Nghiên cứu tương tác thuốc thử Azocalixaren với số ion kim loại ứng dụng hóa phân tích Nguyễn Thị Ngọc Lệ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận án TS Chun ngành: Hóa phân tích; Mã số 62 44 29 01 Người hướng dẫn: GS TSKH Lâm Ngọc Thụ, PGS TS Lê Văn Tán Năm bảo vệ: 2013 Abstract Khảo sát khả tương tác ion kim loại Pb(II) Ce(IV) với thuốc thử BAPC dung môi khác nước, xem xét ảnh hưởng pH đến trình tạo phức thuốc thử với ion kim loại môi trường nước- dung môi Trên sở phản ứng tạo phức xác định thành phần phức, dùng phần mềm ArgusLab 4.01 để nghiên cứu cấu trúc tối ưu hợp chất phức Ce(IV) Pb(II) với thuốc thử BAPC, kết hợp kỹ thuật phổ để khẳng định cấu trúc phức Tìm điều kiện tối ưu hình thành phức ion kim loại lựa chọn Ce(IV) Pb(II) với thuốc thử BAPC; ứng dụng vào phân tích ion Ce mẫu đất, Pb mẫu cỏ vetiver địa bàn Tỉnh Kon Tum Keywords Thuốc thử; Ion kim loại; Hóa phân tích MỞ ĐẦU Các phương pháp phổ phát xạ hấp thụ nguyên tử, phân tử; phương pháp điện hóa,… phương pháp phân tích hóa lí phát triển ứng dụng rộng rãi nhiều ngành khoa học kĩ thuật, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, y dược, địa chất, hóa học Đặc biệt nước phát triển, phương pháp phân tích hóa lí trở thành phương pháp dùng để phân tích lượng vết kim loại nhiều đối tượng khác đất, nước, khơng khí, thực phẩm, [10] Nhiệm vụ nhà phân tích tiếp tục tìm kiếm phương pháp phân tích nhằm làm phong phú thêm phương pháp có Với phương pháp phân tích quang phổ việc tìm thuốc thử đáp ứng u cầu phân tích có ý nghĩa vô quan trọng Để xác định kim loại mẫu thực tế sử dụng phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS), phương pháp điện hóa… với độ xác cao Tuy nhiên, thơng thường phương pháp đòi hỏi thiết bị đắt tiền mà khơng phải sở nghiên cứu có Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại khả kiến (UV-VIS) phương pháp đáp ứng nhanh, cho kết xác thiết bị khơng q đắt tiền Đặc biệt, tìm thuốc thử hữu có độ nhạy độ chọn lọc cao với ion kim loại giá trị phương pháp lớn Calixaren hình thành phản ứng trùng ngưng khơng hồn tồn phenol dẫn xuất với fomandehyt Các hợp chất calixaren dùng để thu hồi nguyên tố phóng xạ; chế tạo điện cực chọn lọc; tham gia phản ứng chuyển pha; chất ổn định cho polime; tách phân chia phân tử hữu trung tính; xúc tác cho q trình thủy phân, chế tạo màng [23], [24], [32], [45] Trong số dẫn xuất calixaren azocalixaren nhiều tác giả quan tâm Việc nghiên cứu hợp chất azocalixaren tập trung chủ yếu vào việc tìm azocalixaren dùng chế tạo màng chọn lọc ion (ISE), hợp chất có khả tan nước thêm nhóm SO3H vào azocalixaren để phân tích ion kim loại [66] Hiện Trung Quốc, Hàn Quốc, Thỗ Nhĩ Kỳ, Mỹ có số nhóm nghiên cứu lĩnh vực 19 azocalixaren Còn Việt Nam Lê Văn Tán cộng sâu nghiên cứu, gắn nhóm azophenyl để tạo nên dẫn xuất calixaren mang màu có khả tương tác với nhiều ion kim loại [114] Thuốc thử 5,11,17,23-tetra[(2-benzoic acid)(azo)phenyl]calixarene (BAPC) tổng hợp nghiên cứu thăm dị [111], chưa có cơng trình nghiên cứu đến khả ứng dụng vào phân tích Hợp chất BAPC có khả tương tác với số ion kim loại vừa có nhóm azo, vừa có đặc điểm hợp chất host-guest Trong số kim loại nặng, chì (Pb) nguyên tố gây ô nhiễm môi trường mà nguồn xuất phát từ pin, dầu xăng, sơn… Chì biết nguyên nhân vấn đề sức khỏe, tiêu hóa, thần kinh, tim căng thẳng Đặc biệt nguy hiểm cho trẻ em, dẫn đến chậm phát triển Phương pháp quang xác định Pb(II) thơng dụng thiết bị đầu tư đơn giản rẻ tiền Người ta thường xác định chì thuốc thử ammonium N-(dithiocarboxy)sarcosine, 1,1,1-trifluoro-4-mercapta-4-(2thienyls)-but-3-one, porphyrin, Chrome azurol S, dithizone [11] Mặc dù nhiều thuốc thử chưa có cơng trình nghiên cứu liên quan đến hợp chất azo calixarene để phân tích ion chì Ceri (Ce) kim loại đất hiếm, sử dụng ngành cơng nghiệp kim loại, lị phản ứng hạt nhân, hợp kim với niken, crôm, thiết bị lị vi sóng, laser, truyền hình Nồng độ phù hợp nguyên tố đất Ce có giá trị nông học đánh giá ô nhiễm môi trường nghiên cứu trình sinh hóa [22]; Thuốc thử BAPC tạo màu tốt với Ce(IV) Vì vậy, chúng tơi lựa chọn thuốc thử để nghiên cứu tạo phức đồng thời với hai nguyên tố Ce Pb mẫu phân tích Do luận án tập trung khảo sát khả tương tác thuốc thử với ion kim loại, sau tìm hiểu kỹ khả tạo phức thuốc thử BAPC với hai ion Ce(IV), Pb(II), hai ion có tín hiệu tốt tương tác với BAPC ứng dụng phân tích 20 Với mục đích đó, chúng tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu tương tác thuốc thử Azocalixaren với số ion kim loại ứng dụng hóa phân tích” Để thực luận án tập trung vào vấn đề sau đây: - Trước hết khảo sát khả tương tác ion kim loại Pb(II) Ce(IV) với thuốc thử BAPC dung môi khác nước, sau xem xét ảnh hưởng pH đến trình tạo phức thuốc thử với ion kim loại môi trường nước- dung môi; - Trên sở phản ứng tạo phức xác định thành phần phức, dùng phần mềm ArgusLab 4.01 để nghiên cứu cấu trúc tối ưu hợp chất phức Ce(IV) Pb(II) với thuốc thử BAPC, kết hợp kỹ thuật phổ để khẳng định cấu trúc phức - Tìm điều kiện tối ưu hình thành phức ion kim loại lựa chọn Ce(IV) Pb(II) với thuốc thử BAPC; ứng dụng vào phân tích ion Ce mẫu đất, Pb mẫu cỏ vetiver địa bàn Tỉnh Kon Tum 21 MỞ ĐẦU Các phương pháp phổ phát xạ hấp thụ nguyên tử, phân tử; phương pháp điện hóa,… phương pháp phân tích hóa lí phát triển ứng dụng rộng rãi nhiều ngành khoa học kĩ thuật, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, y dược, địa chất, hóa học Đặc biệt nước phát triển, phương pháp phân tích hóa lí trở thành phương pháp dùng để phân tích lượng vết kim loại nhiều đối tượng khác đất, nước, khơng khí, thực phẩm, [10] Nhiệm vụ nhà phân tích tiếp tục tìm kiếm phương pháp phân tích nhằm làm phong phú thêm phương pháp có Với phương pháp phân tích quang phổ việc tìm thuốc thử đáp ứng u cầu phân tích có ý nghĩa vô quan trọng Để xác định kim loại mẫu thực tế sử dụng phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS), phương pháp điện hóa… với độ xác cao Tuy nhiên, thơng thường phương pháp đòi hỏi thiết bị đắt tiền mà sở nghiên cứu có Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại khả kiến (UV-VIS) phương pháp đáp ứng nhanh, cho kết xác thiết bị khơng q đắt tiền Đặc biệt, tìm thuốc thử hữu có độ nhạy độ chọn lọc cao với ion kim loại giá trị phương pháp lớn Calixaren hình thành phản ứng trùng ngưng khơng hồn tồn phenol dẫn xuất với fomandehyt Các hợp chất calixaren dùng để thu hồi nguyên tố phóng xạ; chế tạo điện cực chọn lọc; tham gia phản ứng chuyển pha; chất ổn định cho polime; tách phân chia phân tử hữu trung tính; xúc tác cho q trình thủy phân, chế tạo màng [23], [24], [32], [45] Trong số dẫn xuất calixaren azocalixaren nhiều tác giả quan tâm Việc nghiên cứu hợp chất azocalixaren tập trung chủ yếu vào việc tìm azocalixaren dùng chế tạo màng chọn lọc ion (ISE), hợp chất có khả tan nước thêm nhóm SO3H vào azocalixaren để phân tích ion kim loại [66] Hiện Trung Quốc, Hàn Quốc, Thỗ Nhĩ Kỳ, Mỹ có số nhóm nghiên cứu lĩnh vực 19 azocalixaren Còn Việt Nam Lê Văn Tán cộng sâu nghiên cứu, gắn nhóm azophenyl để tạo nên dẫn xuất calixaren mang màu có khả tương tác với nhiều ion kim loại [114] Thuốc thử 5,11,17,23-tetra[(2-benzoic acid)(azo)phenyl]calixarene (BAPC) tổng hợp nghiên cứu thăm dị [111], chưa có cơng trình nghiên cứu đến khả ứng dụng vào phân tích Hợp chất BAPC có khả tương tác với số ion kim loại vừa có nhóm azo, vừa có đặc điểm hợp chất host-guest Trong số kim loại nặng, chì (Pb) nguyên tố gây ô nhiễm môi trường mà nguồn xuất phát từ pin, dầu xăng, sơn… Chì biết nguyên nhân vấn đề sức khỏe, tiêu hóa, thần kinh, tim căng thẳng Đặc biệt nguy hiểm cho trẻ em, dẫn đến chậm phát triển Phương pháp quang xác định Pb(II) thơng dụng thiết bị đầu tư đơn giản rẻ tiền Người ta thường xác định chì thuốc thử ammonium N-(dithiocarboxy)sarcosine, 1,1,1-trifluoro-4-mercapta-4-(2thienyls)-but-3-one, porphyrin, Chrome azurol S, dithizone [11] Mặc dù nhiều thuốc thử chưa có cơng trình nghiên cứu liên quan đến hợp chất azo calixarene để phân tích ion chì Ceri (Ce) kim loại đất hiếm, sử dụng ngành cơng nghiệp kim loại, lị phản ứng hạt nhân, hợp kim với niken, crôm, thiết bị lị vi sóng, laser, truyền hình Nồng độ phù hợp nguyên tố đất Ce có giá trị nông học đánh giá ô nhiễm môi trường nghiên cứu q trình sinh hóa [22]; Thuốc thử BAPC tạo màu tốt với Ce(IV) Vì vậy, chúng tơi lựa chọn thuốc thử để nghiên cứu tạo phức đồng thời với hai nguyên tố Ce Pb mẫu phân tích Do luận án tập trung khảo sát khả tương tác thuốc thử với ion kim loại, sau tìm hiểu kỹ khả tạo phức thuốc thử BAPC với hai ion Ce(IV), Pb(II), hai ion có tín hiệu tốt tương tác với BAPC ứng dụng phân tích 20 Với mục đích đó, chúng tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu tương tác thuốc thử Azocalixaren với số ion kim loại ứng dụng hóa phân tích” Để thực luận án tập trung vào vấn đề sau đây: - Trước hết khảo sát khả tương tác ion kim loại Pb(II) Ce(IV) với thuốc thử BAPC dung mơi khác nước, sau xem xét ảnh hưởng pH đến trình tạo phức thuốc thử với ion kim loại môi trường nước- dung môi; - Trên sở phản ứng tạo phức xác định thành phần phức, dùng phần mềm ArgusLab 4.01 để nghiên cứu cấu trúc tối ưu hợp chất phức Ce(IV) Pb(II) với thuốc thử BAPC, kết hợp kỹ thuật phổ để khẳng định cấu trúc phức - Tìm điều kiện tối ưu hình thành phức ion kim loại lựa chọn Ce(IV) Pb(II) với thuốc thử BAPC; ứng dụng vào phân tích ion Ce mẫu đất, Pb mẫu cỏ vetiver địa bàn Tỉnh Kon Tum 21 ... tài: ? ?Nghiên cứu tương tác thuốc thử Azocalixaren với số ion kim loại ứng dụng hóa phân tích? ?? Để thực luận án chúng tơi tập trung vào vấn đề sau đây: - Trước hết khảo sát khả tương tác ion kim loại. .. tài: ? ?Nghiên cứu tương tác thuốc thử Azocalixaren với số ion kim loại ứng dụng hóa phân tích? ?? Để thực luận án chúng tơi tập trung vào vấn đề sau đây: - Trước hết khảo sát khả tương tác ion kim loại. .. sát khả tương tác thuốc thử với ion kim loại, sau tìm hiểu kỹ khả tạo phức thuốc thử BAPC với hai ion Ce(IV), Pb(II), hai ion có tín hiệu tốt tương tác với BAPC ứng dụng phân tích 20 Với mục