BÀI GIẢNG HÓA PHÂN TÍCH

Bài giảng HÓA PHÂN TÍCH (ANALYTICAL CHEMISTRY CBGD : TS GVC HOÀNG THỊ HUỆ AN Bộ môn HÓA, ĐH Nha Trang Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA PHÂN TÍCH 1.1 NỘI DUNG, VAI TRÒ, YÊU CẦU CỦA MÔN HỌC a) Nội dung : nghiên cứu phương pháp xác định thành phần định tính / định lượng cấu tử đối tượng phân tích Cấu tử : ion, nguyên tử, phân tử, nhóm chức… Định tính : nhận biết có mặt cấu tử mẫu phân tích dựa vào tính chất hóa học hay vật lý đặc trưng (màu, mùi, dạng tinh thể, hiệu ứng vật lý,…) Định lượng : xác định hàm lượng cấu tử nghiên cứu mẫu phân tích b) Vai trò hóa phân tích : ứng dụng nhiều lĩnh vực - khoa học-kỹ thuật : hóa học, sinh học, thực phẩm, dược phẩm, y học, môi trường, nông hóa thổ nhưỡng, địa chất, vật liệu, khảo cổ, pháp y,… - sản xuất : công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, xử lý môi trường,… c) Yêu cầu người học : - lý thuyết : nắm vững tính toán nồng độ, nguyên tắc khả ứng dụng phương pháp phân tích  vận dụng - thực hành : nắm vững kỹ thao tác ; cẩn thận, kiên trì, xác; báo cáo số liệu trung thực 1.2 PHÂN LOẠI CÁC PP PT ĐỊNH LƯỢNG - LỰA CHỌN PP : PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG PP HÓA HỌC PP HÓA LÝ (PP PT cổ điển) (PP PT công cụ/ PP PT đại) PT THỂ TÍCH PT KHỐI LƯỢNG (PP CHUẨN ĐỘ) : • Acid - baz PT QUANG : PT ĐIỆN HÓA : PT SẮC KÝ : • Phức chất • Phân tử • Đo • Sắc ký • Kết tủa • Nguyên tử • Đo độ dẫn điện • Điện di • Oxy hóa-khử • Hấp thụ • Đo điện lượng • Phát xạ • Điện khối lượng • Cực phổ/Volt-Amper TIÊU CHÍ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH : - hàm lượng cấu tử phân tích (đa lượng, vi lượng, vết ?) Cấu tử đa lượng(%X= 0,1- 100%)  PP PT hóa học Cấu tử vi lượng (%X = 0,01 – 0,1%)  PP PT công cụ Cấu tử vết : (%X = 10-7% - 0,01%)  PP PT công cụ độ nhạy cao Cấu tử siêu vết (%X < 10-7%)  PP PT công cụ độ nhạy cao - Yêu cầu độ đúng, độ xác, độ nhạy phương pháp - Điều kiện trang thiết bị phân tích - Thời gian, chi phí phân tích 1.3 CÁC GIAI ĐOẠN CỦA MỘT QUY TRÌNH PHÂN TÍCH Xác định vấn đề Thu mẫu đại diện - Chọn PP phân tích - PP xử lý mẫu - Kế hoạch PT (Thu mẫu ? Đo mẫu ?) Theo nguyên tắc thống kê : “Thành phần mẫu tiêu biểu cho toàn đối tượng phân tích” Xử lý mẫu Mẫu  dạng thích hợp cho việc thực trình phân tích: (hòa tan mẫu; loại bỏ cấu tử cản trở; làm giàu cấu tử phân tích) Đo mẫu Áp dụng pp phân tích  số liệu pt Xử lý số liệu – Tính kết Kết luận - Xử lý số liệu PT (toán thống kê) - Tính kết sai số -Kết luận vấn đề phân tích 1.4 YÊU CẦU VỀ HÓA CHẤT DÙNG TRONG HÓA PHÂN TÍCH Tinh khiết phân tích (PA ; AR) : 99,90 % ≤ X ≤ 99,99 % Tinh khiết hóa học (CP): 99,990 % ≤ X ≤ 99,999 % Tinh khiết quang học (đặc biệt) : 99,9990 % ≤ X ≤ 99,9999 % Chú ý : Không dùng hóa chất kỹ thuật (X ≤ 99 %) ! 1.5 MỘT SỐ KIẾN THỨC ĐẠI CƯƠNG CẦN THIẾT 1.5.1 Nồng độ dung dịch – Pha chế dung dịch 1.5.1.1 Các loại nồng độ thông dụng Hóa PT a) Nồng độ mol (C ; M = mol/L) : số mol chất tan có lít dung dịch nA mA CA   V M V   mA nA   C A V M m A  C A M V b) Nồng độ đương lượng (N ; N = đlg/L) : số đương lượng gam chất tan có lít dung dịch n A mA NA   V ĐAV mA nA   N A V Đ m A  N A Đ A V  Cách tính đương lượng gam chất : MA ĐA  z z thay đổi theo phản ứng mà A tham gia  Phản ứng trung hòa : A acid : z = số ion H+/ phân tử A bị trung hòa A baz : z = số ion OH-/ phân tử A bị trung hòa Phản ứng trao đổi ion : z = số điện tích/1 phân tử A trao đổi Phản ứng oxy hóa – khử : z = số electron/ phân từ A cho hay nhận p/ứng Sơ đồ thiết bị HPLC THIẾT BỊ SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC) Tách hỗn hợp peptid phương pháp HPLC SƠ ĐỒ THIẾT BỊ SẮC KÝ KHÍ (GC) Phân tích hỗn hợp thuốc trừ sâu chứa Clor nước (pp GC) Các đại lượng sắc ký : tR : thời gian lưu t0 : thời gian chết tR’= tR – t0 : thời gian lưu hiệu dụng k’: thừa số lưu giữ t R  to t R ' k'  to to α : hệ số chọn lọc Sắc ký đồ  t ' R k '2  t 'R1 k '4 N : số đĩa lý thuyết N=L/H Định tính : so sánh tR’ mẫu chuẩn điều kiện sắc ký (phương pháp đồng sắc ký; phương pháp thêm) Định lượng : dựa tính chất Sx ~ Cx -Tính % X mẫu phân tích : Sx %X  100 %  Si i - Tính nồng độ dung dịch phân tích : Phân tích dung dịch chuẩn mẫu điều kiện  đo diện tích pic Si dùng phương pháp so sánh hay phương pháp đường chuẩn C = f (Speak) Chương PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 6.1 Chữ số có nghĩa: gồm chữ số đứng trước xác định xác chữ số cuối ước lượng gần 6.2 Biễu diễn kết đo trực tiếp gián tiếp : a) Biểu diễn kết đo trực tiếp : Nguyên tắc : Kết đo trực tiếp phải biểu diễn phù hợp với độ xác dụng cụ đo lường Câu hỏi : Lấy “15,5 ml “ ống đong khắc vạch ml  ghi … … ml (có chữ số có nghĩa ?) …………… pipet / buret khắc vạch 0,1 ml ghi …… ml (có chữ số có nghĩa ? ) Lưu ý : - Chữ số đứng trước nghĩa Câu hỏi : g = 0,005 kg = 0,0000005 (có chữ số có nghĩa ? ) Biểu diễn khoa học : g = 5,000.10 -3 kg (Đúng / Sai ?) - Chữ số đứng sau có nghĩa hay không tùy trường hợp Câu hỏi : Cách biểu diễn kết đo trực tiếp số chữ số có nghĩa trường hợp sau : a/ Cân “5 g” cân kỹ thuật xác g b/ Cân “5 g” cân phân tích xác 0,1 mg - Các chữ số phần đặc trị kết lấy logarit số nghĩa; chữ số phần định trị có nghĩa Câu hỏi : Tính pH dung dịch a/ HCl 0,1 M  pH = …… b/ NaOH 0,100 M  pH = ……… Tính nồng độ H+ dung dịch sau : a)HNO3 có pH = 2,00 b) KOH có pOH = 3,7 b) Biểu diễn kết đo gián tiếp : Nguyên tắc : Độ xác kết đo gián tiếp lớn độ xác số hạng xác biểu thức tính Bài tập : Chuẩn độ 50,00 ml Fe2+ dung dịch chuẩn KMnO4 0,0500 N môi trường có pH = tiêu tốn hết “4,2 ml” Biểu diễn nông đô mol Fe2+ dung dịch định phân trường hợp sau : a) Dung dịch chuẩn KMnO4 chứa buret thông thường (khắc vạch 0,1 ml) b) Dung dịch chuẩn KMnO4 chứa microburet (khắc vạch 0,01 ml) 6.3 Sai số hệ thống – Sai số ngẫu nhiên Phân biệt Sai số hệ thống Đặc điểm Dấu (+ hay -) định Chủ quan  xác định Nguyên nhân - Dụng cụ, thiết bị không xác - Phương pháp phân tích - Người phân tích thiếu kinh nghiệm Cách hạn - Dùng dụng cụ, thiết bị chế xác (chuẩn hóa trước đo) - Dùng phương pháp - Người phân tích : cẩn thận, kinh nghiệm Sai số ngẫu nhiên Dấu không xác định Ngẫu nhiên (khách quan)  không xác định - Môi trường : nhiệt độ, không khí, độ ẩm, ánh sáng,… - Người phân tích -Phân tích nhiều lần - Xử lý số liệu phương pháp thống kê 6.4 Các đại lượng thống kê : n Giá trị trung bình Xn  Giá trị thực   Xi n  lim X n n   Độ lệch chuẩn n Sn  (Xi  X n) n i 1 n 1 Phương sai i 1 i n 1 n   lim S n  n   Hệ số biến thiên  X  ( X )  i  i / n) ( X   )  i i 1 n Sn CV  100 % Xn 6.5 Loại giá trị nghi ngờ chuẩn Q : - Sắp xếp kết theo thứ tự tăng dần : X1 < X2 < ….< Xn - Tính Qtn So sánh với Qlt (tra bảng) Qtn > Qlt : loại bỏ giá trị nghi ngờ Qtn < Qlt : giữ lại giá trị nghi ngờ Giá trị Qlt ứng với số lần thí nghiệm độ tin cậy P Giá trị nghi ngờ Giá trị nhỏ X1 Giá trị lớn Xn Công thức tính Qtn Số TN n 90% 95% 99% 0,94 0,98 0,99 0,76 0,85 0,93 0,64 0,73 0,82 0,56 0,64 0,74 X n  X n 1 0,51 0,59 0,68 X n  X1 0,47 0,54 0,63 0,44 0,51 0,60 10 0,41 0,48 0,57 X  X1 X n  X1 Qlt 6.6 Ước lượng kết phân tích chuẩn Student : X n  t f ,P S n    X n  t f ,P hay :   X n  t f ,P S n S n Bậc tự f 10 11 12 13 14  Độ tin cậy P 90 % 95% 99% 6,31 12,7 63,70 2,92 4,30 9,92 2,35 3,18 5,84 2,13 2,78 4,60 2,02 2,57 4,03 1,94 2,45 3,71 1,90 2,36 3,50 1,86 2,31 3,36 1,83 2,26 3,25 1,81 2,23 3,17 1,80 2,20 3,11 1,78 2,18 3,06 1,77 2,16 3,01 1,76 2,14 2,98 1,64 1,96 2,58 [...]... PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH 2.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH 2.1.1 Nguyên tắc phương pháp : Đo thể tích dung dịch chuẩn R cần dùng để phản ứng vừa đủ với một thể tích chính xác của dung dịch phân tích X : aX+bRcP+dQ  Xác định nồng độ cấu tử X trong dung dịch phân tích 2.1.2 Tiến hành : Nhỏ từ từ dung dịch chuẩn R (được chứa trong burette) vào một thể tích chính xác VX ml của dung dịch phân. .. nhanh - chọn lọc - có cách nhận ra ĐTĐ 2.1.9 Phân loại các phương pháp phân tích thể tích: dựa theo bản chất của phản ứng chuẩn độ - Chuẩn độ acid – baz - Chuẩn độ phức chất - Chuẩn độ kết tủa - Chuẩn độ oxy hóa – khử 2.1.10 Các cách chuẩn độ - Cách tính kết quả phân tích : a) Chuẩn độ trực tiếp: - Nguyên tắc: Thêm dần dung dịch chuẩn R vào dung dịch phân tích X đến lúc chỉ thị chuyển màu X+R  P+Q...  P1  P2  Bài tập : Hãy pha chế 500 mL NH4OH 10% (w/w) từ dung dịch NH4OH đặc 25% (w/w) có d = 0,91 g/mL b) Pha chế dung dịch chuẩn :  Dùng chất gốc : Chất gốc là chất rắn, dạng tinh thể hạt nhỏ, thỏa mãn các yêu cầu : -Tinh khiết phân tích (PA; AR) / tinh khiết hóa học (CP) : % tạp chất =0,01 – 0,02% -Thành phần hóa học ứng với một công thức phân tử xác định - Bền trong không khí - Phân tử lượng... phân tích X (chứa trong bình nón) đến lúc R phản ứng vừa đủ với X 2.1.3 Một số thuật ngữ : Quá trình chuẩn độ (quá trình định phân) : quá trình thêm dần dung dịch chuẩn R vào dung dịch phân tích X  Điểm tương đương (ĐTĐ) : thời điểm mà lượng dung dịch chuẩn R nhỏ vào tương đương với lượng dung dịch X đem chuẩn : nR = nX  VRNR = VxNX  Điểm cuối (ĐC) : thời điểm kết thúc chuẩn độ  Mức độ định phân. .. Kcb : Kcb càng nhỏ  ∆pXđp càng nhỏ Chú ý : ∆pXđp  0  không chuẩn độ được ! 2.17 Các cách phát hiện ĐTĐ: - Phương pháp hóa học: dùng chất chỉ thị - Phương pháp hóa lý: theo dõi sự thay đổi cường độ một đại lượng vật lý nào đó (pH, thế oxy hóa khử, cường độ màu,…) của dung dịch phân tích trong quá trình chuẩn độ A 0 VĐTĐ VR 2.1.8 Yêu cầu đối với phản ứng chuẩn độ: aX+bR c P + d Q ; Kcb - mang tính định... lượng hóa chất cần dùng (m hay V) - Lấy lượng hóa chất trên dư 5 -10% so với lượng tính toán (cân hay dùng ống đong thể tích) Hòa tan trong V (L) nước cất - Chuẩn độ dung dịch vừa pha chế bằng dung dịch chuẩn gốc thích hợp - Pha loãng dung dịch vừa pha chế để được dung dịch có nồng độ đúng như đã yêu cầu a) Pha từ chất gốc b) Pha từ ống chuẩn Pha chế dung dịch chuẩn Một số dụng cụ thông dụng trong hóa phân. .. loãng dung dịch vừa pha chế để được dung dịch có nồng độ đúng như đã yêu cầu a) Pha từ chất gốc b) Pha từ ống chuẩn Pha chế dung dịch chuẩn Một số dụng cụ thông dụng trong hóa phân tích Một số dụng cụ thông dụng trong hóa phân tích (Các loại pipet) 1.5.2 Tính pH dung dịch acid – baz : 1.5.2.1 Acid - baz theo quan điểm Brönsted : Acid : cho H+ ; Baz : nhận H+ A H+ + B A/B : cặp acid – baz liên hợp  Phản... ∆pXđp hay hàm p của X (hay R) ĐTĐ - Trục hoành: biểu diễn thể tích VR hay mức độ định F 0 0.5 1 1.5 2 phân F Đặc điểm của đường chuẩn độ : - Có bước nhảy khi qua ĐTĐ Quy ước : Bước nhảy ∆pXđp là khoảng giá trị pX ứng với sự thay đổi giá trị F từ 0,999 đến 1,001 - Bước nhảy càng ngắn  phát hiện ĐTĐ càng khó chính xác  sai số phương pháp phân tích càng lớn - Bước nhảy của đường chuẩn độ phụ thuộc các...  P+Q - Tính kết quả: nX = nR  Vx.Nx = VR.NR  - VR N R Nx  VX Mẫu rắn: a (g) mẫu  V0 ml dung dịch X lấy Vx ml dung dịch X phân tích tiêu tốn VR ml (NR) VR N R V0 100 % X ( w / w)  ĐX 1000 VX a - Mẫu lỏng: Vpt (ml) mẫu  V0 ml dung dịch X lấy Vx ml dung dịch X phân tích tiêu tốn VR ml (NR)  ? ... dung dịch Vct % P (v / v )  100 % Vdd d) Độ chuẩn : TA (g/mL) : số gam chất A / 1 mL dung dịch e) Độ chuẩn của chất A theo chất X cần định phân TA/X (g/mL) : số gam chất X tương đương với 1 mL dd A f) Độ pha loãng (D) : tỷ số giữa thể tích của chất lỏng đặc với thể tích dung môi dùng để pha loãng Ví dụ : HCl 1:4 (v/v) g) ppm, ppb, ppt  ppm (part per million) : Mẫu dd : 1 ppm (w/v)= 1mg/L = 1g/mL Mẫu