Tách Cu2+ và Ni2+ trên cột sắc ký trao đổi cation

Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ Bài : Tách Cu2+ Ni2+ cột sắc ký trao đổi cation I Mục đích sở lí thuyết: Mục đích: - Tách Cu2+ Ni2+ cột sắc ký trao đổi cation - Nắm rõ cách nhồi cột thao tác kỹ thuật phương pháp động Cơ sở lý thuyết: 2.1.Kỹ thuật sắc ký trao đổi ion: - Sắc ký tên gọi chung phương pháp tách chất Có pha: + Pha tĩnh : pha thường đứng yên có khả hấp thụ chất phân tích ( nhựa trao đổi ion) + Pha động : pha di chuyển qua pha tĩnh (là dung dịch trao đổi) - Sắc ký trao đổi ion phương pháp sắc ký lỏng rắn, sử dụng rộng rãi dể tách ion vô chất hữu tồn trạng thái ion - Cột sắc ký trao đổi ion cột làm thủy tinh thủy tinh hữu cơ, đáy có khóa để điều chỉnh tốc độ dòng chảy qua cột ( dùng burette thay ), - Để lớp thủy tinh ( lượng vừa phải ) xuống cột, lớp ionit để tránh hạt ionit rớt xuống làm tắc lỗ khóa đầu cột - Ion sau ngâm đến trương nước đổ vào cột nước để: + Tránh tượng “ nứt cột” tạo bọt khí, làm giảm hiệu tách cột + Khi sa lắng cột xuống phía dưới, hạt ionit có khối lượng kích thước rơi với tốc độ nhau, tạo thành lớp hạt đồng tiết diện cắt ngang cột, nhờ làm giảm giãn vùng khuếch tán xoáy - Một phép tách sắc ký trao đổi ion thường gồm giai đoạn sau: a Hấp thu hỗn hợp cần tách lên cột : - Để giữ toàn ion dung dịch định phân, cần dùng lượng ionit lớn lượng tính toán để hỗn hợp phân tích chiếm phần nhỏ phía cột  giữ lại kim loại cột  hấp thu GVHD : Nguyễn Thị Cúc -1 Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ b Giải hấp ion hấp thu cột: - Ở giai đoạn này, ion giải hấp khỏi cột dung dịch thích hợp acid có nồng độ khác nhau, dung dịch chất tạo phức bền với ion cần tách Tùy trường hợp cụ thể mà dung dịch, giải hấp liên tiếp số ion, có trường hợp với ion, người ta dùng dung dịch giải hấp riêng, có nồng độ chất giải hấp làm gia tăng trình giải hấp (giải hấp gradient)  tách ion kim loại khỏi nhựa chất khác c Rửa ionit sau giải hấp : - Dùng dung dịch thích hợp để đuổi hết dung dịch giải hấp lưu lại cột, khoảng trống hạt ionit  loại bỏ dung dịch giải hấp ( kim loại) d Tái sinh ionit : - Đưa ionit trở dạng ban đầu e Rửa ionit sau tái sinh: - Rửa cột nước cất để loại hết dung dịch tái sinh cột Sau đoạn này, dùng cột cho phép tách  bước sau không cần 2.2 Tách Cu2+ Ni2+ cột trao đổi cation: - Dùng cationit acid yếu dạng Na+ làm pha tĩnh Như biết, cationit acid yếu có nhóm sinh ion nhóm carbocylic, loại cationit dùng môi trường trung tính kiềm nhóm carbocylic acid yếu, không phân ly môi trường acid Cationit acid yếu dạng H+ ký hiệu R- COOH, dạng Na+ ký hiệu R – COONa, đây, R polymer trơ cationit - Tách sắc ký hỗn hợp Cu+ Ni2+ cột nhồi cationit acid yếu dạng Na+ gồm giai đoạn sau: a Thay đổi dạng ion linh động cationit từ H+ sang Na+ : - Đầu tiên nhồi vào cột cationit yếu dạng H+, sau cho qua dung dịch hỗn hợp NaOH – NaCl ( độ pH cột thêm hóa chất giảm ( có HCl ) mà pH nhỏ gây đến việc cationit R- COOH không bị phân li  không tạo độ ion linh động để tham gia trao đổi ion với dung dịch  sai lệch kết quả) - Phản ứng trao đổi ion diễn sau: GVHD : Nguyễn Thị Cúc -2 Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ R – COOH + Na+(dd) + OH-(dd)  R – COONa + H2O - Rửa cột nước cất để đuổi hết dung dịch NaOH – NaCl Kiểm tra cách nhúng giấy quỳ đỏ vào nước rửa chảy đáy cột b Hấp thu hỗn hợp Cu2+ - Ni2+ lên cột: - Cho hỗn hợp cần tách chứa Cu2+ N i2+ qua cột - Khi diễn phản ứng trao đổi ion sau: 2R-COONa + Cu2+(dd)  (R-COO)2Cu +2Na+(dd) 2R-COONa + Ni2+(dd)  (R-COO)2Ni + 2Na+(dd) c Giải hấp : - Trước hết, giải hấp Cu2+ cách dội qua cột dung dịch glycerin – NaOH Ion Cu2+ tạo phức mang điện âm màu xanh dương với glycerinat, không bị giữ cationit, đó, Ni2+ không tạo phức, giữ cationit - Sau đó, giải hấp Ni2+ HCl M: (R-COO)2Ni + 2H+ (dd)  2R-COOH + Ni2+(dd) - Như vậy, ion khảo sát giải hấp dung dịch khác Chất giải hấp Cu2+ tác nhân tạo phức, Ni2+ giải hấp đơn giản cách làm chuyển dịch cân trao đổi ion  cột thành màu ban đầu ( trắng)  giải hấp xong Ni2+ II Chuẩn bị hóa chất: • Chuẩn bị hóa chất cho tách sắc ký trao đổi ion: - Cationit acid yếu R-COOH Dung dịch Cu2+ 1mg/mL – Ni2+ 1mg/mL: Muối CuSO4.5H2O, M=249,685g/mol pha 250 mL Cu = 63,546 Ta có: 1mL CuSO4.5H2O → 1mg Cu2+ 250ml → 250mg CuSO4.5H2O → Cu2+ + 2SO42249,685 x(mg)? ⇒ x= 63,546 250mg 250.249,685 =982,30 (mg) = 0.982 (g) 63,546 GVHD : Nguyễn Thị Cúc -3 Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ Muối NiSO4.7H2O M=280,880g/mol Ni = 58,71 Ta có: 1mL NiSO4.7H2O → 1mg Ni2+ → 250mg 250ml NiSO4.7H2O → Ni2+ + 2SO42280,880 58,71 x(mg)? ⇒ x= 250mg 250.280,880 =1196,05 (mg) = 1,196(g) 58,71 Dung dịch NaCl 1M – NaOh 1M: Muối NaCl, pha 0,5 L M=58,443g/mol NaCl= CM.M.V=1.58,443.0,5=29,22(g) NaOH= CM.M.V=1.40.0,5=20(g) Dung dịch NaOH 2M: pha 0,5L a= CM.M.V=2.40,0,5=40(g) Dung dịch giải hấp Cu2+: pha 1,0L theo tỉ lệ 5mL glycerin + 95mL NaOH 2M Dung dịch HCl 3M: pha 1,0 L d=1,18 C%=36,46 CM=10.C%.d/M=10.36,46.1,18/36,5=11,79(M) Theo định lượng =>V=3.0,5.11,79=0,1273(l)=127,3(ml) • Chuẩn bị hóa chất cho phép đo iod – thiosulphat xác định Cu2+ : Dung dịch CH3COOH 4N: pha 100 mL a=CN.M.V/1000.n=4.60.100/1000.1= 24(g) Dung dịch KI 5% pha 100 mL Ta có: CM = 10.P%.d (1) M GVHD : Nguyễn Thị Cúc CM = a.1000 (2) M V -4 Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ Từ (1) (2) ⇒ ⇒ a = a.1000 10.P%.d = M V M 10.V P %.d 10.100.5.1 = = (g) 1000 1000 Dung dịch KSCN 10%: pha 100 mL a= 10(g) Dung dịch hồ tinh bột 1%: pha 100 mL a= 1(g) Dung dịch Na2S2O3.5H2O ≈ 0,01 N, Muối Na2S2O3.5H2O, pha 1,0 L M=248,18 g/mol a=CN.M.V/n=0,01.248,18/1=2,481(g) • Chuẩn bị hóa chất cho phương pháp complexon xác định Ni2+ : Dung dịch EDTA 0,01 M pha 1,0 L a= CN.M.V= 0,01.372,24.1= 3,7224(g) Chỉ thị Murexide 1% NaCl pha 10g hỗn hợp thị Dung dịch NH4OH 1M pha 250 mL a= CN.M.V/1000=1,35.250/1000=8,75(g) III Cách tiến hành: Ngâm cationit R-COOH trương nước, nạp vào burette có nước đén 1/3 chiều cao Cho qua cột 100 ml dung dịch NaOH 1M – NaCl 1M với tốc độ 2-3ml/min Sau rửa cột nước cất đến hết phản ứng kiềm ( thử nước chảy rửa giấy quì đỏ ) Cho qua cột 50 ml hỗn hợp Cu2+ mg/mL – Ni2+ mg/ml tốc độ ml/min Giải hấp Cu2+ hỗn hợp glycerin – NaOH tốc độ - ml/min Dùng cốc hứng dung dịch chảy khỏi cột Quan sát tượng cột, đặc biệt ý giãn rộng vùng Dừng giải hấp đoạn dung dịch màu xanh dương ( phức glycerinat đồng ) khỏi cột Lấy cốc đựng phân đoạn giải hấp đồng cột, vừa thêm từ từ dung dịch HCl 3M vào dung dịch vừa lắc đến màu xanh dương (phức glycerinat đồng bị phá hủy) Định mức dung dịch nước cất bình định mức tích gần GVHD : Nguyễn Thị Cúc -5 Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ Giải hấp Ni+ dung dịch HCl 3M với tốc độ Dùng cốc khác hứng phân đoạn giải hấp Dừng giải hấp cột có màu trắng hoàn toàn R-COOH Định mức dung dịch nước cất bình định mức tích gần Định lượng Cu2+ Lấy 10,0 ml dung dịch Cu2+ vào bình nón Thêm 2,5 ml CH3COOH N 2,5 ml KI 5% , lắc nhẹ Đậy bình nón, để yên chỗ tối 10 Từ burette nhỏ giọt dung dịch thiosulphat, lắc tới dung dịch có màu vàng rơm Tiếp tục thêm 0,5 ml dung dịch hồ tinh bột lại chuẩn độ dung dịch Na2S2O3 tới màu xanh tím Thêm tiếp 2,5 ml dung dịch KCSN 10% lắc kỹ lại chuẩn độ đén hoàn toàn màu xanh Ghi thể tích dung dịch chuẩn tiêu tốn Làm lần, lấy kết trung bình Tính lượng Cu2+ thu phân đoạn giải hấp thứ Định lượng Ni2+ Lấy 10,0 ml dung dịch Ni2+ vào bình nón Thêm thị Murexide Vừa thêm từ từ giọt NH4OH vừa lắc đén xuất màu vàng Chuẩn độ dung dịch EDTA 0,01 M đến dung dịch chuyển màu sang tím hồng Làm lần, lấy kết trung bình Tính lượng Ni2+ thu phân đoạn giải hấp thứ hai IV Kết thí nghiệm : Định lượng Cu2+: Phản ứng định lượng đồng: Cu2+ + I-  CuI + I2 I2 + I-  I-3 I-3 + S2O32-  S4O62- + IThể tích dung dịch thiosulphat tiêu tốn chuẩn độ Cu2+ : V1 V2 V3 5, 70 ml 5,70 ml 5,60 ml  V = 5,63(ml ) (C N V ) Cu 2+ = (C N V ) I = (C N V ) S O 2− => C NCu 2+ = (C N V ) S O − VCu + Cthiosulphat = 0,01N GVHD : Nguyễn Thị Cúc -6 Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ ĐCu + = 64 / = 32 *Trong 10ml dd chuẩn: CN Cu + = 0,01 * 5,63 = 5,63 × 10 −3 N 10 *Lượng Cu2+ thu phân đoạn giải hấp thứ nhất: Ta có :V = 100ml mCu + = C N * Đ * V = 5,63 × 10 −3 * 32 *100 = 18,016mg 2.Định lượng Ni2+ : Phản ứng chuẩn độ: Ni2+ + H3Ind-  NiH2Ind- + H+ (tím) (màu vàng) Ni2+ + H2Y2-  NiY2- +2H+ Thể tích dung dịch EDTA tiêu tốn chuẩn độ Ni2+ là: V1 V2 V3 15,20 ml 15,25 ml 15,25 ml  V = 15,23(ml ) (C N V ) Ni + = (C N V ) H Y − 2 CN EDTA= CM EDTA * 2= 0.01*2=0.02 N ĐNi2+ = 58.71/2 = 29.36 *Trong 10 ml dd chuẩn: GVHD : Nguyễn Thị Cúc -7 Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ CN Ni + = (C N V ) H Y − 2 V Ni + = 0,02 * 15,23 = 0,03 N 10 *Lượng Ni2+ thu phân đoạn giải hấp: Ta có: V=100ml mNi 2+ = C N * Đ * V = 0,03 * 29,36 *100 = 88,08mg GVHD : Nguyễn Thị Cúc -8 ... sau tái sinh: - Rửa cột nước cất để loại hết dung dịch tái sinh cột Sau đoạn này, dùng cột cho phép tách  bước sau không cần 2.2 Tách Cu2+ Ni2+ cột trao đổi cation: - Dùng cationit acid yếu dạng... nhúng giấy quỳ đỏ vào nước rửa chảy đáy cột b Hấp thu hỗn hợp Cu2+ - Ni2+ lên cột: - Cho hỗn hợp cần tách chứa Cu2+ N i2+ qua cột - Khi diễn phản ứng trao đổi ion sau: 2R-COONa + Cu2+( dd)  (R-COO)2Cu... phức, Ni2+ giải hấp đơn giản cách làm chuyển dịch cân trao đổi ion  cột thành màu ban đầu ( trắng)  giải hấp xong Ni2+ II Chuẩn bị hóa chất: • Chuẩn bị hóa chất cho tách sắc ký trao đổi ion: - Cationit