xác định đồng trong đất bằng phương pháp chiết trắc quang

Phương pháp chiết đồng trong đất bằng phương pháp chiết sắc quang, sử dụng thuốc thử Pb(DDC)2. Thuốc thử được pha chế từ Pb(NO3)2 và NaDDC trong Chloroform.

MỤC LỤC Trang

Mục lục……….1

Lời cảm ơn……… 5

Mở đầu……… 6

PHẦN 1: TỔNG QUAN I Giới thiệu về nguyên tố Đồng……… 7

1.1 Tính chất vật lí……….7

1.2 Tính chất hóa học……….7

1.2.1.Tác dụng với đơn chất………7

1.2.2 Tác dụng với hợp chất……… 7

1.3 Các hợp chất quan trọng của Đồng……… 8

1.3.1 Hợp chất của Cu(I)……….8

1 Đồng(I)oxít……… 8

2 Hidroxit Cu(I)……… 8

3 Muối halogen của Cu(I)………8

1.3.2 Hợp chất của Cu(II) 8

1.4 Ứng dụng………9

1.5 Vai trò của Đồng………10

1.6 Độc tính của đồng……… 11

II Các phương pháp phân tích xác định hàm lượng Đồng……….11

2.1 Phương pháp thể tích (chuẩn độ bằng EDTA với hàm lượng Cu2+ trong mẫu lớn)……… 11

2.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử……… 12

2.3 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử……… 12

2.4 Phương pháp cực phổ……….13

2.5 Phương pháp điện thế trực tiếp sử dụng điện cực màng chọn lọc ion Cu2+ 13

2.6 Phương pháp trắc quang……….13

PHẦN 2 : THỰC NGHIỆM I: Cơ sở lý thuyết và nguyện tắc của phương pháp 14

1.1: Cơ sở lý thuyết của phương pháp 14

1.2: Nguyên tắc của phương pháp 14

1.3: Cách xác định nồng độ 14

1.3.1: Phương pháp đường chuẩn 14

1.3.2: Phương pháp thêm chuẩn 15

II: PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU VÀ XỬ LÝ MẪU 16

2.1: Lấy mẫu 16

2.2: Xữ lí mẫu 17

III: Dụng cụ,hóa chất –kĩ thuật chiết đo quang 19

3.1 Dụng cụ máy móc 19

3.2 Hóa chất 19

3.3 Kĩ thuật chiết 20

IV:Các điều kiện thực nghiệm xác định hàm lượng đồng bằng phương pháp trắc quang 20

4.1 Sự tạo phức của Cu2 + với thuốc thử Pb(DDC)2 20

4.1.1 Phổ hấp thụ của phức giữa Cu2+ với thuốc thử Pb(DDC)2 21

4.2 Các điều kiện tối ưu 22

4.2.1 Ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức 22

4.2.2 Ảnh hưởng của lượng dư thuốc thử 23

4.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến sự tạo phức 23

4.3 Khảo sát sự ảnh hưởng của ion kim loại đến sự tạo phức màu Cu(DDC)2 24

4.4 Ảnh hưởng của ion Cl- đến sự tạo phức Cu(DDC)2 29

4.5 Khảo sát ảnh hưởng của Bi3+ khi có mặt HCl 6N 30

4.6.Xác định khoảng tuyến tính – xây dựng đường chuẩn xác định Cu bằng phương pháp trắc quang 31

Kết Luận 35

Tài Liệu Tham Khảo 36

DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1: Ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức của Cu2+ 22

Bảng 2: Ảnh hưởng của lượng dư thuốc thử 23

Bảng 3: Sự phụ thuộc mật độ quang vào thời gian 24

Bảng 4: Ảnh hưởng của Na+ đến sự tạo phức 25

Bảng 5: Ảnh hưởng của K+ đến sự tạo phức 25

Bảng 6: Ảnh hưởng của Ca2+ đến sự tạo phức 25

Bảng 7: Ảnh hưởng của Mg2+ đến sự tạo phức 26

Bảng 8: Ảnh hưởng của Al3+ đến sự tạo phức 26

Bảng 9: Ảnh hưởng của Fe3+ đến sự tạo phức 26

Bảng 10: Ảnh hưởng của Zn2+ đến sự tạo phức 26

Bảng 11: Ảnh hưởng của Bi3+ đến sự tạo phức 27

Bảng 12: Ảnh hưởng của Cl- đến sự tạo phức 30

Bảng 13:Ảnh hưởng của Bi3+ khi có mặt HCl 6N 31

Bảng 14: Kết quả đo mật độ quang xây dựng đường chuẩn 32

Bảng 15 Xử lí thống kê đường chuẩn theo phương pháp bình phương tối thiểu……….33

DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1: Dạng đồ thị đường chuẩn……… 15

Hình 2: Dạng đồ thị thêm chuẩn……… 16

Hình 3: Phổ hấp thụ của phức màu được hình thành từ Cu2+ với đietylđithiocachaininat 21

Hình 4: Ánh hưởng của pH đến sự tạo phức 22

Hình 5: Ảnh hưởng của lượng dư thuốc thử 23

Hình 6: Ảnh hưởng của thời gian đến độ bên của phức 24

Hình 7: Ảnh hưởng của Na+ đến sự tạo phức 27

Hình 8: Ánh hưởng của K+ đến sự tạo phức 27

Hình 9: Ảnh hưởng của Ca2+ đến sự tạo phức 28

Hình 10: Ảnh huởng của Mg 2+ đến sự tạo phức 28

Hình 11:Ảnh hưởng của Al3+ đến sự tạo phức .28

Hình 12: Ảnh hưởng của Fe3+ đến sự tạo phức 28

Hình 13: Ảnh hường của Zn2+ đến sự tạo phức 29

Hình 14:Ảnh hưởng của Bi3+ đến sự tạo phức 29

Hình 15 Ảnh hưởng của Cl- đến sự tạo phức 30

Hình 16 Ảnh hưởng của Bi3+ đến sự tạo phức 31

Hình 17: Khoảng tuyến tính của Cu2+ 32

Hình 18: Đường chuẩn xác định hàm lượng Cu2+ 33

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc nhất đối với các thầy cô của trường đại học công nghiệp việt trì nói chung và các thầy cô trong khoa kỹ thuật phân tích nói riêng đã tận tình chỉ dạy chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường

Với sự giúp đỡ nhiệt tình của các quí thầy cô trong khoa Kỹ thuật phân tích và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của cô giáo – Th.s Quản Cẩm

Thúy giúp chúng em hoàn thành bản niên luận này.

Trong quá trình thực hiện và trình bày bài niên luận không thể tránh khỏinhững sai sót và hạn chế, do vậy em mong nhận được sự đóng góp ý kiến củacác thầy, cô giáo để bài niên luận của em được hoàn thiện hơn.

Kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe!

MỞ ĐẦU

Việt Nam là một quốc gia có dân số đông, nguồn lao động dồi dào Trongnguồn lao động dồi dào ấy thì chiếm khoảng 80% dân số là ngành sản xuất nôngnghiệp Trong đó sản xuất lương thực thực phẩm là ngành đóng vai trò quantrọng hơn cả Trải qua những khó khăn để tự khẳng định mình thì Việt Nam phảitừng bước, từng ngay đổi mới Để cho nhân dân Việt Nam vươn lên sánh vai vớicác nước trong khu vực và trên thế giới thì trước tiên khâu quan trọng hơn cả làphải nâng cao chất lượng đời sống nhân dân Sản lượng lương thực thực phẩm là

nguồn nguyên liệu chính của nước ta Do vậy việc phát triển nông nghiệp là tấtyếu và được đặt lên hàng đầu.

Đất là một nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của nước ta Nhưng nó cũng

bị chịu ảnh hưởng nhiều và hao hụt đi một lượng dinh dưỡng nhất định nó sẽ tácđộng trực tiếp đến sự phát triển của cây trồng Ảnh hưởng nhất đó là các nguyên

tố kim loại nặng và có thể nói đến là đồng

Đồng có vai trò quan trọng trong đời sống con người, các ngành côngnghiệp, và sự sinh tồn của động thực vật nói chung Nó là các nguyên tố vilượng có tác dụng thúc đẩy sự phát triển của sinh vật Đối với thực vật, việcnâng cao năng suất, phát triển chất lượng giống cây trồng là điều thiết yếu vàthường được thực hiện bằng việc bổ sung phân vi lượng trong các giai đoạnphát triển của chúng Sự thiếu hụt cũng như vượt quá ngưỡng cho phép của hàmlượng các nguyên tố này đều gây ra những tác hại không nhỏ Vì vậy, việc xác

định đồng là rất cần thiết Như vậy các em chọn đề tài niên luận: “ Xác định

hàm lượng Đồng trong đất bằng phương pháp trắc quang”.

Phần I: TỔNG QUAN I.Giới thiệu về nguyên tố Đồng

Nguyên tố đồng có ký hiệu hóa học là Cu

Khối lượng nguyên tử là 63.546, nằm ở ô thứ 29 thuộc phân nhóm IB, chu

kỳ 4 trong bảng tuần hoàn

Cấu hình electron :1s22s22p63s23p63d104s1

Bán kính nguyên tử 1,28 Ao ; thế điện cực +0,337(v)

Năng lượng ion hóa I1= 7,72 ev; I2 = 20,29 ev; I3 = 36,9 ev

Đồng tồn tại ở dạng tự do là rất ít mà chủ yếu ở dạng hợp chất Sunfua.Một số khoáng sản quan trọng của đồng là đồng Sunfat (Cu2S); Pirit đồng(CuFS) và bonic (Cu3FeS3)

Những chất ít gặp hơn là những chất chứa oxi như cacbonat bazơCuCO3.Cu(OH)2 ; Azurit 2 CuCO3.Cu(OH)2 và Apatit (Cu2O)

1.1 Tính chất vật lí.

Đồng là kim loại nặng, có ánh kim, có màu đỏ, trong thiên nhiên có 2đồng vị bền là 63Cu(70,13%); 65Cu(29,87%)

Tỷ khối 8,94; nhiệt độ nóng chảy 1083°C; nhiệt độ sôi ở 2543°C

Đồng có tính dần điện, dẫn nhiệt tốt, dễ dát mỏng, dễ kèo sợi

Đồng dễ tạo hợp kim với các kim loại khác

1.2 Tính chất hóa học.

Về mặt hóa học, Cu là kim loại kém hoạt động Thế điện cựcE°Cu2+/Cu=0.337V Mặc dù là kim loại kém hoạt động hóa học nhưng Cu vẫn hóahợp trực tiếp với các Halogen; oxi; lưu huỳnh và nhiều hợp chất

1.2.1 Tác dụng với đơn chất

Ở nhiệt độ thường Cu không kết hợp với oxi của không khí Nếu trongkhông khí ẩm (có hơi nước) đồng bị bao phủ bởi một lớp màng nâu đỏ gồm Cukim loại và Cu (I) oxit tạo thành từ phản ứng:

2Cu + O2 + 2H2O → 2Cu(OH)2Cu(OH)2 + Cu → Cu2O + H2O

Ở nhiệt độ thường, Cu tác dụng với Halogen, Lưu huỳnh

2Cu + 4HCN → 2H[Cu(CN)2] + H2Trong các axít là chất oxi hoá như HNO3, H2SO4 đ,n thì Cu rất dễ tan Sảnphẩm tạo ra phụ thuộc vào nồng độ chất oxi hóa

Cu + 4HNO3đ → Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2 O3Cu + 8HNO3 → 3Cu (NO3)2 + 2NO + 4 H2OKhi có mặt oxi không khí, Cu có thể tan trong dung dịch NH3, Xyanuakim loại kiềm:

2Cu + 8NH3 + O2 + 2 H2O → 2 [Cu(NH3)4 ](OH)2 4Cu + 8KCN + 2 H2O + O2 → 4 K[Cu(CN)2] + 4KOH

1.3 Một số hợp chất quang trọng của đồng.

1.3.1 Hợp chất của Cu(I).

Các hợp chất của Cu(I) thường không bền dễ chuyển thành hợp chấtCu(II) trong nhiều trường hợp Trong các hợp chất Cu(I) đáng chú ý là:

1 Đồng(I)oxít: Cu 2 O

Cu2O không tan trong nước, tan được trong các axít HCl , H2SO4 tạothành muối đồng(I) và tan dễ dàng trong dung dịch amoniac, tan trong dung dịchkiềm:

Cu2O + 2NaOH + H2O = 2 Na[Cu(OH)2]

Trong dung dịch NH3 đậm đặc, Cu2O tạo phức amoniacat:

Cu2O + 4NH3 + H2O = 2 [Cu(NH3)2]OH Trong dung dịch HCl đặc Cu tạo thành phức H[CuCl2]

2 Hidroxit Cu(I): CuOH

CuOH không bền Khi cho muối Cu (II) trong môi trường kiểm với chấtkhử mới đầu tạo thành kết tủa vàng đó là CuOH Khi đun nóng phân hủy thànhoxit

3 Muối halogen của Cu (I): CuX

Các muối Cu(I) không bền, trong nước nó tự phân hủy:

2Cu+ ↔ Cu + Cu2+

Các muối Cu(I) clorua, bromua, iodua đều là chất ở trạng thái tinh thểmàu trắng, ít tan trong nước nhưng dễ tan trong dung dịch đậm đặc NH3, HCl,NH4Cl và clorua kim loại kiềm nhờ tạo thành phức chất:

CuCl + 2NH3 → [Cu(NH3)2]ClCuCl + HCl → H[CuCl2]

Dung dịch của những phức này dễ chuyển thành màu xanh lục vì bị oxikhông khí oxihoá:

4[Cu(NH3)2]+ + O2 + 2H2O + 8NH3 → 4[Cu(NH3 )4 ]2+ + 4OH

-1.3.2.Hợp chất của Cu(II)

Trạng thái oxi hóa +2 là rất đặc trưng với đồng Các hợp chất của Cu(II)nói chung bền hơn các dẫn xuất cùng kiểu của Cu(I)

Dễ tạo thành Cu(OH)2 , khi OH- vừa đủ tạo được kết tủa Cu(OH)2 Khi

dư OH- tạo thành CuO2- (Cuprit) Khi nung nóng, Cu(OH)2 chuyển thành CuO

Cu(OH)2 5000oC CuO + H2OCu(OH)2 còn thể hiện tính chất axit yếu

Cu(II) oxit:(CuO) là chất bột màu đen nóng chảy ở nhiệt độ 1026oC vàtrên nhiệt độ đó mất bớt oxy biến thành Cu2O CuO không tan trong nước nhưngtan dễ dàng trong dung dich axit tạo thành muối Cu(II)

CuO + 2HCl → CuCl2 + H2OKhi đun nóng với dung dịch SnCl2, FeCl2, CuO bị khử thành Cu(I)

2CuO + SnCl2 → 2CuCl + SnO2

3CuO + 2FeCl2 → 2CuCl + CuCl2 + Fe2O3.

Cu(II) hidroxit: Cu(OH)2 là kết tủa bông màu lam, dễ mất nước biến thànhoxit khi đun nóng Cu(OH)2 không tan trong nước nhưng dễ tan trong dung dịchaxit và chỉ tan trong dung dịch kiềm 40% khi đun nóng:

Cu(OH)2 + 2 NaOH → Na2[Cu(OH)4]

Cu(OH)2 + 4NH3 → [Cu(NH3)4](OH)2

Đa số muối Cu(II) dễ tan trong nước, bị thủy phân và khi kết tinh từ dungdịch thường có dạng hidrat Muối tan tốt nhất là muối Cu(II) với các amoni

NO3-, SO42-, Cl- vì Cu(II) có ái lực đối mạng với sunphua

Khi gặp các chất khử, muối Cu(II) có thể chuyển thành Cu(I) hoặc thành

Cu kim loại Cu(II) có nhiều khả năng tạo phức với các phối tử vô cơ và hữu cơvới số phối trí bằng 4 CuO tan dễ dàng trong dung dịch NH3 tạo thành phứcchất amoniacat

CuO + 4NH3 + 2H2O → [Cu(NH3)4](OH)2Cu(OH)2 tan dễ dàng trong dung dịch NH3 đặc

Cu(OH)2 + 4NH3 → [Cu(NH3)4](OH)2Muối Cu(II) có khả năng phản ứng với feroxianat Fe(CN)2 tạo thành kếttủa đỏ nâu Cu2Fe(CN)6 Trong dung dịch amoniac, Cu(II) phản ứng mãnh liệtvới các phân tử NH3 tạo thành ion phức Cu(NH3)42+ có màu xanh lam

Nó cũng tạo phức với một số tác nhân hữu cơ như naphtol,8-hiđroxylquinolin,α-benzoinoxim(C6H5CH(OH)C(NOH)C6H5)

1-(2pyridylazo)-2-natriđietyldithiocacbamat, đithizon,…Những phức này cho phép xác định đồngbằng phương pháp khối lượng, thể tích hay trắc quang

1.4 Ứng dụng

Trong ngành kỹ thuật, đồng đỏ tên gọi là đồng nguyên chất, có màu đỏ.Đây là loại đồng có độ tinh khiết không dưới 99.5% (ký hiệu MOO, MI, M3).Đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm Tỷ lệ pha chế giữa đồng và kẽmcho ta một loạt các đồng thau đa dạng khác nhau Đồng thau là một kim loạithay thế, được ứng dụng nhiều vào các lĩnh vực như đồ trang trí, vật liệu hàn,thiết bị điện và rất nhiều nhạc cụ hơi… Đồng thau có một màu vàng, đôi khikhá giống màu vàng, nó có thể duy trì được độ sáng bóng trong điều kiện môitrường bình thường, nên chúng được làm ra các đồ trang trí hay làm tiền xu.Đồng điếu hay còn gọi là đồng đỏ, đồng vàng, đồng thanh, là một diệnrộng các loại hợp kim đồng , thường với thiếc với chì, đôi khi với một vàinguyên tố khác như phốt pho, mangan, nhôm, silic…

Đồng là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp, đồng có tính dẫn điện,dẫn diện tốt, độ bền cao nên được dùng làm dây dẫn trong các thiết bị điện

Đồng và hợp kim đồng còn dùng chế tạo máy và sản xuất điện cực… Cáchợp chất như CuO, CuSO4… dùng nhiều trong nông nhiệp, đóng tàu, bảo quảngỗ…

Sản phẩm điện: đồng được sử dụng chủ yếu trong sản xuất cáp điện và cácsản phẩm điện khác như máy phát điện, động cơ và máy biến áp, được sử dụngtrong ngành công nghiệp phát và truyền tải điện

Xây dựng công trình : ứng dụng lớn thứ hai của đồng và hợp kim của nó( chẳng hạn như đồng thau và đồng thiếc) thuộc về ngành công nghiệp xâydựng Nó được sử dụng cho mái lợp và hệ thống ống nước, đặc biệt là đườngống nước, vòi nước, van và phụ kiện do đặc tính chống ăn mòn và dễ uốn củakim loại này

Chế tạo sản phầm điện tử: độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao của đồng cũngkhiến nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp điện tử

Chế tạo máy công nghiệp: nhờ độ bền, tính dễ chế biến, và khả năng đúcvới độ chính xác và dung sai cao, hợp kim đồng rất lý tưởng dễ chế tạo các sảnphẩm như bánh răng, vòng bi và cánh tuabin

Một số ứng dụng của đồng nêu trên được tập hợp trong các phương tiệngiao thông vận tải, trong đó đồng là một thành phần thiết yếu trong động cơ, hệthống dây điện, tản nhiệt, kết nối, phanh và vòng bi Khoảng 98% sản lượngđồng được sử dụng dưới dạng kim loại tinh khiết hoặc trong hợp kim, 2% cònlại được sử dụng để sản xuất ra các hợp chất khác

1.5 Vai trò của Đồng

Đồng tác động đến nhiều chức năng cơ bản và là một phần cấu thành nêncác enzym quan trọng trong cơ thể Nó tham gia vào các hoạt động như sản xuấthồng cầu, sinh tổng hợp elastin và myelin, tổng hợp nhiều hoormon(catecholamin, tuyến giáp, corticoid ), tổng hợp nhiều sắc tố, chuyển hóa sắt vàlipit Do vậy, đồng là một chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể con người vớimột hàm lượng rất nhỏ (80 – 99,4 mg trong cơ thể người trưởng thành) Tiêuchuẩn RDA của Mỹ về đồng đối với người lớn khỏe mạnh là 0.9mg/ngày Đồngvới hàm lượng không thích hợp sẽ gây ra ảnh hưởng tiêu cực đối với con người

Sự thiếu hụt đồng thường dẫn đến thiếu máu đối với trẻ nhỏ, mất sắc tố ở lôngtóc Khi hàm lượng đồng vượt có thể gây ra rối loạn dạ dày, những bệnh vềgan, thận và phổi Mức cao nhất có thể chịu được về đồng theo DRI trong chế

độ ăn uống đối với người lớn theo mọi nguồn đều là 10 mg/ngày

Đối với thực vật thì đồng (hàm lượng 5 – 20 ppm) là nguyên tố rất đặcbiệt về mặt sinh vật học ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và pháttriển sản lượng của cây Đồng là chất xúc tác của những quá trình oxi hoá nộibào; thành phần của men cytochrome oxydase và thành phần của nhiều enzim –

ascorbic, axit axidase, phenolase, lactase; xúc tiến quá trình hình thành vitaminA; cần thiết cho sự hình thành diệp lục và làm xúc tác cho một số phản ứng kháctrong cây, nhưng thường không tham gia vào thành phần của chúng Cây muốnphát triển bình thường, đều cần phải có một ít đồng, cây hấp thụ đồng dưới dạngCu(II), nhiều loại cây rau biểu hiện thiếu đồng thì lá thiếu sức sống, rủ xuống,trở nên bạc lá, biến cong và cây không ra hoa được Lượng đồng thiếu hụt có thểđược bổ sung dễ dàng trong một thời gian dài bằng cách bón đồng sunfat hayđồng oxit.Nếu dùng những hợp chất của đồng để bón cho đất (đặc biệt là đất bùnlầy) thì thu hoạch thường tăng lên rất cao.Chelat hay đồng sunfat trung tính(25% đồng) rất phù hợp cho việc bón lá.

1.6 Độc tính của đồng

Đồng rất quan trọng với cơ thể con người và sinh vật nhưng nếu hàmlượng Cu cao không những không có lợi mà còn có hại Nếu thừa Cu trong cơthể con người sẽ dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, khi đó nó sẽ tích tụ trong gan vàgây bệnh Wilson, tích tụ trong não, thận gây tử vong

Đối với thực vật thường mẫn cảm với Cu hơn động vật chẳng hạn khi Cu

có mặt trong nước kìm hãm sự sinh trưởng của tảo ngay cả ở trong nhiệt độthấp Với cả khi nồng độ 3µg/l mới gây ô nhiễm trong khi thực vậy là 1µg/l

II Các phương pháp phân tích hóa học

2.1 Phương pháp phân tích thể tích ( với hàm lượng Cu 2+ lớn)

Nguyên tắc:

Dùng EDTA tiêu chuẩn chuẩn độ trực tiếp xuống dung dịch mẫu chứa

Cu2+ phản ứng thực hiện ở pH = 8 (đệm amoni), xác định điểm tương đươngbằng chỉ thị Murexit

Trước khi chuẩn độ : Murexit tạo phức với Cu2+ thành phức chất màu vàng nhạt

Cu2+ + H4Ind+ → CuH4Ind+( vàng nhạt)Phản ứng chuẩn độ

Cu2+ + H2Y2- → CuY2- + H+Tại điểm tương đương dung dịch từ màu đỏ chuyển sang màu tím

CuH4Ind+ + H2Y2- → CuY2- + H4IndDựa vào nồng độ và thể tích dung dịch EDTA tiêu tốn trong quá trìnhchuẩn độ, suy ra hàm lượng Cu2+ :

-1000 )

(

) (

mâu

EDTA Cu

ml V

NV mDg

lCu mg

Trong đó: mDgCu =

g

032,010

×

2.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử:

Nguyên tắc:

Nguyên tắc của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử là dựa vào sự hấp thụnăng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi khi chiếu chùm tia bức xạ quađám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ Khi đó người ta thu đượctúi hiệu hấp thụ được đặc trưng bởi cường độ hấp thụ

Phương pháp này được xác định theo phương trình:

Dλ = K.Cb

Dλ : Cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử hấp thụ

K: Hằng số thực nghiệm của phép đo

C: Nồng độ nguyên tố trong mẫu

b: Hằng số ( 0 < b ≤ 1) Tuy thuộc vào kĩ thuật nguyên tử hoa mẫu màngười ta phân biệt phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) cho độ nhạy ppm.Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (EIA-AAS) cho độ nhạy đến ppb

2.3 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử.

Nếu nguồn nguyên tử hóa là ngọn lửa sử dụng hỗn hợp không khíaxetylen, phương pháp cho phép xác định trực tiếp Cu2+ đến nồng độ 0,1mg/lvới giới hạn phát hiện là 0,01mg/l Với hệ thống nguyên tử hóa sử dụng lògraphit, giới hạn xác định của phương pháp là 1µg/l

Dòng này sẽ tỉ lệ với nồng độ đồng trong dung dịch Các đại lượng đặctrương cho Cu2+ là thế bán sóng (E1/2) trong phương pháp cực phổ cổ điển hoặcthế đỉnh (Ep) trong phương pháp cực phổ xung vi phân… thay đổi tùy theo nền

sử dụng, tuy nhiên giá trị này thường dao động trong khoảng 0 đến -0,4 V

Phương pháp cực phổ cổ điển cho phép xác định trực tiếp nồng độ đồngtrong khoảng 10-6 M trở lên trong khi phương pháp cực phổ xung vi phân chophép xác định đến nồng độ 10-7M với phương pháp vôn-ampe hòa tan ta có thểxác định được các nồng độ cỡ 10-9M hoặc có thể nhỏ hơn

2.5 Phương pháp điện thế trực tiếp sử dụng điện cực màng chọn lọc ion

Phương pháp này cho phép xác định trực tiếp Cu2+ trong khoảng nồng độ

-Phương pháp này định lượng theo phương trình:

A = K c Trong đó: A: Độ hấp thụ quang của phức màu

K: Hằng số thực nghiệm

C: Nồng độ chất phân tích

Đối với nguyên tố đồng: Phân tích trắc quang dựa vào khả năng tạo phứccủa Cu2+ với một lượng thuốc thử thích hợp nào đó Thuốc thử đó có thể là:Đithizon, NaDDC hoặc CuFeron

PHẦN 2: THỰC NGHIỆM I.Cơ sở lý thuyết và nguyên tắc của phương pháp trắc quang.

1.1 Cơ sở của phương pháp.

Cơ sở lý thuyết của phương pháp trắc quang phân tử là định luật Lambert- Beer có thể biểu diễn bởi phương trình sau:

1.2 Nguyên tắc

Xử lý mẫu bằng phương pháp thích hợp Cho ion Cu 2+ tạo phức với thuốc thử Pb(DDC) 2 trong môi trường có chất hoạt động bề mặt và ở pH thích hợp tạo thành phức đồng – DDC có màu đỏ nâu ánh vàng.

Cu 2+ + Pb(DDC) 2 = Cu(DDC) 2 + Pb 2+

Đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 556nm.

mg/kgCu = Trong đó: a: Số g Cu tra được từ đường chuẩn

G: Khối lượng mẫu đem phân tích (g)

1.3 Cách xác định nồng độ

Với phương pháp trắc quang áp dụng nguyên tắc thay đổi một số yếu

tố và cố định các yếu tố còn lại, tiến hành khảo sát từng yếu tố một để chọn

ra điều kiện phù hợp nhất cho phép phân tích (các thông số tối ưu của máy) Sau đó tiến hành đo trên mẫu chuẩn rồi phân tích mẫu thật theo phương pháp đường chuẩn và kiểm tra lại bằng phương pháp thêm chuẩn.

1.3.1 Phương pháp đường chuẩn.

Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào phương trình cơ bản của phép đo D = K.C và một dãy mẫu đầu để dựng một đường chuẩn, sau đó nhờ đường chuẩn này mà giá trị Dx để xác định nồng độ Cx của nguyên tố cần phân tích trong mẫu đo độ hấp thụ quang, rồi từ đo tính được nồng độ của nó trong mẫu phân tích.

Trước hết phải chuẩn bị một dãy mẫu đầu, dãy mẫu chuẩn thông thường là 5 mẫu và phân tích trong cùng điều kiện.Ví dụ ta thu được các giá trị độ hasp thụ quang tương ứng với các nồng độ là D1, D2, D3, D4, …….Dn, vẽ

đồ thị D – Ctc

Nhờ đường chuẩn này và các giá trị DX ta dễ dàng xác định được nồng

độ C X Công việc cụ thể là đem các giá trị DX đặt lên trục tung D của hệ tọa độ, từ đó kẻ đường song song với trục hoành Ctc Đường này sẽ cắt

đường chuẩn tại điểm M Từ điểm M hạ đường vuông góc với trục hoành cắt trục hoành tại Cx.Cx là nồng độ cần tìm

1.3.2 Phương pháp thêm chuẩn.

Nguyên tắc của phương pháp này là người ta dùng ngay một mẫu phân tích làm nền để chuẩn bị một dãy mẫu đầu bằng cách lấy một lượng mẫu phân tích nhất định và thêm vào đó những lượng nhất định của nguyên

tố cần xác định theo từng bậc nồng độ (theo cấp số cộng) Ví dụ lượng thêm vào là ∆C1, ∆C2, ∆C3, ∆C4 và như thế chúng ta sẽ có một dãy mẫu chuẩn là:

C0 = Cx C1 = (Cx+∆C1) C2 = (Cx+∆C2) C3 = Cx+∆C3) C4 = (Cx+∆C4) Trong đó:

Cx là nồng độ (hàm lượng) của nguyên tố cần xác định trong mẫu phân tích đã chọn Các mẫu phân tích còn lại giả sử kí hiệu Cx1, Cx2, Cx3…

Tiếp đó cũng chọn các điều kiện thí nghiệm phù hợp, tiến hành độ hấp thụ quang theo tất cả dãy mẫu đầu Ví dụ chúng ta thu được các giá trị tương ứng là D0, D1, D2, D3… Bây giờ từ các giá trị cường độ này và ứng với các nồng độ thêm vào của nguyên tố phân tích chúng ta dựng một đường chuẩn theo hệ tọa độ D- ∆C Đó chính là đường chuẩn của phương pháp này Đường chuẩn này cắt trục tung D tại điểm có tọa độ (D0, 0) Sau

đó để xác định nồng độ Cx chưa biết chúng ta làm như sau:

Kéo dài đường chuẩn về phía trái, nó cắt trục hoành tại điểm C0 Đoạn OC0 chính bằng giá trị nồng độ Cx cần tìm.

Phương pháp này được sử dụng rất nhiều trong phân tích lượng vết

và lượng cực nhỏ các nguyên tố kim loại trong các loại mẫu khác nhau, đặc biệt là các loại mẫu có thành phần vật lý và hóa học phức tạp, các mẫu quặng đa kim Đồng thời đây cũng là một phương pháp để xác định độ phát hiện của một phương pháp phân tích.

II: PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU VÀ XỬ LÝ MẪU

Trong thực tế phân tích, hàm lượng các chất có trong mẫu đặc biệt là hàm lượng các ion kim loại nặng trong đất thường rất nhỏ, nằm dưới giới hạn phát hiện của các công cụ phân tích Vì vậy, trước khi xác định chúng thì cần thông qua quá trình tách và làm giàu.

2.1: Lấy mẫu.

Lấy mẫu đất phải tuân theo các yêu cầu sau:

- Đặc tính của đất gắn liền với tầng đất do đó cần lấy mẫu tầng.

- Nếu quan tâm đến sự thay đổi đặc tính của đất thì cần lấy mẫu điểm Nếu độ chính xác của kết quả không cần cao thì mẫu loại nào cũng được chấp nhận.

- Nếu mẫu được lấy dùng để xác định sự phân bố và nồng độ của nguyên

tố hoặc hợp chất nào đó thì nên lấy mẫu điểm, nếu có thể thì dùng mẫu khe hoặc mẫu cụm.

- Nếu để đánh giá chất lượng đất hoặc bản chất đất trong một vùng, ví

dụ cho mục đích nông nghiệp, thì lấy mẫu diện rộng.

- Lượng mẫu phải đủ lớn để đảm bảo cho các phép thử và phân tích thực hiện được.

- Lượng mẫu phải đủ lớn để có thể đại diện hết mọi đặc tính của đất cần quan tâm

- Mẫu không được quá lớn gây khó phân biệt sự khác nhau về các đặc tính của đất cần quan tâm

- Đặc tính của đất không bị ảnh hưởng bởi quá trình lấy mẫu, vận chuyển

và lưu giữ mẫu.

- Lấy mẫu đại diện là lấy mẫu tổ hợp có thành phần thể tích khác nhau tùy theo bản chất khác nhau;

- Tránh nhiễm bẩn chéo cũng như sự phát tán các chất ô nhiễm.

Các mẫu đất được lấy tại các địa điểm khác nhau, lấy ở tầng đất mặt (0

- 25 cm) Mẫu sau khi lấy về, làm khô ở nhiệt độ phòng, nghiền và rây mẫu qua rây 2 mm Mẫu này được sử dụng để xác định hàm lượng Cu.Các mẫu sau khi lấy được ghi kèm theo các thông tin về vị trí lấy mẫu, thời gian và loại mẫu.

2.2: Xử lý mẫu.

Để tiến hành xác định hàm lượng đồng trong đất Trước hết ta phải xử

lý mẫu nhằm chuyển nguyên tố cần xác định từ trạng thái ban đầu (rắn) về dạng dung dịch Đây là công việc rất quan trọng vì nó có thể dẫn đến những sai lệch trong kết quả phân tích do sự nhiễm bẩn mẫu hay làm mất chất phân tích nếu thực hiện không tốt Hiện nay có rất nhiều kỹ thuật xử lý mẫu phân tích, các phương pháp xử lý mẫu đã và đang được sử dụng bao gồm.

mạnh (H 2 SO 4 + KMnO 4 )…để phân hủy mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình Kendan, trong ống nghiệm, trong cốc hay lò vi sóng.

Lượng axit cần dùng để phân hủy mẫu thường gấp 10-15 lần lượng mẫu, tùy thuộc mỗi loai mẫu và cấu trúc vật lý, hóa học của nó.

Thời gian phân hủy mẫu trong các hệ hở, bình Kendan, ống nghiệm, cốc, thường từ vài giờ đến hàng chục giờ tùy loại mẫu và bản chất của các chất, còn nếu trong lò vi sóng thì chỉ cần 50-90 phút.

+) Ưu - nhược điểm

Hầu như không bị mất các chất phân tích, nhất là trong lò vi sóng Thời gian phân hủy mẫu rất dài, trong điều kiện thường, tốn nhiều axit đặc tinh khiết cao, nhất là trong các hệ hở Dễ bị nhiễm bẩn khi xử lý trong hệ

hở, do môi trường hay axit dùng và phải đuổi axit dư lâu, nên dễ bị nhiễm bẩn, bụi vào mẫu

*Xử lý bằng dung dịch kiềm mạnh đặc nóng

Dùng dung dịch kiềm mạnh đặc nóng (NaOH, KOH 15-20%), hay hỗn hợp

của kiềm mạnh và muối kim loại kiềm (NaOH + NaHCO 3 ), hay một kiềm mạnh

và peroxit (KOH + Na 2 O 2 ) nồng độ lớn (10-20%), để phân hủy mẫu phân tích trong điều kiện đun nóng trong bình Kendan hay trong hộp kín, hoặc trong lò

vi sóng.

Lượng dung dịch phân hủy: cần lượng lớn từ 8-15 lần lượng mẫu.

Thời gian phân hủy mẫu: từ 4-10 giờ trong hệ hở Còn trong trong hệ lò

vi sóng kín chỉ cần thời gian 1-2 giờ.

Nhiệt độ phân hủy là nhiệt độ sôi của dung dịch kiềm Nó thường nằm trong khoảng 150-200 o C.

+) Ưu - nhược điểm

- Ưu điểm: là hầu như không làm mất chất phân tích, nhất là các nguyên tố có hợp chất dễ bay hơi và các nền của mẫu dễ tan trong kiềm.