02V/s pH dung dịch 3.60 Biên độ xung 0,05V Thế điện phân làm giầu -1.3V Thời gian đặt xung 0,06s Thời gian điện phân Khoảng quét (-1,3÷0,2)V 180s 180s Bảng 3.19: Kết đo khảo sát tốc độ khuấy Tốc độ khuấy (vòng/phút) Ip(nA) 200 57.1 600 67.3 800 67.9 1000 76.8 1400 74.9 1800 81.5 2000 82.3 2200 69.3 2400 56.7 3000 41.8 Bạch Thị Kim Dung - 45 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Ip(nA) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 V khuấy (V/p) 200 600 800 1000 1400 1800 2000 2200 2400 3000 Hình 3-8: Sự phụ thuộc Ip vào tốc độ khuấy Nhận xét: Từ kết ta thấy tốc độ khuấy trộn dung dịch Ip ion Cu 2+ tăng lên, nhiên từ tốc độ khoảng 2200 vòng/phút trở Ip biến thiên không theo quy luật Như thấy lượng chất điện hoạt chuyển đến điện cực không đồng Vì để đảm bảo cho việc khuếch tán ổn định chất điện hoạt đến điện cực (đảm bảo độ xác phép đo) chọn tốc độ khuấy tối ưu 2000 vòng/phút 3.1.2.5 Khảo sát kích cỡ điện cực HMDE( kích thước giọt thủy ngân) Chuẩn bị dung dịch khảo sát: Lấy 1.5ml dung dịch chuẩn ion Cu 2+ 0.2mg/l 10ml dung dịch đệm NH4Ac 0.1M vào bình định mức 25 ml dùng nước cất hai lần định mức tới mức Tiến hành đo ghi dung dịch khảo sát điều kiện tối ưu khảo sát: (bảng 3.20) Bạch Thị Kim Dung - 46 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Bảng 3.21: Các thông số đo chọn kích cỡ giọt Điện cực làm việc HMDE Thời gian đuổi oxi Chế độ đo DP Thời gian cân 20s Tốc độ khuấy dung dịch 2000 Tốc độ quét 0.02V/s pH dung dịch 3.60 Biên độ xung 0,05V Thế điện phân làm giầu -1.3V Thời gian đặt xung 0,06s Thời gian điện phân 180s Khoảng quét (-1,3÷0,2)V 180s Bảng 3-21: Kết đo khảo sát kích cỡ giọt Cỡ giọt Ip(nA) 36.2 69.5 78.8 78.7 85.6 88.7 93.8 Ip(nA) 100 80 60 40 20 Cỡ Giọt Hình 3.9: Sự phụ thuộc Ip vào kích cỡ giọt Bạch Thị Kim Dung - 47 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Nhận xét: Khi tăng kích thước giọt thủy ngân Ip ion kim loại Cu 2+ tăng Như ảnh hưởng việc giảm nồng độ kim loại giọt thủy ngân tăng thể tích giọt có tác động không mạnh tới Ip so với diện tích bề mặt giọt thủy ngân Có thể thấy đường cong cực phổ cỡ giọt lớn đường chân píc bị nâng lên, không trơn Mặt khác giọt thủy ngân lớn giọt dễ bị rơi cỡ giọt cho trình phân tích sau 3.1.2.6 Khảo sát thời gian cân Sau giai đoạn điện phân làm giàu kim loại lên bể mặt điện cực HMDE Dung dịch ngừng khuấy để tĩnh thời gian tiến hành hòa tan ghi đường hòa tan kim loại Mụch đích việc kim loại dạng hỗn hống có thời gian phân bố bề mặt điện cực HMDE, tăng độ lặp, độ xác phép đo Chuẩn bị dung dịch khảo sát: Lấy 2ml dung dịch chuẩn ion Cu2+ 0.2mg/l 10ml dung dịch đệm NH4Ac 0.1M vào bình định mức 25 ml dùng nước cất hai lần định mức tới vạch định mức Tiến hành đo ghi dung dịch khảo sát điều kiện tối ưu khảo sát sau: (bảng3.22) Bảng 3.22: Các thông số đo chọn thời gian cân Điện cực làm việc HMDE Thời gian đuổi oxi 180s Chế độ đo DP Kích cỡ giọt Tốc độ khuấy dung dịch 2000 Tốc độ quét 0.02V/s pH dung dịch 3.60 Biên độ xung 0,05V Thế điện phân làm giàu -1.3V Thời gian đặt xung 0,06s Thời gian điện phân 180s Khoảng quét (-1,3÷0,2)V Bạch Thị Kim Dung - 48 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Bảng 3-23: Kết qủa đo khảo sát thời gian cân Thời gian cân bằng(s) Ip(nA) 97.8 101 10 105 15 105 20 106 25 105 30 106 40 105 Ip(nA) 108 106 104 102 100 98 96 94 T(s) 92 10 15 20 25 30 40 Hình 3.10: Sự phụ thuộc Ip vào thời gian cân Nhận xét: Ta thấy thời gian cân 15s Ip ion kim loại đạt giá trị ổn định Vì chọn thời gian cân 15s cho thí nghiệm 3.1.3 Kết luận Trong điều kiện tối ưu khảo sát như: điện li, pH, nồng độ nền, điện phân, thời gian đuổi oxi, điều kiện đo ghi dòng Von - ampe hòa tan Chúng kết luận rằng: hoàn toàn định lượng Bạch Thị Kim Dung - 49 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp hàm lượng Cu2+ điều kiện tối ưu khảo sát Điều phù hợp với công trình phân bố 3.2 Đường chuẩn xác định hàm lượng đồng Việc định lượng ion nghiên cứu dựa phương trình: Ip = k.C Trên sở điều kiện tối ưu khảo sát, tiến hành xây dựng đường chuẩn ion nghiên cứu Cu2+ khoảng nồng độ (n.10-9÷n.10-7) điều kiện tối ưu 3.2.1 Chuẩn bị dung dịch khảo sát: Pha dãy dung dịch khảo sát có nồng độ điện li 0.03mol/l pH = 3.60 Thay đổi nồng độ ion Cu2+ vào bình định mức 25ml, thêm nước cất hai lần tới vạch định mức dung dịch đo lặp lần lấy kết trung bình (sau hiệu chỉnh mẫu trắng) Các kết ghi bảng (3-32) Bảng 3.32: Sự phụ thuộc Ip vào nồng độ chất phân tích Nồng độ (mg/l) Ip(nA) 0.0004 22.10 0.0016 26.50 0.004 36.80 0.008 74.60 0.04 134.00 0.08 235.00 0.12 354.00 0.24 676.00 0.48 1325.00 0.96 1398.00 1.44 1455.00 1.92 1676.00 2.56 1829.00 Bạch Thị Kim Dung - 50 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp 3.2.2 Kết xây dựng đường chuẩn Bảng 3.33: Khoảng nồng độ tuyến tính ion Cu2 Ion Cu2+ Khoảng nồng độ tuyến tính Mg/l Mol/l 0.0004÷0.48 (6.294÷7553.108).10-9 3.2.3 Đường chuẩn xác định ion Cu2+ Đường chuẩn xác định ion Cu2+ xây dựng khoảng nồng độ tuyến tính (0.0004÷0.48) mg/l hay (6.294÷7553.108).10-9 mol/l Đường chuẩn thu được: Hình 3-20: Đường chuẩn xác định ion Cu2+ Kết xử lý thống kê đường chuẩn: Ip = (2694.6985±79.3278)*C + (29.7909±15.2852) S0 = 16.1975 Sx = 22.1386 Sy = 3.2395 3.2.4 Đánh giá độ xác đường chuẩn xác định hàm lượng ion Cu2+ Để áp dụng đường chuẩn xây dựng vào phân tích định lượng ion Cu2+ nước Hồ Đại Lải, tiến hành phân tích hàm lượng ion Cu 2+ mẫu tự tạo (đã biết xác nồng độ) nhằm đánh giá xác đường chuẩn xây dựng Bạch Thị Kim Dung - 51 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp + Mẫu 1: CCu 2+ = 0.10 (mg/l) + Mẫu 2: CCu 2+ = 0.20 (mg/l) + Mẫu 3: CCu 2+ = 0.40 (mg/l) Chuẩn bị dung dịch khảo sát: Chuẩn bị dung dịch khảo sát biết xác nồng độ ion Cu 2+, (lấy 2ml mẫu + 10ml đệm + nước cất hai lần đến vạch định mức bình định mức 25 ml) Tiến hành đo ghi điều kiện xây dựng đường chuẩn xác định lại nồng độ theo đường chuẩn, lặp lại phép đo nhiều lần xử lí kết đo thống kê toán học Dưới kết kiểm tra độ xác đường chuẩn Bảng 3.34: Đánh giá độ xác đường chuẩn xác định Cu2+ Nồng độ thực(mg/l) 0.1 0.2 0.4 Giá trị trung bình sau 10 lần đo 0.102 0.199 0.40 Độ lệch chuẩn S 0.0087 0.0073 0.0069 Độ lệch giá trị trung bình 0.0027 0.0023 0.0022 Sai số tương đối q% 4.26 2.62 1.23 Sự khác lí thuyết thực nghiệm ngẫu nhiên Nhận xét: Từ kết xác định hàm lượng ion Cu2+ mẫu tự tạo theo phương pháp đường chuẩn, thấy sai số tương đối nhỏ (dưới 5.00%) nằm khoảng cho phép Vậy ta kết luận phương pháp có độ xác tốt Quá trình phân tích: a Quy trình lấy mẫu xử lý mẫu Mẫu nước lấy lúc 14h30 phút ngày 21/12/2009 Hồ Đại Lải mẫu nước có màu xanh nhạt nhiều vẩn đục Sau lấy mẫu xử lý sau: Bạch Thị Kim Dung - 52 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Hình vẽ: Sơ đồ xử lí mẫu nước Đo pH mẫu, axit hóa mẫu vài giọt HNO3, sau lọc sơ loại vẩn đục Cô cạn (1000ml) 750ml (C1V1) (C2V2) Lọc kết tủa dung dịch 1(C2V2) Đo pH để chỉnh lại phù hợp sau đem phân tích b Kết phân tích xử lý kết Lấy 20 ml dung dịch nước Hồ Đại Lải cô cạn (dd1 C2V2) có pH = 2,5 ml dung dịch NaCl 3M vào bình định mức 25 ml định mức tới vạch nước cất hai lần, sau đem phân tích Bình điện phân rửa dung dịch sunfocromic Lắp bình điện phân vào máy đo với điện cực làm lau khô Bật máy tính máy cực phổ đặt thông số đo tối ưu khảo sát máy tính cho phép đo - Các thông số đo Von-ampe hòa tan anot + Thế điện phân Eđp : -1.2V + Thời gian điện phân : 180s + Thời gian đuổi oxi : 180s Bạch Thị Kim Dung - 53 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp + Tốc độ quét : 0.02V/s + Thời gian nghỉ : 30s + Tốc độ quét + Khoảng quét : 0.02V/s : (-1.2÷0.2)V Thực 15 phép đo, phép đo lặp lại bốn lần Sau kết thúc phép đo ta thu chiều cao píc hòa tan Kết hình máy tính Loại trừ sai số sau phép đo có độ lặp thu 10 giá trị đáng tin cậy Từ giá trị píc hòa tan thay vào đường chuẩn ta tính nồng độ chất (mol/l) Kết xử lí theo phương pháp thống kê toán học - Kết phân tích Kết tính theo công thức: CM = CM ± ε t tak Kết thu từ chương trình xử lí pascal, sau kết tóm tắt C = (2.24460 ± 0.08835).10-7 (mol/l) Hay C = (14.37 ± 0.56) (μg/l) q% = ± 3.93625% - Sau phân tích xác định hàm lượng đồng 10 mẫu nước Hồ Đại Lải, kết thu đồng nằm khoảng ( 14.93÷13.81) (μg/l) hay (2.33÷2.16)10 -7 (mol/l) Ngoài tiến hành theo phương pháp thêm chuẩn thu dược kết tương tự Từ kết mà xác định theo TCVN _ 5942-1995 (hàm lượng tối đa cho phép đồng 0.1mg/l) cho phép ta kết luận nước Hồ Đại Lải chưa bị ô nhiễm kim loại đồng Bạch Thị Kim Dung - 54 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Vì thời gian nghiên cứu có hạn nên để kết phân tích xác so với thực tế cần phải lấy mẫu hàng ngày vào thời điểm khác (sáng, trưa, chiều, tối) nhiều tháng vào mùa khác đem phân tích lấy kết thống kê, đánh giá so với kết phân tích phương pháp khác phương pháp hấp thụ nguyên tử, kích hoạt nơtron… kết xác định đảm bảo xác thuyết phục Hàm lượng kim loại đồng phân tích kết bước đầu áp dụng phương pháp von-ampe hòa tan vào thực tế Hướng đề tài khảo sát thêm điều kiện tối ưu ảnh hưởng số nguyên tố như: Bi, Co, Ni, …đến trình phân tích xử lí nguồn nước thải trước thải vào Hồ Qua nghiên cứu rút số kết luận sau: Nắm sở lí thuyết phương pháp phân tích Von-ampe hòa tan Xác lập số điều kiện tối ưu để phân tích ion Cu2+ mẫu phân tích Các điều kiện tối ưu Nền điện li tối ưu pH tối ưu Nồng độ tối ưu Thế điện phân làm giầu Thời gian điện phân làm giầu Thời gian đuổi oxi Biên độ xung tối ưu Thời gian đặt xung Tốc độ quét Tốc độ khuấy dung dịch Kích thước giọt thủy ngân Thời gian cân Bạch Thị Kim Dung Kết phân tích NH4Ac 3.60 0.04M -1.3V 180s 180s 0.05V 0.06s 0.02V/s 2000vòng/phút Cỡ giọt 15s - 55 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng ion Cu 2+ điều kiện tối ưu Sử dụng thành công ngôn ngữ pascal vào lập trình tính toán, xử lý kết đường chuẩn theo phương pháp quy hồi tuyến tính tính độ tin cậy phép đo Đã xác định 10 mẫu nước Hồ Đại Lải cho thấy mức độ hàm lượng đồng vượt tiêu chuẩn cho phép không đáng kể ( theo TCVN 5942-1995) Bạch Thị Kim Dung - 56 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Hữu Cường Các đặc tính Von – ampe hòa tan catot ion selen (IV) ứng dụng để xác định vết mẫu nước Luận án Thạc Sĩ khoa học, Hà Nội, 1997 Từ Vọng Nghi Các phương pháp phân tích điện hóa hòa tan Hà Nội,1990 Từ Vọng Nghi, Trần Tứ Hiếu, Huỳnh Văn Trung Các phương pháp phân tích nước NXB Khoa học kỹ thuật Từ Vọng Nghi Những phương pháp điện học phương pháp khác Tập II, Hà Nội – 1971 Hồ Viết Quý – Nguyễn Tinh Dung Các phương pháp phân tích lý hóa Nhà xuất ĐHSPHNI 1991 6.Hồ Viết Quý Xử lý số liệu thực nghiệm phương pháp toán học thống kê Nhà xuất Quy Nhơn, 1994 Tiêu chuẩn Việt Nam – tập I – Chất lượng nước Bạch Thị Kim Dung - 57 - K32B Hoá [...]... Và Ứng dụng Của Phương Pháp Von- ampe Hòa Tan 1.4.1 Ưu điểm: Trong các phương pháp phân tích để xác định hàm lượng các cation kim loại thì phương pháp điện hóa Von- ampe hòa tan là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất bởi các điểm nổi bật sau: + Phương pháp có độ nhạy cao cho phép xác định các kim loại nặng như kẽm, cadimi, chì, đồng, ….với nồng độ nhỏ Với phương pháp Von- ampe hòa tan... phương pháp Von- ampe hòa tan cho kết quả chính xác, nhanh và nó cũng là phương pháp tốt nghiên cứu các hàm lượng vết Cu, Pb, Zn trong máu, huyết thanh và tóc 1.4.2.3 Phân tích nước Phương pháp Von- ampe hòa tan là một trong những phương pháp tốt nhất để xác định lượng vết các kim loại trong nước tự nhiên và nước biển như Zn, Cd, Pb, Cu, Bi… ở Thụy Sỹ phương pháp Von- ampe hòa tan đã được công Bạch Thị Kim... Pb, Cd Để định lượng chúng, người ta thường phân tích chúng bằng phương pháp Von- ampe hòa tan Ví dụ chì trong sữa: chì, đồng, thiếc trong nước giải khát: kẽm trong gạo và bơ… ở Mỹ hội hóa học đã thừa nhận đây là phương pháp để xác định kim loại nặng trong các đối tượng thực phẩm 1.4.2.2 Phân tích lâm sàng Lượng vết kim loại Pb, Cd, Cu, Tl trong nước tiểu thường được phân tích bằng phương pháp Von- ampe... giàu trên bề mặt điện cực làm việc và ghi đo một đại lượng điện hóa là hàm số của lượng chất đã kết tủa trên điện cực hoặc nồng độ chất cần xác định trong dung dịch phân tích Phương pháp phổ biến nhất để theo dõi quá trình hòa tan là phương pháp Von- ampe sử dụng máy cực phổ thường và xung vi phân Trên phổ Von- ampe thu được pic hòa tan (Ip) của chất cần xác định, chiều cao của pic trong các điều kiện... cần xác định Bạch Thị Kim Dung - 17 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp Ngoài phương pháp Von- ampe còn có thể dùng phương pháp điện thế thời gian(cheronopotentionmetry) phương pháp dòng thời gian, phương pháp vi điện lượng để theo dõi quá trình hòa tan Các phương pháp theo dõi quá trình hòa tan được trình bày ở bảng dưới đây Bảng 1.2: Các phương pháp theo dõi quá trình hòa tan Phương. .. tan Phương pháp Hàm theo dõi Dạng đường cong hòa tan Định lượng Von- ampe hòa tan I = f(E) Icđ = K.C Cực phổ sóng vuông và I = f(E) cực phổ xung vi phân Icđ = K.C Điện thế - thời gian E = f(t) Iht = const Г = K.C Dòng – thời gian I = f(t) E = const It = K.C ∫I.dt = K.C Vi điện lượng I=f(E) Q=K.C Bạch Thị Kim Dung - 18 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.3.1... trong dung dịch Phương pháp gián tiếp A n- + K n+ → KmXn, [KXy]z- - Xác định cation(Kn+) nM m+ + mA n- → MnAm ↓ - Xác định anion(Am-) M m+ + [BC]z- → [MC] (z+n-m) + B n+ - Thông qua phức đẩy (Mn+: chất cần xác định, R: chất tạo phức) Bạch Thị Kim Dung - 15 - K32B Hoá Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp Tăng khả năng xác định bằng dòng M m+ + me → Mo/Hg xúc tác S- (hp)/Hg điện cực Hấp phụ thuốc thử... điện cực làm việc bằng cách biến thiên ngược chiều với quá trình làm giàu (phân cực hóa điện cực làm việc) Đa lượng điện hóa ghi được trong quá trình hòa tan tỷ lệ thuận với nồng độ chất cần phân tích có trong dung dịch phân tích Chính vì vậy phương pháp Von- ampe hòa tan cho phép phân tích định tính dựa vào E1/2 và phân tích định lượng dựa vào chiều cao của pic hòa tan bằng phương pháp đường chuẩn,... Mn+ M(n±m)+ ± me (1 .6) Ion tạo ra tác dụng với thuốc thử hoặc anion nào đó trong dung dịch tạo ra một kết tủa bám trên điện cực theo phương trình : Phản ứng hóa học M(n±m)+ + (n±m)HR MR(n±m)↓ + (n±m)H+ (1 .7) 2 Làm giàu bằng hiện tượng hấp phụ điện hóa chất phân tích trên điện cực làm việc - Cho vào dung dịch phân tích một thuốc thử R có khả năng hấp phụ lên ề mặt điện cực tại một điều kiện xác định. .. cùng một lúc (3 ÷5) với độ chính xác cao và độ nhạy cao (1 0 -8÷10-9 M) Các máy này rất thuận lợi cho việc nghiên cứu phân tích môi trường và một số lĩnh vực khác Như vậy, phương pháp Von- ampe hòa tan với nhiều ưu điểm nổi bật mà nhiều phương pháp khác không có cho nên trong thực tế có rất nhiều ứng dụng: 1.4.2 Một số ứng dụng chủ yếu của phương pháp Von- ampe hòa tan 1.4.2.1 Phân tích thực phẩm Trong thực ... 33.15 -1 .20 29.35 -1 .15 27.05 -1 .10 26.25 -1 .00 25.65 -0 .90 25.15 -0 .80 24.45 Ip (nA) 120 100 80 60 40 20 -Edp(v) -1 .5 -1 .45 -1 .4 -1 .35 -1 .3 -1 .25 -1 .2 -1 .15 -1 .1 -1 -0 .9 -0 .8 -0 .7 Hình 3.2: Đường... phương pháp Von- ampe hòa tan cho kết xác, nhanh phương pháp tốt nghiên cứu hàm lượng vết Cu, Pb, Zn máu, huyết tóc 1.4.2.3 Phân tích nước Phương pháp Von- ampe hòa tan phương pháp tốt để xác định. .. cần xác định dung dịch phân tích Phương pháp phổ biến để theo dõi trình hòa tan phương pháp Von- ampe sử dụng máy cực phổ thường xung vi phân Trên phổ Von- ampe thu pic hòa tan (Ip) chất cần xác định,