Thuốc thử, Ion kim loại, Hóa phân tích

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ NGỌC LỆ NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC CỦA THUỐC THỬ AZOCALIXAREN VỚI MỘT SỐ ION KIM LOẠI VÀ ỨNG DỤNG TRONG HĨA PHÂN TÍCH LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ NGỌC LỆ NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC CỦA THUỐC THỬ AZOCALIXAREN VỚI MỘT SỐ ION KIM LOẠI VÀ ỨNG DỤNG TRONG HĨA PHÂN TÍCH Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 62 44 29 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS TSKH LÂM NGỌC THỤ PGS TS LÊ VĂN TÁN Hà Nội - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Nguyễn Thị Ngọc Lệ LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành Khoa Hóa Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS TSKH Lâm Ngọc Thụ PGS TS Lê Văn Tán tận tình hướng dẫn, giúp đỡ động viên tơi suốt q trình làm luận án Tơi xin chân thành cảm ơn tất Thầy, Cô tổ Bộ mơn Hóa Phân tích, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh, lãnh đạo Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh, lãnh đạo Viện Khoa học Cơng nghệ thành phố Hồ Chí Minh, lãnh đạo Chi cục Đo lường chất lượng-Sở Khoa học Công nghệ Tỉnh Kon Tum, lãnh đạo Trường Cao đẳng Sư phạm Kon Tum tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận án Tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận án Nguyễn Thị Ngọc Lệ MỤC LỤC TRANG LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………… i LỜI CẢM ƠN………………………………………………… ii MỤC LỤC …………………………………………………………………… iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CỦA LUẬN ÁN ……………………… vi DANH MỤC CÁC BẢNG ………………………………………………… vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ……………………………………………… ix MỞ ĐẦU …………………………………………………………………… Chương - TỔNG QUAN………………………………………………… 1.1 CALIXAREN…………………………………………………………… 1.1.1 Giới thiệu Calixaren …………………………………………… 1.1.2 Tính chất vật lý calixaren……………………………………… 1.1.3 Tổng hợp calixaren………………………………………………… 1.1.4 Tính chất tạo phức calixaren tan nước………………… 10 1.1.4.1 Phức khách thể cation……………………………… 10 1.1.4.2 Phức khách thể anion…………………………… 13 1.1.4.3 Phức khách thể phân tử…………………………… 13 1.1.5 Ứng dụng hợp chất calixaren………………………………… 14 1.2 AZOCALIXAREN……………………………………………………… 19 1.2.1 Giới thiệu azocalixaren………………………………………… 19 1.2.2 Tổng hợp azocalixaren……………………………………………… 20 1.2.3 Một số đặc trưng phân tích hợp chất azocalixaren…………… 22 1.2.4 Các ứng dụng phân tích hợp chất azocalixaren………………… 24 1.3 HỢP CHẤT VÀ PHỨC CHẤT HOST – GUEST……………………… 32 1.4 MỘT VÀI ĐẶC ĐIỂM CỦA XERI VÀ CHÌ…………………… 37 1.4.1.Nguyên tố xeri 37 1.4.2 Nguyên tố chì 41 Chương - THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ……… 46 2.1 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ ……………………………………… 46 2.1.1 Hóa chất…………………………………………………………… 46 2.1.2 Dụng cụ thiết bị nghiên cứu……………………………………… 46 2.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC PHỨC 47 2.2.1 Phần mềm ArgusLab 47 2.2.2 Các dạng phổ dùng xác định cấu trúc phức 49 2.3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ BỀN VÀ HỆ SỐ HẤP THỤ MOL CỦA PHỨC ……………………………………………………… 50 2.4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN CỦA LUẬN ÁN 51 Chương - CÁC KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 54 3.1 KHẢO SÁT SỰ TƯƠNG TÁC CỦA THUỐC THỬ BAPC VỚI CÁC ION KIM LOẠI 54 3.1.1 Khảo sát tương tác thuốc thử BAPC dung môi 54 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng pH đến phổ hấp thụ BAPC 56 3.1.3 Khảo sát tương tác BAPC với ion kim loại mơi trường axit trung tính 3.1.4 Khảo sát tương tác BAPC với ion kim loại môi trường 57 60 bazơ 3.2 KHẢO SÁT THÀNH PHẦN PHỨC…………………………………… 62 3.2.1 Xác định thành phần phức theo phương pháp dãy đồng số mol … 62 3.2.2 Xác định thành phần phức theo phương pháp biến đổi liên tục 65 hợp phần 3.3 XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ BỀN VÀ HỆ SỐ HẤP THỤ QUANG CỦA PHỨC ………………………………………………………………… 3.4 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC PHỨC ……………………… 3.4.1 Dự đoán cấu trúc phần mềm ArgusLab 4.01……….………… 3.4.1.1 Tối ưu hóa cấu trúc phân tử BAPC …………………………… 68 69 70 70 3.4.1.2 Tính tốn điện tích cân nhóm chức …………… 71 3.4.1.3 Khảo sát hướng xâm nhập dạng ion kim loại vào phức … 73 3.4.1.4 Khảo sát vị trí ion Ce(IV), Pb(II) phân tử BAPC… 76 3.4.2 Phổ khối ESI-MS thuốc thử phức chất ……………………… 78 3.4.3 Phổ hồng ngoại thuốc thử phức chất ………………………… 80 3.4.4 Đề xuất chế tạo phức ……………………………………………… 83 3.5 NGHIÊN CỨU SỰ TẠO PHỨC CỦA THUỐC THỬ BAPC VỚI Ce(IV), Pb(II) VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ỨU………………………… 3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng pH đến trình tạo hệ BAPC-Ce(IV) 86 86 BAPC-Pb(II)………………………………………………… 3.5.2 Khoảng tuân theo định luật Bouguer–Lambert-Beer … … … … 88 3.5.3 Ảnh hưởng thuốc thử dư……………………………………… 92 3.5.4 Khảo sát độ bền phức theo thời gian 94 3.5.5 Khảo sát ảnh hưởng nguyên tố cản……………… 95 3.6 XÂY DỰNG QUY TRÌNH ỨNG DỤNG PHỨC BAPC-Ce(IV), BAPC-Pb(II) VÀO MỤC ĐÍCH PHÂN TÍCH ……………………… 100 3.6.1 Xác định Pb(II) ……………………………………………………… 101 3.6.1.1 Xác định Pb(II) mẫu giả ……………………………… 101 3.6.1.2 Xác định Pb(II) mẫu thật …………………………… 103 3.6.2 Xác định Ce(IV) 105 3.6.2.1 Xác định Ce(IV) mẫu giả …………………………… 105 3.6.2.2 Xác định Ce(IV) mẫu thật …………………………… 107 3.6.3 Đề xuất quy trình phân tích Pb(II), Ce(IV) thuốc thử BAPC áp dụng phân tích số mẫu thực tế ……………………… 109 3.6.3.1 Quy trình phân tích Pb(II) mẫu thực vật 109 3.6.3.2 Quy trình phân tích Ce(IV) mẫu đất 110 KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN 112 DỰ KIẾN NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 114 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 PHỤ LỤC 131 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CỦA LUẬN ÁN Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AAS Atomic Absorption Spectrophotometry Phổ hấp thụ nguyên tử BAPC 5,11,17,23-tetra[(2-benzoic 5,11,17,23-tetra[(2-benzoic acid)(azo)phenyl]calixarene axit)(azo)phenyl]calixaren Tetradiazo(o-carboxy)phenylcalix[4]aren Tetradiazo(ocacboxy)phenylcalix[4]aren Ethylendiamintetraacetic acid Axit etylendiamintetraaxetic EDTA H–G Host - Guest Chủ - Khách Highest occupied molecular orbital Obitan phân tử chiếm mức cao HOMO IR Infrared ISE Ion selective electrode LOD Limit of quantitation LOQ Limit of detection LUMO lowest unoccupied molecular orbital Hồng ngoại Điện cực chọn lọc ion Giới hạn định lượng Giới hạn phát Obitan phân tử không bị chiếm mức thấp Cơ chế phân tử MM Molecular Mechanics PAN 1-(2 pyridilazo)- naphthol QEq Charge equilibration 1-(2 pyridilazo)- naphthol Cân điện tích Octo-este 5,11,17,23-tetra[(2- 10 ... NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC CỦA THUỐC THỬ AZOCALIXAREN VỚI MỘT SỐ ION KIM LOẠI VÀ ỨNG DỤNG TRONG HĨA PHÂN TÍCH Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 62 44 29 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA... xuất quy trình phân tích Pb(II), Ce(IV) thuốc thử BAPC áp dụng phân tích số mẫu thực tế ……………………… 109 3.6.3.1 Quy trình phân tích Pb(II) mẫu thực vật 109 3.6.3.2 Quy trình phân tích Ce(IV) mẫu... dụng thiết bị thơng dụng, thuốc thử tổng hợp nước, q trình phân tích thực đơn giản, độ nhạy, độ chọn lọc, độ lặp lại độ xác sử dụng hóa phân tích Phương pháp bước đầu phân tích Ce(IV) mẫu đất Pb(II)