Thực hành hóa phân tích dùng cho dược sĩ đại học

222 BÀI 1A: KHẢO SÁT PHỔ UV-VIS CỦA DUNG DỊCH KALI PERMANGANAT TRONG MÔI TRƯỜNG ACID - Đo độ hấp thu của các dung dịch KMnO4 có nồng độ khác nhau tại đỉnh cực đại này và vẽ đường coi c

222 BÀI 1A: KHẢO SÁT PHỔ UV-VIS CỦA DUNG DỊCH KALI

PERMANGANAT TRONG MÔI TRƯỜNG ACID

- Đo độ hấp thu của các dung dịch KMnO4 có nồng độ khác nhau tại đỉnh cực đại này và vẽ đường coi chuẩn độ của độ hấp thu theo nồng độ

- Xác định nồng độ của chất cần đo theo hai phương pháp:

+ Suy ra nồng độ của chất cần đo từ đường biểu diễn này

+ Tính nồng độ của chất cần đo theo hệ số hấp thu mol 𝜀 trung bình được suy ra từ

5 hệ số hấp thu mol của các dung dịch đã đo theo công thức định luật Beer: 𝐴 = 𝜀 𝐶 𝑙 trong đó A: độ hấp thu, l: chiều dày của cuvet, C: nồng độ chất hấp thu, 𝜀: hệ số hấp thu mol

Lamber Máy quang phổ UV – Vis (THERMO SCIENTIFIC – EVOLUTION 300): máy

đo 2 chùm tia

(1) Điều kiện ứng dụng định luật Lamber-Beer:

- Ánh sáng phải đơn sắc

- Dung dịch phải loãng và trong suốt (không tán xạ)

- Chất khảo sát phải bền trong dung dịch và bền dưới tác dụng của tia UV-Vis (2) Đèn nguồn:

- Deuterium đo UV

- Tungsten đo Vis

222

(3) Sơ đồ khối máy quang phổ UV-Vis

(1) Đèn nguồn (2) Cách tử hoặc lăng kính (1200 vạch/mm) (3) Cốc đo

(4) Bộ phận phát hiện (5) + (6) Bộ phận khuếch đại và máy ghi tín hiệu

(4) Cốc đo

- Thạch anh có thể sử dụng trong vùng UV và Vis

- Thủy tinh và plastic: thích hợp cho vùng khả kiến (Vis)

(5) Mắt người nhìn thấy màu bổ trợ cho màu hấp thụ

(6) Màu tím của KMnO4 là màu sắc thấy được của chất còn màu hấp phụ là màu lục – vàng ở bước sóng 560 – 580nm

2 Lưu ý trong thực hành:

- Bảng 1.1 dung dịch S0 phải lấy bằng buret

- Chuẩn bị khi đi đo mẫu gồm: mẫu thử, mẫu trắng, khăn giấy, nước cất, cốc rửa

3 Cách đo

(1) Máy quang phổ gồm 4 chức năng chính (chỉ học 3)

- Scan: quét phổ: dùng để xác định độ hấp thu cực đại

- Fixed: đo điểm = photo metry

- Rate: đo động học: khảo sát thời gian phản ứng xảy ra hoàn toàn

- Quant: xác định đường chuẩn (Excel)

(2) Chức năng Scan: File -> New

Application Methods

Scan Method: cài đặt tham số

Date mode: Absorbance: độ hấp thu

222

T%: độ truyền qua

Start wavelength: bước sóng bắt đầu: 400nm

Stop wavelength: bước sóng kết thúc 650nm

Band width: độ rộng khe phổ: 1 – 2 tách đỉnh (KMnO4 = 2nm)

Scan speed: tộ độ 240nm/min

Graph High: độ cao của trục max = 2

Resuilt Tables:bảng giá trị: Peak Pick -> Set up

Sensitivity: Medium -> OK

* Bước 1: Baseline đường nền: loại trừ các đỉnh của mẫu trắng đưa các đỉnh về đường nền

- Cho mẫu thử (2 mẫu giống nhau) -> Run -> Proceed -> IDLE -> hoàn tất

- Bắt đầu cho chất cần xác định độ hấp thụ vào (Rửa cuvet bằng nước cất sau đó dùng dd cần đo rửa cuvet 3 lần)

* Bước 2: Bắt đầu cho mẫu: Run -> Name -> KMnO4 -> Proceed -> Bắt đầu quét phổ Ta thấy ở 𝑚𝑎𝑥 = 525nm và A = 0,1188

* Bước 3: Fixed: Fixed Method

Wavelength: 525nm (𝑚𝑎𝑥)

Baseline: 2 cuvet acid-> Proceed -> IDLE

Cho mẫu thử -> Run -> Name -> Proceed

4 Trả lời câu hỏi

(1) Khi sử dụng công thức Lambert-Beer thì nồng độ của dung dịch phải là nồng

222

(2) Chất khảo sát trong bài thực tập có màu tím hấp thu trong khoảng 500 –

600nm Phù hợp với lý thuyết Không thể khảo sát KMnO4 trong môi trường trung tính và kiềm

KMnO4 ở trong môi trường kiềm và trung tính Phản ứng xảy ra nhiều nấc, kém ổn định, dễ bị phân hủy dẫn đến sai số

- Trong môi trường trung tính: 𝑀𝑛7++ 3𝑒 → 𝑀𝑛4+(𝑡ạ𝑜 𝑀𝑛𝑂2𝑚à𝑢 đ𝑒𝑛)

- Trong môi trường kiềm: 𝑀𝑛7++ 𝑒 → 𝑀𝑛6+ (𝑡ạ𝑜 𝑚𝑢ố𝑖 𝐾2𝑀𝑛𝑂4 𝑚à𝑢 𝑥á𝑚)

- Môi trường acid KMnO4 có tính oxi hóa mạnh nhất

(3) Mẫu trắng được sử dụng trong bài thực tập là H2SO4 Không thể thay bằng nước cất

(4) Mục đích của việc pha loãng dung dịch chuẩn 1 – 5: điều kiện của định luật Lamber-Beer, xây dựng đường chuẩn, xác định nồng độ

(5) Nếu chỉ đo độ hấp thu A của một dung dịch chuẩn (chẳng hạn dung dịch S3) thì vẫn xác định được 𝜀 Phải tính hệ số hấp thu mol trung bình của 5 dung dịch để tránh sai số

(6) Phải đo mẫu trắng để máy có thể loại các đỉnh hấp thu của mẫu trắng như vậy còn các đỉnh của KMnO4 như vậy sẽ chính xác hơn

(7) Mối liên hệ giữa độ hấp thu và độ truyền quang

* Cách 2: Dựa vào số liệu C(M) và A ta vẽ được đồ thị y = ax + b

222

Trong đó: y là độ hấp thu của dung dịch KMnO4 tại bước sóng 525nm, x là nồng

độ dung dịch KMnO4 cần tìm

BÀI 1B: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI VÀ pH ĐẾN SỰ HẤP

THU UV CỦA BENZEN VÀ PHENOL

1 Cơ sở lý thuyết:

Phổ điện tử là một đường cong trình bày những biến đỏi cường độ hấp thu (A) của chất khảo sát theo độ dài sóng () Dạng của phổ phụ thuộc vào bản chất của chất khảo sát, môi trường

Phổ hấp thụ UV-Vis của benzene thể hiện hai dãy hấp thu được định danh như sau: Chuyển dịch 𝜋 → 𝜋∗

Dãy E 202nm 𝜀=7000 M-1cm-1

Dãy B 254nm 𝜀=200 M-1

cm-1

Và phổ hấp thụ UV-Vis của phenol (benzel gắn một nhóm thế OH trên vòng thơm)

sẽ có những hiệu ứng chuyển dịch sang đỏ hoặc hiệu ứng chuyển dịch sang xanh của các dãy này

- Nhóm mang màu(chromophore) là nhóm chức chưa no, liên kết đồng hóa trị trong phân tử gây ra sự hấp thụ bức xạ trong vùng UV-Vis (>200)

- Nhóm trợ màu (auxochrome) là những nhóm thế no gắn vào nhóm mang màu làm thay đổi cả bước sóng lẫn cường độ của dải hấp thụ cực đại Thường làm chuyển dịch 𝑚𝑎𝑥về phía dài hơn

- Sự chuyển dịch sang đỏ (Red Shift = bathochromic shift) 𝑚𝑎𝑥 chuyển về bước sóng ngắn hơn

- Sự chuyển dịch sang xanh (blue shift = hypsochromic shift) 𝑚𝑎𝑥 chuyển về bước sóng ngắn hơn

- Hiệu ứng tăng cường độ thường kèm theo sự chuyển dịch sang đỏ Hiệu ứng giảm cường độ thường kèm chuyển dịch xanh

- Các yếu tổ ảnh hưởng đến độ hấp thụ:

+ Cấu trúc phân tử

3 Trả lời câu hỏi

(1) Phổ đồ UV-Vis từ dung dịch 1 sang dung dịch 2 được quan sát thấy có sự

chuyển dịch sang đỏ (bathocrome) và hiệu ứng tăng màu (hyperchrome) do

Benzen/cyclohexan hấp thu ở khoảng bước sóng 220-270nm còn

phenol/cyclohexan hấp thu ở bước sóng 220-280nm như vậy sự chuyển dịch bước sóng dài hơn, chứng tỏ có gắn nhóm trợ màu đó là nhóm OH

(2) Phổ đồ UV-Vis từ dung dịch 3 sang dung dịch 4 và 5 được quan sát thấy có chuyển dịch sang đỏ (bathocrome) và hiệu ứng tăng màu (hyperchrome) do

Dung dịch 3: phenol/cyclohexan hấp thu ở khoảng bước sóng 220-280nm

Dung dịch 4: phenol/nước cất hấp thu ở khoảng bước sóng 220-280nm

Dung dịch 5: phenol/ NaOH hấp thu ở khoảng bước sóng 280-300nm

Chứng tỏ cùng một chất là phenol pha trong nhiều hệ dung môi khác nhau thì có những đỉnh hấp thu khác nhau (có chất có một đỉnh, có chất nhiều đỉnh) Trong môi trường trung tính và kiềm có sự chuyển dịch bước sóng dài hơn trong dung môi hữu cơ

(3) Chất liệu của cốc đo sửa dụng trong bài thực tập là thạch anh vì chất liệu này

đo được trong vùng UV

(4) Phép đo bài thực tập được thực hiện trong vùng UV (bước sóng 200-375nm) (5) Dung dịch trắng trong suốt hấp thu trong vùng UV là chủ yếu Dung dịch có màu hấp thu trong vùng Vis là chủ yếu

BÀI 2A: ĐỊNH LƯỢNG NITRIT BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ

UV- VIS

1 Cơ sở lý thuyết:

222

- Acid nitro (hay những nitrit trong môi trường aicd) tạo với acid sulfanilic thành một hợp chất diazoic có thể hấp thu trong quang phổ tử ngoại Phản ứng xảy ra như sau:

- Trong đó acid sulfanilic là thuốc thử hóa học, Natri nitric là chất cần định lượng, HCl làm môi trường, hợp chất diazo là chất cần tìm 𝑚𝑎𝑥

- Đây là phương pháp định lượng gián tiếp

- Đồ thị chế độ Fixed: Độ hấp thu A theo nồng độ CM

- Đồ thị chế độ Scan: Độ hấp thu A theo bước sóng 

- Đồ thị chế độ Rate: Độ hấp thu A theo thời gian t

2 Lưu ý trong thực hành:

- Nếu đề yêu cầu thực hành hết thì làm 3.5 trước rồi làm song song với 3.3

- Bảng 2.1: Lấy dung dịch NaNO2 để định đượng và dung dịch chuẩn NaNO2 bằng buret Dung dịch acid sulfanilic và dung dịch HCl bằng pipet khắc vạch, nước cất dùng bình định mức X là định lượng NaNO2 chưa biết nồng độ

- Khi tính toán C x 20 vì pha loãng 20 lần

3 Trả lời câu hỏi:

(1) Nguyên tắc phản ứng: Acid nitro tạo với acid sulfanilic thành một hợp chất diazoic có thể hấp thu trong quang phổ tử ngoại do có nối đôi và các chất xung quanh có điện tử tự do vì vậy có thể đo được trong vùng UV-Vis

(2) Khi tự pha chế thuốc thử trong bài, phải tuân theo đúng thứ tự trong bảng 2.1 vì nếu HCl được thêm vào trước acid silfanilic thì một phần nitrit có thể bị oxy hóa thành nitrat và như vậy sẽ không định lượng được

222

(3) Trong phần khảo sát động học của phản ứng theo thời gian, không cần đo ngay lâp tức vì mục đích là khảo sát thời gian phản ứng xảy ra hoàn toàn nên độ hấp thu không thay đổi

(4) Sử dụng phương pháp Rate để khảo sát thời gian cuối của phản ứng là nơi phản ứng đạt trạng thái cân bằng

(5) Có 3 phương pháp sinh viên sử dụng: Rate, Scan, Fixed

(6) Sử dụng bước sóng 270nm vì bước sóng này gần với cực đại hấp thu của nhóm chức N=N

(7) Không dùng cốc đo thủy tinh vì thủy tinh hấp thu tia UV

(8) Dùng bình số 5 để khảo sát vì bình này nồng độ NaNO2 cao nhất nếu bình 5 đã phản ứng hết thì các bình còn lại đều phản ứng hết

(9) Ở giai đoạn chọn 𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 𝑣à 𝑒𝑛𝑑 có thể chọn khác với trong bài miễn là có  = 270nm

(10) Phương pháp chuẩn ngoại: là phương pháp so sánh chất thử và chất chuẩn Áp dụng trong trường hợp với những chất không thể định lượng trực tiếp mà phải định lượng gián tiếp qua một chất khác

(11) Ở giai đoạn định lượng dung dịch có nồng độ chưa biết bằng phương pháp chuẩn ngoại, sau khi bổ sung nước cất vừa đủ thì phải chờ thời gian bằng tmax vừa xác định để phản ứng xảy ra hoàn toàn khi đo mới chính xác và không sai số

(12) Đèn của nguồn đo UV và Vis trong máy đo quang phổ UV-Vis: Xenon

BÀI 2B: ĐỊNH DANH MỘT SỐ HỢP CHẤT TINH KHIẾT BẰNG QUANG

PHỔ HỒNG NGOẠI (IR)

1 Cơ sở lý thuyết:

- Năng lượng quay và năng lượng dao động của phân tử chủ yếu do các liên kết khung như C-H, C-C và các liên kết của nhóm chức như C=O, C-O, C=C, OH, NH,… khi phân tử hấp thu ánh sáng trong vùng hồng ngoại Do đó phổ IR còn gọi

là phổ dao động - quay

- Phổ hồng ngoại là phương pháp chuẩn xác để định tính vì mỗi một chất chỉ cho một vùng “điểm chỉ” của phổ không trùng lặp với phổ của các chất khác Những đặc tính của phổ hồng ngoại có thể được dùng như là phép thử hàng đầu để định

- Trộn đều mẫu đo với KBr theo tỉ lệ khoảng 1/100 (tính theo mg) trên cối đá mã não (đá agate, có màu xanh rêu, thành phần chính là SiO2, độ cứng 7)

2 Trả lời câu hỏi:

(1) Phổ IR còn gọi là phổ dao động quay vì khi kích thích phân tử dao động với bức xạ trong vùng IR gần và IR cơ bản, phân tử hấp thu trong vùng này cho phổ dao động quay

(2) Mục đích thực hiện phổ IR: để định tính, vì mỗi chất chỉ cho một vùng điểm chỉ của phổ không trùng lặp với phổ những chất khác, hoặc có thể dùng để định lượng

(3) Các chất có thể dùng làm cốc đo trong phổ IR: tấm NaCl, tấm KBr, viên nén KBr, cốc đo bằng KBr Sử dụng những chất này vì không hấp thu trong vùng IR (4) Tỉ lệ chất khảo sát và KBr để ép viên đo phổ IR là 1/100 (tính theo mg)

(5) Nếu chất khảo sát quá ẩm thì không sử dép viên nén KBr vì trong môi trường nước sẽ có nhóm OH-

sẽ hấp thu trong vùng IR làm phổ có đỉnh OH như vậy sẽ gây nhầm lẫn với các chất khác

(6) Không sử dụng nước để rửa cốc đo vì KBr tan trong nước nếu dùng nước rửa cốc thì cốc sẽ hư

(7) Các bộ phận chủ yếu của máy đó FT – IR: Đèn nguồn, giao thoa kế Michelson, mẫu, detector, máy tính, máy ghi và máy in

(8) Vùng dấu vân tay có số sóng trong khoảng 1300 – 910 cm-1

(9) Vùng có số sóng lớn hơn 1500 cm-1 là vùng nhóm chức (4000 – 1300 cm-1) (10) Đèn nguồn quang phổ IR: Nernst, Globar, Ni-Cr

(11) Để chuẩn hóa bước sóng máy đó quang phổ IR người ta dùng màng film

polystyrene

222

(12) Chỉ cần phổ IR đã đủ để định danh chắc chắn 100% chất khảo sát Dược điển các nước thêm các dữ kiện: độ chảy, góc quay cực (tùy thuộc vào điều kiện và tính chất của chất khảo sát), nếu một sản phẩm là muối thì phải thử thêm ion đặc hiệu (13) Một chất có thể có nhiều loại phổ như UV-Vis Vì chất đó có thể có cấu trúc tạo vòng thơm hoặc nối đôi liên hợp và có nhóm trợ màu thì sẽ cho cả phổ UV-Vis lẫn phổ IR

(14) Một chất có cấu trúc đối xứng như H2, N2 thì không có phổ IR vì dao động co dãn của chúng đối xứng không làm thay đổi momen lưỡng cực của phân tử do đó không bị kích thích bởi ánh sáng vùng IR nên không hấp thu trong vùng IR

(15) Chuẩn bị mẫu dạng lỏng: Cốc đo là 2 tấm KBr làm cửa sổ với các vòng đệm

là nhựa Teflon bền trong dung môi Mẫu lỏng được nạp vào cốc đo như 1 lớp phim mỏng được kẹp ở giữa có bề dày khoảng 0,05mm Có thể hòa tan mẫu lỏng thành dung dịch loãng với dung môi tuyệt đối khan nước và không hấp thu trong vùng khảo sát (như CCl4, CS2)

(16) Phổ IR có thể dùng để biện giải cấu trúc của chất khí

Mô tả: Dùng cốc đo bằng KBr có bộ phận hút chân không với chiều dài chứa lớp khí là 10cm cùng các gương phản chiếu bên trong cốc đo để phản xạ nhiều lần ánh sáng IR đi qua mẫu (với mục đích gia tăng đường đi của ánh sáng IR qua mẫu khí

(19) Các kiểu dao động cơ bản của quang phổ IR: đối xứng, bất đối xứng, cắt kéo, rock, vẫy, twist

BÀI 3: ĐỊNH LƯỢNG ĐỒNG THỜI 2 CHẤT MÀU ( PHƯƠNG PHÁP

QUANG PHỔ UV_VIS)

1) Cho biết công thức để tính độ hấp thu trong trường hợp hỗn hợp có nhiều thành phần

L: bề dày của lớp dung dịch mà ánh sang đi qua

 Nếu hỗn hợp có nhiều hơn 2 thành phần có thể áp dụng công thức tương tự

2) Nêu các điều kiện để áp dụng được luật cộng tính độ hấp thu

 Các chất màu trong dung dịch phải đáp ứng những yêu cầu sau:

 Phổ hấp thu của 2 chất màu X và Y chỉ chồng lên nhau 1 phần

 Bước sóng được chọn lựa để định lượng phải trùng với cực đại hấp thu của mỗi chất

 Sự hấp thu của mỗi chất riêng biệt phải tuân theo định luật Lambert-Beer

 Không có những tương tác hóa học giữa 2 chất X và Y

3) Trong bài thực tập trên, vì sao phải đo độ hấp thu của dung dịch 3 ( là dung dịch chứa hỗn hợp đồng thể tích của dung dịch 1 và dung dịch 2)?

Phải đo độ hấp thụ của dung dịch 3 để kiểm chứng định luật công tính

4) Có thể định lượng 2 chất màu trong bài thực tập trên trong môi trường kiềm không? Tại sao?

Không nên định lượng 2 chất màu trong bài thực tập trên trong môi trường kiềm vì:

Mn+7 + 3e → Mn+4 (MnO2 màu đen) hoặc Mn+7

+ 1e → Mn+6 (K2MnO4 màu xanh lục)

Cr+6 + 3e → Cr+3 (Cr2O3 màu đỏ)

Những hợp chất mới tạo ra đều có màu nên sẽ làm sai số kết quả định lượng

5) Một cách tổng quát, có thể sử dụng luật công tính để áp dụng hỗn hợp có 3-5 thành phần không?

222

Có thể sử dụng định luật công tính để áp dụng hỗn hợp có 3-5 thành phần nhưng càng nhiều thành phần, kết quả định lượng sai số càng lớn

6) Ngoài việc xác định từng thành phần trong hỗn hợp theo luật công tính của phép đo quang phổ UV-Vis còn có thể áp dụng phương pháp nào để định lượng riêng lẻ từng thành phần

Có thể sử dụng phương pháp quét và chồng phổ hoặc phương pháp HPLC để định lượng riêng lẻ từng thành phần

BÀI 4: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PH LÊN QUÁ TRÌNH CHIẾT

OXIN

1) Nhận xét sự thay đổi hiệu suất chiết của oxin trong các dung dịch có pH khác nhau trong môi trường acid và base Có kết luận gì về ảnh hưởng của môi trường acid và môi trường base, pH của từng môi trường đối với hiệu suất chiết oxin

 Trong môi trường acid: pH càng giảm thì hiệu suất chiết oxin càng tăng

 Trong môi trường base: pH càng tăng thì hiệu suất chiết oxin càng tăng

 Hiệu suất chiết oxin trong môi trường acid cao hơn môi trường base suy ra chiết oxin trong môi trường acid hiệu quả hơn trong môi trường base pH càng acid trong môi trường acid và pH càng kiềm trong môi trường kiềm thì hiệu suất chiết oxin càng cao

2) Mục tiêu của bước 1 là gì? Tại sao phải tính hệ số hấp thu mol trung bình

từ 3 dung dịch pha loãng? Chỉ sử dụng một trong ba hệ số hấp thu mol của ba dung dịch này được không?

 Mục tiêu của bước 1 là xác định hệ số hấp thu mol của dung dịch oxinat

 Phải tính hệ số hấp thu mol trung bình của 3 dung dịch vì: trong quá trình thao tác có thể mắc sai số, giá trị giữa các lần đo không lặp lại vì vậy phải đo

3 lần rồi lấy giá trị trung bình để giảm bớt sai số

 Có thể chỉ sử dụng một trong 3 hệ số hấp thu mol của 3 dung dịch nhưng sẽ mắc sai số lớn hơn dùng hệ số hấp thu mol trung bình