Xác định hàm lượng đồng trong nước bằng phương pháp trắc quang nhờ tạo phức với đietylđithiocacbaminat và phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Xây dựng đường chuẩn xác định đồng bằng phương pháp trắc quang nhờ tạo phức với đietylđithiocacbaminat.. Xây dựng đường chuẩn xác định đồng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử..

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

K H O A K H O A H Ọ C T ự N H I Ê N VÀ X Ả H Ộ I

N G U Y Ễ N T H Ị P H Ư Ơ N G T H Ú Y

X Á C Đ Ị N H H À M L Ư Ợ N G Đ Ồ N G T R O N G N Ư Ớ C

B Ả N G P H Ư Ơ N G P H Á P T R Ắ C Q U A N G N H Ờ s ự T Ạ O

P H Ứ C V Ớ I Đ I E T Y L Đ I T H I O C A C B A M I N A T V À

P H Ư Ơ N G P H Á P Q U A N G P H Ổ H Ấ P T H Ụ N G U Y Ê N T Ử

L U Ậ N V Ă N T Ố T N G H I Ệ P Đ Ạ I H Ọ C

• • • •

NGÀNH HÓA

Chuyên ngành: Hoa phân tích

Giáo viên hướng dẫn: T.s Nguyễn Đ ă n g Đức

áto-N á Ỉ A t i H I

(ỘHVX VA N|inN lì í :-ỎH VÒM vota N3Ané)N ly MI OỎH l»v->

T H Ả I N G U Y Ê N - 2008

Mài eànt tín ích tui luận nài/ íTntìc li tia ít thành ti nói tư hướng, dẫn cùa tít tì ụ

qiátì — ^7S Qlguụỉn r i)íĩtHf Dứa - li tin {Ị hò mân Jôiúí- ~Khfí4t

ốm tin háy, tó lồng cám đu tàu nít' oi iu hưốttg đẫn tận tình của

thầy I/ì tí ti íìlạtiụĩn 'Dăng, r Đức trang, quá trình là IU li ti oà luận

Sm xin chân thành cúm tín lự ợiúp đỗ', tạo điều kiên cùa hít (XI

^K'3ô ( cĩQlíí f Jĩ)'3ô, eáít thầy Ifìáfí, cò giát) Irởttạ bò mồn ^ỉf)ơá, eáe thầy, rô

phụ trách phàng, thi iHỊÌtìèm dúa hỗ- mòn Jôoú OCĨỮxĩQl&ỌCìllũ, vút- anh chi, ('tít- rê nhú è trung, tăm ụ ti tiu' phồttg, tinh Cĩltái Qlạuụin đản bai là

x& Qlgut/rn ^hi Jôạnh, eáe hạn láp Jôữú DC 2 đã giúp (tò em (Tê tín

hoàn thành lí ỉ trui luận này

Sinh niên

Luận văn tốt nghiệp Khoa KHTN &XH

MỤC LỤC

Mở Đầu Ì

Chương 1: Vài nét về nguyên tố Đồng 2

1.1 Vị trí-Cấu tạo 2

Ì 2 Trạng thái tự nhiên 2

Ì 3 Tính chất vật lý 2

14 Tính chất hoa học 2

1.4.1 Tác dụng với đơn chất 3

Ì 4.2 Tác dụng với hợp chất 3

Ì 5 Một số hợp chất quan trọng của đồng 3

Ì 5.Ì Hợp chất Cua) 3

Ì 5.2.HỢP chất của Cu(H) 4

Ì :6 Khả năng tạo phức của Cu 6

Ì 7 Tác dụng sinh lí của Cu 6

Chương 2: Chiết phức kim loại - vài nét về thuốc thử

Điety Iđi t hiocacbaminat 8

2 Ì Chiết phức kim loại 8

2.2 Muôi Đietylđithiocacbaminat 8

2.2.1 Natri đietylđithiocacbaminat 8

Chương 3: Các phương pháp xác định đồng lo

3.1 Phân tích định tính lo

3.2 Phân tích định lượng 10

3.2 Ì Phương pháp phân tích trọng lượng 10

3.2.2 Phương pháp chuẩn độ phức chất 11

3.2.3 Phương pháp cực phổ cổ điển 11

3.2.4 Phương pháp điện thế sử dụng điện cực chọn lọc lon 11

3.2.5 Phương pháp von - ampe hoa tan l i

3.2.6 Phương pháp trắc quang 12

3.2.7 Phương pháp sắc kí lỏng cao áp và phương pháp dòng chảy (FIA) sử dụng

Detector điện hoa 12

3.2.8 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử 13

3.2.9 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 13

Chương 4: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 14

4.1 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu 14

Luận văn tốt nghiệp K h o a KHTN &XH

4.2 Giới thiệu các phương pháp nghiên cứu 15

4.2 Ì Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 15

4.2.2 Phương pháp trắc quang 16

Phần l i : Thực nghiệm 19

('hương Ì: dụng cụ, hoa chất-kĩ thuật chiết đo quang 19

1.1 Dụng cụ máy móc 19

12 Hoa chát 19

Chương 2: Các điều kiện thực nghiệm đo đồng bằng phương pháp trắc

quang 21

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

2 Ì 2 Các điều kiện tối líu 22

2 Ì 2 Ì ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức 22

2 Ì 2.2 ảnh hưởng của lượng dư thuốc thử 23 2.1.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của thòi gian đến sự tạo phức 25

2.1.2.4 Khảo sát sự tuân theo định luật Bia của Cu với đietylđithiocacbaminat 26

2 Ì 3 khảo sát sự ảnh hưởng của lon kim loại đến sự tạo phức màu Cu(DDQ2 .26

2 Ì 4 ảnh hưởng của ion cr đến sự tạo phức Cu(DDC)2 32

2 Ì 6 Xây dựng đường chuẩn xác định Cu bằng phương pháp trắc quang 34

2.2 Khảo sát việc xác định Cu2+bằng chì đietyl đithiocacbaminat trong hỗn

hợp mẫu giả 36 2.2 Ì Xác định hàm lượng Cu2+trong mẫu giả bằng phương pháp đường chuẩn 36

2.3.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu 40

2.3.2 Thực hiện chiết, đo độ hấp thụ và tínhkết quả 41

( li li ơn «3: Xác định hàm lượng đồng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ

nguyên tử 44 3.1 Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử 44

3.2 Xây dựng đường chuẩn 45

3.3 Kết quả phân tích mẫu nước bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 46

Phần H I : Kết luận 48

Tài liệu tham khảo

Phu lúc

T ó m t ắ t k ế t q u ả n g h i ê n c ứ u

Sau quá trình nghiên cứu đề tài " Xác định hàm lượng đồng trong nước bằng phương pháp trắc quang nhờ tạo phức với đietylđithiocacbaminat và phương pháp phổ hấp thụ nguyên tò" chúng tôi dã thu được một số kết quả

như sau:

Ì Xác định được bước sóng tối ưu cho quá trình tạo phức của Cu2 + với đietylđithiocacbaminat

2 Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình tạo phức Cu(DDC)2 như:

pH, thời gain tạo phức, lượng dư thuốc thử,

3 Khảo sát sự ảnh hường của các cation kim loại và loại trừ B i3 + ảnh hưởng đến sự tạo phức

4 Xây dựng đường chuẩn xác định đồng bằng phương pháp trắc quang nhờ tạo phức với đietylđithiocacbaminat

5 Xây dựng đường chuẩn xác định đồng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

6 Xác định hàm lượng đồng trong một số mẫu nước ở thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp trác quang và phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

7 Từ kết quả so sánh hai phương pháp: phương pháp trắc quang và

phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Luận văn tốt nghiệp Khoa KHTN &XH

M Ở Đ Ầ U Đồng là một nguyên tố vi lượng rất cần cho sự sống và sự phát triển của động thực vật Nó làm tăng hoạt tính của các men, tạo điều kiện tổng hợp đường, tinh bột, protein, axitnucleic, vitamin và làm tăng khả năng chống hạn hán, lạnh giá và chống lại được một số bệnh tật cho cây trồng Không những thế, đồng còn

là nguyên tố cần thiết cho hoạt động sống của động vật và con người Nhưng nếu nồng độ cao hơn nồng độ cho phép thì đồng gây độc cho cả động thực vật và con người Vì vậy việc xác định hàm lượng đồng có một ý nghĩa rất quan trọng Ngày nay, do định hướng công nghiệp hoa hiện đại hoa đất nước, nền công nghiệp đang trên đà phát triển kèm theo sự gia tăng của nước thải đổ vào các lưu vực rất dễ gây nên sự ô nhiễm kim loại nặng trong nguồn nước, ảnh hưởng rất lớn đến môi trường và sức khoe con người

Việc xác định hàm lượng lon kim loại nặng nói chung và xác định hàm lượng Cu2 + nói riêng là một nhu cầu thiết yếu Hàm lượng Cu2 + trong nước là rất nhỏ nó chỉ vào khoảng 0,001 mg lmg trong Ì lít nước Vì vậy chúng ta phải sử dụng những phương pháp thích hợp để xác định Vì vậy trong khoa luận này

chúng tôi đã chọn để tài: "Xác định hàm lượng đông trong nước bằng phương pháp trắc quang nhờ sự tạo phức với đietyldithiocacbaminat và phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử'

Với nội dung:

• Nghiên cứu và tìm ra các điều kiện tối ưu cho quy trình xác định

Cu2 + trong nước bằng phương pháp trắc quang

• Xác định hàm lượng Cu2 + bằng phương pháp trắc quang và phương pháp phố hấp thụ nguyên tử Từ đó đánh giá hai phương pháp xác định

Luận văn tốt nghiệp Khoa KHTN &XH

P H Ầ N ì : T Ổ N G Q U A N L Ý T H U Y Ế T CHƯƠNG l i VÀI NÉT VẾ NGUYÊN T ố ĐỔNG

L I VỊ trí - Câu tạo [ 14 ]

Nguyên tố đồng có kí hiệu hoa học là Cu

Khối lượng nguyên tử 63,546, nằm ở ồ 29 thuộc phân nhóm phụ nhóm ì,

chu kỳ 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn

Cấu hình electron của Cu là [Ar]3d'°4s' Bán kính nguyên tử 1,28 A°; thế điện cực +0,337(v)

Năng lượng lon hoa I,=7,72 ev ; I2=20,29 ev ; I3 =36,9 ev

1.2 Trạng thái tự nhiên [14]

Đồng tồn tại ở dạng tự do là rất ít mà chủ yếu ở dạng hợp chất Sunfua Một số khoáng sản quan trọng là đồng Sunfua Cu2S; Pirit đồng CuFS2 và bocnit Cu3FeS3

Những hợp chất ít gặp hơn là những hợp chất chứa oxi như cacbonat bazơ CuC03.Cu(OH)2; Azurit 2 CuC03.Cu(OH)2 và Apatit Cu20

1.3 Tính chất vật lý [ 14 ]

Đồng là kim loại nặng, có mầu đỏ, trong thiên nhiên có 2 đồng vị bền là

63Cu(70,13%); 65Cu(29,87%); Tỷ khối 8,94 nhiệt độ nóng chảy 1083°c, sôi ở 2543°c, dần điện, dẫn nhiệt tốt, dễ dát mỏng, dễ kèo sợi

Đồng dễ tạo hợp kim với các kim loại khác

1.4 Tính chất hoa học [6,11,14 ]

Về mạt hoa học, Cu là kim loại kém hoạt động Thế điện cực E°a,27C u=0.337V

Mặc dù là kim loại kém hoạt động hoa học nhưng Cu vẫn hoa hợp trực tiếp với các Halogen; oxi; lưu huỳnh và nhiều hợp chất

Luận văn tốt nghiệp Khoa KHTN &XH

1.4.1 Tác dụng với đơn chất

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

2Cu + 02 + H20 = 2Cu(OH)2

Cu(OH)2 + Cu = Cu20 + H20

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

Cu + Cl2 = CuCl2

Cu + s CuS 1.4.2 Tác dụng với hợp chất

Thế điện cực của Cu dương nên Cu không khử được ion H+ của dung dịch axít thành H2, nhưng Cu có khả năng tác dụng với dung dịch HCN đậm đặc giải phóng H2 nhờ tạo thành anion phức bển:

2Cu + 4HCN = 2H[Cu(CN)2] + H2

Trong các axít là chất oxihoá như HNO„ H2S04 d n Cu rất dễ tan Sản phẩm tạo ra phụ thuộc vào nồng độ chất oxi hoa

Cu + HN03 đ = Cu(N03)2 + 2N02 + H20 3Cu + 8HNƠ3, = 3Cu(N03)2 + 2NO + 4 H20 Khi có mặt oxi không khí, Cu có thể tan trong dung dịch HC1, HNO3, Xyanua kim loại kiềm:

2Cu + 8NH3 + 02 + 2 H20 = 2[Cu(NH3)4](OH)2

4Cu + 8KCN + 2 H20 + 02 = 4K[Cu(CN)2] + 4KOH 1.5 Một số hợp chất quan trọng của đồng [6,11,14 ]

1.5.1 Hợp chất Cu(I)

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

Luận văn tốt nghiệp Khoa KHTN &XH

1.5.1.1 Đồng(I)oxít: C u20

Cu20 không tan trong nước, tan được trong các axít H a , H2S04 tạo thành muối đồng(I) và tan dễ dàng trong dung dịch amoniac, tan trong dung dịch kiềm:

Cu20 + 2NaOH + H20 = 2 Na[Cu(OH)2] Trong dung dịch NH3 đậm đặc, Cu20 tạo phức amoniacat:

Cu20 + 4 N H3 + H20 = 2 [Cu(NH3)2]OH Trong dung dịch HC1 đặc Cu tạo thành phức H[CuCl2]

1.5.1.2 Hidroxit Cu(I): CuOH

CuOH không bền

Khi cho muối Cu(II) trong môi trường kiểm với chất khử mới đầu tạo thành kết tủa vàng đó là CuOH, Khi đun nóng phân huy thành oxit

1.5.1.3 Muối halogen của Cui ì): CuX

Các muối Cu(I) không bển, trong nước nó tự phân huy:

2Cu+ = ^ Cu + Ca 2 *

Các muôi Cu(I) clorua, bromua, iodua đều là chất ở trạng thái tinh thể màu tráng, ít tan trong nước nhưng dễ tan trong dung dịch đậm đặc NH3, HC1, NH4C1

và clorua kim loại kiềm nhờ tạo thành phức chất:

CuCl + 2NH3 = [Cu(NH3)2]Cl Cua + HC1 = H[CuCl2] Dung dịch của những phức này dễ chuyển thành màu xanh lục vì bị oxi không khí oxihoá:

4[Cu(NH,)2r + 02 + 2H20 + 8NH3 = 4[Cu(NH3)4]2 + + 4 0 H 1.5.2.HỢP chất của Cu(II)

Trạng thái oxihoá +2 là rất đặc trưng đối với Cu Một số hợp chất của Cu(n):

Luận văn tốt nghiệp Khoa KHTN &XH

1.5.2.1.Đổng(II) oxít: CuO

CuO là chất bột màu đen, nóng chảy ở 1026°c trên nhiệt độ đó mất bớt oxi biến thành Cu20 CuO không tan trong nước, tan trong axit tạo các muối Cu(n)

và trong dung dịch NH3 tạo thành phức amoniacat

CuO + 2HC1 = CuCl2 + H20 CuO + 4 N H3 + HzO = [Cu(NH3)4](OH)2

Khi đun nóng CuO là chất oxihoá mạnh Nó phản ứng với dung dịch SnCl2, FeCl2 Trong đó CuO bị khử thành muối Cu(I) dễ bị các khí H2, c o , NH3 khử thành kim loại

1.5.2.2 Đồng(II)hidroxit: Cu(OH)2

Cu(OH)2 là kết tủa mầu xanh, không tan trong nước

Cu(OH)2 tan dễ dàng trong axít, dung dịch NH3 đặc và chỉ tan trong dung dịch kiềm 40% khi đun nóng Như vậy Cu(OH)2 có tính lưỡng tính:

Cu(OH)2 ( r ) + 2H+ ( a q ) = Cu2 + ( a q ) + 2 H2Õ Cu(OH)2 + 2NaOH = Na2[Cu(OH)4] Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2

Tetra amin đồng(II) hiroxit Mầu xanh thầm Dung dịch Tetra amin đồng hidroxit gọi là nước Suayze có khả năng hoa tan xenlulozơ, dùng cho sản xuất sợi nhân tạo

1.5.2.3 Muôi Cu (li)

Trong các muối của Cu(II) thì đồng sunfat pentahiđrat CuS04.5H20 có nhiều ứng dụng hơn cả Muối CuS04 kết tinh ngậm 5 phần tử nước thành những tinh thể mẩu xanh, bỏ trong không khí thì dã dần trên bể mặt

Các halogen của Cu : CuCl2 là chất ở dạng tinh thể mầu nâu, khi phân huy thành Cua và Cl2 dễ

bị chảy rữa trong không khí CuCl2 dễ tan trong nước, khi tan mầu sắc thay đổi

Luận văn tốt nghiệp Khoa KHTN &XH

dần, dễ tan trong rượu, ete và axeton Tinh thể kết tinh từ dung dịch nước, nó tách

ra dưới dạng CuCl2.2H20 có mầu lục

CuBr2 là chất rắn mầu đen, dễ bị chảy rữa, trong dung dịch nước có mầu nâu đỏ, khi kết tinh tuy thuộc vào nhiệt độ tạo ra CuBr2.2H20 hoặc CuBr2.4H20 CuBr2 dễ tan trong nước, đun nóng một phần brom tách ra

Cul2 không bền, phân hoa dẻ dàng thành Cui và I2

Các muối khác:

- Đồng(II)nitrat: Cu(N03)2 là chất khan mầu trắng, dạng hidrat hoa Cu(N03)2 3H20 mầu xanh thẫm

- Đồng axetat Cu(CH3COO)2.H20 là tinh thể mầu lục, dễ tan trong nước 1.6 Khả năng tạo phức của Cu [ Ì, 14 ]

Đồng là một trong những nguyên tố có khả năng tạo phức mạnh Đây là một tính chất đặc trưng của các nguyên tố chuyển tiếp Nó tạo ra nhiều phức có tính chất đặc trưng và nhiều ứng dụng quan trọng với cả phân tử vô cơ và hữu cơ Đồng có khả năng tạo phức với các loại phối tử khác nhau như anion: OH ,SCN" hay các phân tử trung hoa H20, NH3 Khi mức oxi hóa tăng thì khuynh hướng tạo phức của Cu tăng Số phối trí đặc trưng của phức Cu là 2 và 4

Các phức của Cu2 + với các phối tử khác nhau thường có mầu đặc trưng (xanh, vàng, nâu) phức Cu2 + với NH3 có mầu xanh đậm

Ngoài ra người ta biết nhiều đến phức chất của Cu(II) với các anion cacbonat; sunfat; xianua: K2[Cu(C03)2]; Na2[Cu(S04)2.6H20]

1.7 Tác dụng sinh lí của Cu [3,4]

Đồng đóng vai trò quan trọng đối với nhiều loại thực vật và động vật Đồng tác động đến nhiều chức năng cơ bản và là một phần cấu thành nên các enzyme quan trọng trong cơ thể Nó tham gia vào các hoạt động: Sản xuất hồng cầu sinh tổng hợp elastin và myelin, tổng hợp nhiều hoocmon( catecholamine tuyến giáp, corticoid), tổng hợp nhiều sắc tố Enzyme - Cu hay còn gọi là superoxy dismutase (SOD) được nghiên cứu nhiều nhất SOD có chức năng điều

Luận văn tốt nghiệp Khoa KHTN &XH

hoa các gốc tự do, bảo vệ cấu trúc và cơ chế chuyển hoa tế bào, ngăn ngừa hiện tượng lão hoa Cytochoromoxydase cũng sử dụng đồng như một chất xúc tác Nó

có mặt trong các mô có nhu cầu năng lượng( cơ tim, gan và chất xám của não),

và có vai trò khống chế áp suất oxi

Tổng hàm lượng đồng trong cơ thể từ 80-120mg và nhu cầu hằng ngày của một người có sức khoe trung bình là 3mg Thiếu hay thừa Cu trong cơ thể người

sẽ dẫn đến các rối loạn chuyển hoa chất và các tình trạng bệnh lí khác nhau Thiếu Cu ở trẻ sơ sinh và đang bú mẹ gây nên hiện tượng thiếu máu nặng và thiếu bạch cầu trung tính Những trẻ em mắc bệnh suy nhược nhiệt đới( gọi là Kwashiskor) thì biểu hiện thiếu Cu mất sắc tố ở lông tóc, những trẻ mất khả năng đọc và đánh vần khó nhọc thì hàm lượng Cu và Mg trong tóc cao hơn nhiều so với trẻ em bình thường Nếu hàm lượng Cu trong tóc tăng thì bệnh bao gồm cả thiếu máu, viêm gan, suy thận Đối với người trưởng thành, thiếu Cu có thể dẫn đến rối loạn mô liên kết, giảm hoạt động của tuyến giáp, thiếu máu Khi khả năng tích trữ của Cu đã quá giới hạn, chứng suy thoái và xơ gan kéo theo một lượng Cu dư chạy vào trong máu, sau đó được giữ lại trong não, thận, mật Nếu ở

mô não nồng độ Cu tăng và nồng độ Zn giảm thì sẽ xuất hiện chứng sớm mất trí nhớ Vì vậy việc tìm hiểu về nguyên tố Cu cũng như phương pháp xác định Cu là cần thiết để góp phần bảo vệ sức khỏe con người