Nghiên cứu sự tạo phức màu của một số kim loại nặng với thuốc thử hữu cơ bằng phương pháp trắc quang và ứng dụng phân tích đánh giá môi trường .pdf

Nghiên cứu sự tạo phức màu của một số kim loại nặng với thuốc thử hữu cơ bằng phương pháp trắc quang và ứng dụng phân tích đánh giá môi trường .pdf

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ----------------------------------- TRẦN THỊ THÙY DƯƠNG NGHIấN CỨU SỰ TẠO PHỨC MÀU CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG VỚI THUỐC THỬ HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Thái Nguyên - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ----------------------------------- TRẦN THỊ THÙY DƯƠNG NGHIấN CỨU SỰ TẠO PHỨC MÀU CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG VỚI THUỐC THỬ HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Chuyên ngành : Hóa phân tích Mã số : 60.44.29 Cán bộ hướng dẫn khoa học PGS.TS. TRẦN THỊ HỒNG VÂN Thái Nguyên - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Bảng danh mục các bảng biểu . 1 Bảng danh mục các hình vẽ . 3 Mở đầu . 4 Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU THAM KHẢO 6 1.1. Mangan và hợp chất của Mangan . 6 1.1.1. Mangan . 6 1.1.2. Các hợp chất của mangan . 6 1.1.3. Ứng dụng của Mangan . 9 1.1.4. Sự xuất hiện của Mangan và khả năng gây ô nhiễm của mangan trong nước ngầm . 9 1.2. sắt và hợp chất của sắt 10 1.2.1. Sắt . 10 1.2.2. Một số hợp chất của sắt 12 1.2.3. Vai trò của sắt đối với cơ thể con người 16 1.3. Thuốc thử PAR và các tham số định lƣợng của thuốc thử PAR . 17 1.4. Axit sunfosalixilic 19 1.4.1. Đặc điểm của thuốc thử H3SS . 19 1.4.2. Ứng dụng của thuốc thử H3SS để xác định các nguyên tố . 21 1.5. Các phƣơng pháp xác định Mn(II) và Fe(III) 22 1.5.1. Xác định Mn(II) bằng phương pháp trắc quang 22 1.5.2. Các phương pháp xác định sắt . 27 1.6. Các phƣơng pháp xác định thành phần của phức . 35 1.6.1. Phương pháp tỷ số mol . 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.6.2. Phương pháp hệ đồng phân tử gam . 36 1.6.3. Phương pháp Staric – Bacbanel . 36 1.7. Các bƣớc phân tích phức màu trong phân tích trắc quang 38 1.7.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức . 38 1.7.2. Nghiên cứu các điều kiện tạo phức tối ưu 39 1.7.3. Xác định thành phần của phức . 40 1.7.4. Khảo sát khoảng nồng độ tuân theo định luật Bia 40 Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM . 41 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu . 41 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 41 2.2.1. Nghiên cứu sự tạo phức giữa Mn(II) với PAR bằng phương pháp trắc quang 41 2.2.2. Xác định hàm lượng Mn(II) trong nước dựa vào màu của ion MnO4- 41 2.2.3. Xác định hàm lượng Fe(III) trong nước bằng thuốc thử axit sunfosalixilic 41 2.3. Kỹ thuật thực nghiệm . 42 2.3.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu . 42 2.3.2. Cách tiến hành thực nghiệm . 44 2.3.3. Xử lý kết quả thực nghiệm . 45 2.3.4. Cách lấy mẫu, xử lý mẫu 45 Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 47 3.1. Nghiên cứu sự tạo phức của Mn(II) với thuốc thử PAR . 47 3.1.1. Nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho sự tạo phức Mn(II) – PAR . 47 3.1.2. Xác định thành phần của phức 51 3.1.3. Xác định khoảng nồng độ tuân theo định luật Bia của phức 57 3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của một số ion gây cản 59 3.2. Xác định Mn(II) bằng phƣơng pháp trắc quang dựa vào màu của ion MnO4- 60 3.2.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu . 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của ion lạ đối với màu của dung dịch MnO4- 64 3.2.3. Xác định hàm lượng Mn(II) trong nước giếng khoan 66 3.2.4. Đánh giá sự chính xác của phương pháp và giới hạn phát hiện của máy đo quang. 71 3.3. Nghiên cứu sự tạo phức của Fe(III) với H2SS- trong vùng kiềm (pH = 8 – 11,5) và xác định hàm lƣợng Fe(III) trong nƣớc giếng khoan 73 3.3.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu . 73 3.3.2. Khoảng nồng độ của Fe3+ tuân theo định luật Bia . 77 3.3.3. Xác định hàm lượng Fe(III) trong nước giếng khoan 78 3.3.4. Đánh giá sự chính xác của phương pháp và giới hạn phát hiện của máy đo quang. 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… . 88 LÝ LỊCH KHOA HỌC 91 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 BẢNG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU STT Số bảng Tên bảng Trang 1 1.1 Vùng tồn tại và các đặc trưng quang học của PAR 19 2 1.2 Hằng số phân li axit của PAR 19 3 3.1 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào thời gian 49 4 3.2 Sự phụ thuộc của mật độ quang của phức Mn(II) - PAR vào pH 50 5 3.3 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào pH 51 6 3.4 Kết quả phụ thuộc ∆A vào nồng độ thuốc thử với CMn(II) = 3.10-5M. 52 7 3.5 Kết quả phụ thuộc ∆A vào nồng độ Mn(II) với CPAR = 4.10-5M. 52 8 3.6 Kết quả xác định thành phần phức theo phương pháp hệ đồng phân tử gam (CPAR + CMn(II) =10-4M) 53 9 3.7 Kết quả xác định thành phần phức theo phương pháp hệ đồng phân tử gam (CPAR + CMn(II) =6.10-5M) 54 10 3.8 Sự phụ thuộc ∆Ai/CPAR vào ∆Ai/∆Agh 55 11 3.9 Sự phụ thuộc ∆Ai/CMn(II) vào ∆Ai/∆Agh 56 12 3.10 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào nồng độ Mn(II) 57 13 3.11 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Pb2+ 58 14 3.12 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Fe3+ 58 15 3.13 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Al3+ 58 16 3.14 Sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch MnO4- vào thời gian 61 17 3.15 Sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch 4MnO vào thể tích axit H2SO4 1:1 62 18 3.16 Sự phụ thuộc mật độ quang vào thể tích chất oxi hóa K2S2O8 63 19 3.17 Sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch 4MnO vào nồng độ Fe3+. 64 20 3.18 Khảo sát khả năng che Fe(III) bằng dung dịch H3PO4 1:4 65 21 3.19 Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Mn(II) 66 22 3.20 Kết quả phân tích Mn(II) trong các mẫu giả 67 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 23 3.21 Xử lý thống kê kết quả phân tích mẫu giả 1 67 24 3.22 Xử lý thống kê kết quả phân tích mẫu giả 2 68 25 3.23 Hàm lượng Mn(II) trong các mẫu thực 70 26 3.24 Kết quả xác định hàm lượng Mn(II) bằng phương pháp trắc quang và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. 72 27 3.25 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào thời gian 74 28 3.26 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào pH 75 29 3.27 Sự phụ thuộc của mật độ quang của phức vào nồng độ H2SS- 76 30 3.28 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Fe(III) 77 31 3.29 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Pb2+ 78 32 3.30 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Mn2+ 78 33 3.31 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Al3+ 78 34 3.32 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Fe(III) khi có mặt của các ion gây cản 79 35 3.33 Xác định Fe(III) trong mẫu giả bằng phương pháp đường chuẩn 80 36 3.34 Hàm lượng Fe(III) xác định trong mẫu giả theo phương pháp thêm chuẩn. 80 37 3.35 Kết quả xác định hàm lượng Fe(III) trong nước giếng khoan bằng phương pháp thêm chuẩn 81 38 3.36 Hàm lượng Fe trong nước giếng khoan theo phương pháp thêm chuẩn 84 39 3.37 Kết quả xác định hàm lượng Fe(III) bằng phương pháp trắc quang và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. 86 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Số hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1 1.1 Đồ thị phương pháp tỉ số mol 36 2 1.2 Đồ thị phương pháp hệ đồng phân tử gam 36 3 1.3 Các đường cong hiệu suất tương đối 38 4 3.1 Phổ hấp thụ điện tử của dung dịch phức Mn(II) – PAR 48 5 3.2 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào thời gian 49 6 3.3 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào pH 50 7 3.4 Sự phụ thuộc của A vào nồng độ của PAR (CMn(II) = 2.10-5M) 51 8 3.5 Sự phụ thuộc của A vào nồng độ của PAR (CMn(II) = 3.10-5M) 52 9 3.6 Sự phụ thuộc của A vào nồng độ của Mn(II)(CPAR = 4.10-5M) 53 10 3.7 Kết quả XĐ thành phần phức theo phương pháp hệ đồng phân tử gam (CMn(II) + CPAR = 10-4M) 54 11 3.8 Kết quả XĐ thành phần phức theo phương pháp hệ đồng phân tử gam (CMn(II) + CPAR = 6. 10-5M) 55 12 3.9 Sự phụ thuộc ∆Ai/CPAR vào ∆Ai/∆Agh 55 13 3.10 Sự phụ thuộc ∆Ai/CMn(II) vào ∆Ai/∆Agh 56 14 3.11 Sự phụ thuộc của mật độ quang của phức vào nồng độ Mn(II) 57 15 3.12 Khoảng nồng độ của Mn(II) tuân theo định luật Bia 57 16 3.13 Phổ hấp thụ của dung dịch Pemanganat. 60 17 3.14 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian 61 18 3.15 Sự phụ thuộc mật độ quang vào thể tích axit H2SO4 1:1 62 19 3.16 Sự phụ thuộc mật độ quang vào thể tích chất oxi hóa K2S2O8 63 20 3.17 Đường chuẩn xác định hàm lượng Mn(II) 66 21 3.18 Phổ hấp thụ electron của phức Fe(III) – H2SS- so sánh với nước 73 22 3.19 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian 74 23 3.20 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào pH 75 24 3.21 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ thuốc thử 76 25 3.22 Khoảng nồng độ của Fe3+ tuân theo định luật Bia 77 26 3.23 Đường chuẩn khi có mặt các ion gây cản 79 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế, khoa học kĩ thuật và công nghệ, đời sống vật chất của con người ngày càng được nâng cao thì ngược lại, môi trường sống càng trở nên ô nhiễm. Chính vì vậy mà nghiên cứu về ô nhiễm môi trường và các biện pháp bảo vệ môi trường là một việc làm rất cần thiết. Ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe con người từ các nguồn: khí thải, nước thải, các chất thải rắn . Trong các loại ô nhiễm đó thì ô nhiễm kim loại nặng trong nước đóng một vai trò đáng kể. Chính vì vậy việc xác định hàm lượng kim lọai nặng trong nước để từ đó tìm biện pháp hạn chế sự ô nhiễm là rất cần thiết. Để xác định hàm lượng kim loại trong nước có nhiều phương pháp khác nhau như: trắc quang, chiết trắc quang, phổ hấp thụ nguyên tử, cực phổ Von-Ampe hoà tan . Một trong những phương pháp phân tích dùng để xác định kim loại ở nồng độ thấp là phương pháp trắc quang, một phương pháp được sử dụng nhiều vì phương pháp này tuy chưa phải hoàn toàn ưu việt nhưng xét về nhiều mặt có những ưu điểm nổi bật như: có độ lặp lại cao, độ chính xác và độ nhạy đạt yêu cầu của phép phân tích. Mặt khác, phương pháp này với các phương tiện máy móc không quá đắt, dễ bảo quản và sử dụng, cho giá thành phân tích rẻ, phù hợp yêu cầu cũng như điều kiện của các phòng thí nghiệm trong nước hiện nay. Xuất phát từ những vấn đề trên, luận văn này với mục tiêu xác định hàm lượng mangan và sắt trong nước sinh hoạt bằng phương pháp trắc quang với giá thành rẻ, tiện lợi, dễ thực hiện trong các phòng thí nghiệm nhằm đóng góp, làm phong phú thêm những công trình nghiên cứu trong lĩnh vực xác định vi lượng mangan, sắt trên cả hai phương diện nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn. Từ những lí do trên chúng tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu sự tạo phức màu của một số kim loại nặng với thuốc thử hữu cơ bằng phương pháp trắc quang và ứng dụng phân tích đánh giá môi trường” Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 Trong khuôn khổ một luận văn thạc sĩ hóa học, những nhiệm vụ cơ bản được đặt ra cho đề tài này là: 1- Nghiên cứu một cách có hệ thống sự tạo phức trong các hệ Mn(II)-PAR; Fe(III)-H2SS- (axit sunfosalixilic) như: các điều kiện tạo phức tối ưu, thành phần phức, khoảng nồng độ tuân theo theo định luật Bia. 2- Xác định hàm lượng Mn(II) trong một số mẫu nước giếng khoan bằng phương pháp phân tích trắc quang. 3- Ứng dụng của phức đã nghiên cứu để xác định hàm lượng của Fe(III) trong nước giếng khoan bằng phương pháp phân tích trắc quang. Do điều kiện thực nghiệm và thời gian có hạn, mặc dù có nhiều cố gắng, song luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự đóng góp của quý thầy cô cùng các bạn đồng nghiệp. [...]... ion đồng, niken, coban không cản trở phức sắt với thuốc thử 8 Thuốc thử syn-fenyl-2-piridin-ketoxim [20] Thuốc thử này tạo phức màu với một vài kim loại chuyển tiếp trong môi trường trung tính và môi trường kiềm Có thể chiết phức tạo thành bằng dung môi hữu cơ Phức có màu đỏ được tạo ra cả với sắt(II) và sắt(III), nồng độ sắt (II) nhỏ nhất được xác định bằng thuốc thử trong dung dịch trong khoảng nồng... thành phân tích rẻ hơn rất nhiều Đối với thuốc thử bithionol tạo phức với sắt(III) một phức màu nâu đỏ có cường độ màu lớn, trong khi đó các kim loại khác tạo với thuốc thử này phức không màu hoặc màu yếu Phức có thành phần thuốc thử: sắt(III) là 2:1 Cực đại hấp thụ của phức ở 484 nm, trong khi đó thuốc thử không có màu Hệ số hấp thụ phân tử gam là 5600 và khoảng tuân theo định luật Bia là 0-8 ppm Phương. .. nhôm, niken, beri với thuốc thử H2SS- và ứng dụng vào mục đích phân tích Tạo phức với nhôm và niken đều có thành phần phức là 1:1 ở môi trường axit và môi trường kiềm Nhôm không tạo phức có màu nhìn thấy nhưng vẫn được chọn để nghiên cứu bởi Moser và Irany sử dụng axit sulfosalicylic để ngăn cản sự kết tủa của ion Al3+ Mặt khác Al3+ là tạo phức giống như Fe(III) với axit malic, tatric và sulfosalicylic... thí nghiệm của nước ta hiện nay, phương pháp trắc quang thông dụng và phù hợp hơn cả đối với phép xác định các đối tượng Do đó, chúng tôi xét chủ yếu tới các phép xác định sắt bằng phương pháp trắc quang sử dụng các loại thuốc thử hữu cơ * Một số thuốc thử cổ điển thường sử dụng để xác định sắt [2,17] 1 Thuốc thử thioxianat Thioxianat là một thuốc thử nhạy với ion sắt (III), nó được sử dụng rộng rãi... Trong môi trường axit mạnh thì phức tạo thành màu đỏ Trong môi trường axit yếu thì phức tạo thành màu đỏ nâu Trong môi trường kiềm thì phức tạo thành màu vàng Còn khi pH  12 phức bị phân hủy do sự tách kết tủa hydroxit sắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 21 1.4.2 Ứng dụng của thuốc thử H3SS để xác định các nguyên tố Thuốc thử H2 SS- được sử dụng như là thuốc. .. nhiều ion kim loại tại oxi của nhóm hiđroxyl, nitơ của gốc piridin và nguyên tử nitơ của nhóm azo cách xa gốc piridin N N N O Me Thuốc thử PAN tạo với Mn(II) ở môi trường kiềm yếu (pH = 8 – 10) hợp chất nội phức Mn(PAN)2 khó tan trong nước Lắc huyền phù với dung môi hữu cơ, phức tan và chuyển vào tướng hữu cơ thành dung dịch phức màu đỏ tím còn thuốc thử dư có màu da cam Lớp chiết được dùng để đo màu xác... Fe(III) với H2SS- trong môi trường kiềm để phân tích xác định hàm lượng sắt trong một số mẫu nước giếng khoan bằng phương pháp trắc quang 1.5 CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Mn(II) VÀ Fe(III) 1.5.1 Xác định Mn(II) bằng phƣơng pháp trắc quang [6,34] Phương pháp trắc quang xác định Mangan dựa trên việc đo mật độ quang của dung dịch chứa ion MnO4 , các axit pirophotphat manganit hoặc phức chất của Mangan với thuốc. .. sóng ngắn hơn Màu của phức Ni(II)- H2SS thay đổi từ màu vàng sang xanh khi axit sunfosalicylic được thêm vào dung dịch Niken sunfat cân bằng [21,29] Không những chỉ sử dụng thuốc thử H2SS- trong việc xác định các nguyên tố kim loại mà người ta còn nghiên cứu tạo phức giữa H2 SS- với các hợp kim nhôm và hợp chất titanđioxit Tài liệu [17] đã nghiên cứu kĩ sự tạo phức của Fe(III) với H2SS- và đưa ra những... ion kim loại Cu(II), Al(III), Ni(II) tạo phức với H2SS-, các phức này rất bền so với các phản ứng thay thế ligan với polyamino, đặc tính này có thể làm tăng độ chọn lọc của phép xác định các nguyên tố này H2SS- tạo phức với Cu(II) với tỷ lệ 1:1 trong môi trường pH 3  5 sản phẩm tạo thành một phức màu xanh oliu đậm, phức màu có cực đại hấp thụ 505 nm [29,33] Các nhà khoa học đã nghiên cứu tạo phức của. .. đến màu của phức Hầu hết các anion hoặc không hoặc ảnh hưởng ít Phương pháp này sử dụng sắt tốt nhất khi hàm lượng ở khoảng nồng độ là 0,5-2,0 ppm 4 Thuốc thử dipyridin-glioxal-dithiosemicabazon [25] Cả 2 ion sắt(II) và sắt (III) đều tạo phức với thuốc thử này Sắt(III) tạo phức với thuốc thử cho màu vàng có cực đại hấp thụ ở bước sóng 400nm, còn sắt(II) cho màu đỏ tía tương ứng với 2 phức khác nhau (thuốc . NGHIấN CỨU SỰ TẠO PHỨC MÀU CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG VỚI THUỐC THỬ HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MÔI TRƯỜNG . NGHIấN CỨU SỰ TẠO PHỨC MÀU CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG VỚI THUỐC THỬ HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MÔI TRƯỜNG LUẬN