Nghiên cứu sự tạo phức của Fe(II) với thuốc thử bato phenantrolin bằng phương pháp trắc quang ứng dụng xác định hàm lượng sắt trong viên nang ferrovit dược phẩm thái lan

Kho¸ luËn tèt nghiÖp Ho¸ Ph©n TÝch MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………… 1 PHẦN I: TỔNG QUAN……………………………………………………… 3 1.1 Sắt………………………………………………………………………… 3 1.1.1 Trạng thái tự nhiên của sắt…………………………………………. …….3 1.1.2. Tính chất của sắt……………………………………………………… 3 1.1.2.1. Vị trí,cấu tạo và tính chất……………………………………………….3 1.1.2.2 Tính chất vật lý của sắt………………………………………………… 4 1.1.2.3. Tính chất hoá học……………………………………………………… 4 1.1.3. Ứng dụng của sắt ………………………………………………… 6 1.1.4.Các phương pháp đo quang để xác định sắt……………………………….7 1.1.4.1.Thuốc thử 3-metoxynitro sophenol…………………………………… .7 1.1.4.2 Thuốc thử axít cacboxylic 8-quynolin…………………………… 7 1.1.4.3. Thuốc thử axit sunfoxalixilic……………………………………………7 1.1.4.4. Thuốc thử thioxianat…………………………………………………….8 1.1.4.5. Thuốc thử đipyridil – glixal – đithiosemicacbazon…………………… 9 1.1.4.6.Thuốc thử 1- (2-pyridylazo)- 2naphol (PAN)………………………… .9 1.1.4.7. Thuốc thử 2-axety-pyridazin……………………………………………9 1.1.4.8. Thuốc thử O – phenantrolin (1.10 – phenantrolin)…………………… 9 1.2. Thuốc thử Bato-phenantrolin…………… …………………………10 1.2.1. Đặc điểm của thuốc thử Bato-phenantrolin (4,7-điphenyl 1,10phenantrolin) ……………………………………………………………….10 1.2.2 Ứng dụng của thuốc thử Bato-phenantrolin…………………………… 10 §inh ThÞ HuyÒn Trang 1 Kho¸ luËn tèt nghiÖp Ho¸ Ph©n TÝch 1 3.Các phương pháp nghiên cứu phức màu ……………………………… .11 1.3.1. Phương pháp trắc quang…………………………………………………11 1.3.2 Phương pháp chiết trắc quang……………………………………………12 1.4. Nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho sự tạo thành phức màu …………… 12 1.4.1 Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức màu đơn phối tử và đa phối tử………….13 1.4.2 Nghiên cứu khoảng thời gian tối ưu…………………………………… 14 1.4.3 Nghiên cứu xác định khoảng pH tối ưu…………………………………15 1.4.3.1 Xác định pH tối ưu bằng tính toán…………………………………… 15 1.4.3.2 Xác định pH bằng thực nghiệm ……………………………………….16 1.5. Xác định thành phần phức màu………………………………………… .17 1.5.1. phương pháp hệ đồng phân tử mol (phương pháp biến đổi liên tục)……………18 1.5.2. Phương pháp tỷ số mol (phương pháp đường cong bão hoà)………… 19 1.6. Phương pháp thống kê xử lý số liệu thực nghiệm………………….…….20 1.6.1 Xử lí kết quả phân tích………………………………………………… 20 1.6.2. Xử lý thống kê các đường chuẩn……………………………………….21 1.6.3 Kiểm tra kết quả nghiên cứu bằng phân tích mẫu chuẩn……………….22 PHẦN II: THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ…………… .24 2.1 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu………… …………………………… .24 2.1.1 Dụng cụ ……………………………………………………………… .24 2.1.2 Thiết bị nghiên cứu…………………………………………………… 24 2.2 Pha chế dung dịch dùng để phân tích…………… …………………… .24 2.2.1 Pha chế dung dịch Fe(II) 10 -2 M……………………………………… .24 2.2.2 Pha chế dung dịch Bato-Phenantrolin 10 -2 M………………………… .24 2.2.3 Pha chế dung dịch CH 3 COONa 1M……………………………………24 2.2.4 Pha chế dung dịch NaNO 3 2M………………………………………….25 2.2.5 Pha chế dung dịch hiđroxylaminclorua……………………………… .25 §inh ThÞ HuyÒn Trang 2 Kho¸ luËn tèt nghiÖp Ho¸ Ph©n TÝch 2.2.6 Pha chế dung dịch HCl…………………………………………………25 2.3 Tiến hành phân tích……………………………………………………….25 2.3.1 Tiến hành nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho sự tạo phức Fe(II) – Batophenantrolin……………………………………………………………… 25 2.3.1.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức đơn phối tử Fe(II)-Bato phenantrolin……………………………………………………………………………25 2.3.1.2. Nghiên cứu nồng độ ion kim loại và nồng độ thuốc thử tối ưu cho sự tạo phức Fe(II)-Bato phenantrolin…………………………………………… .26 2.3.1.3. Nghiên cứu pH tối ưu cho sự tạo phức Fe(II) với Bato- phenantrolin……………………………………………………………………28 2.3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian và lực ion đến sự tạo phức Fe(II) –Bato phenantrolin…………………………………… .29 2.3.1.4.1 Sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch phức vào nhiệt độ…….29 2.3.1.4.2 Khảo sát sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch phức vào thời gian…………………………………………………………………………… 30 2.3.1.4.3 Ảnh hưởng lực ion ( µ ) của dung dịch đến mật độ quang ………….31 2.3.2 Xác định thành phần của phức Fe(II) –Bato phenantrolin…………… .31 2.3.2.1 Xác định thành phần của phức Fe(II)-Bato phenantrolin theo phương pháp hệ đồng phân tử gam (phương pháp biến đổi liên tục )……………… .31 2.3.2.1.2 Cách tiến hành…………………………………………………… .32 2.3.2.1.3 Thảo luận và kết quả ……………………………………………… 33 2.3.2.2 Xác định thành phần phức Fe(II)-Bato phenantrolin theo phương pháp tỉ số mol (phương pháp đường cong bão hoà )…………………………………33 2.3.2.2.1 Nguyên tắc của phương pháp………………………………………34 2.3.2.2.2 Cách tiến hành…………………………………………………… .34 2 3.2.2.3 Thảo luận và kết quả……………………………………………… 35 §inh ThÞ HuyÒn Trang 3 Kho¸ luËn tèt nghiÖp Ho¸ Ph©n TÝch 2.3.3. Xây dựng đường chuẩn sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch phức Fe(II)- Batophenantrolin vào nồng độ Fe(II) ………………………………… 35 II.4 Ứng dụng kết quả nghiên cứu để xác định hàm lượng sắt trong viên nang Ferrovit- Dược phẩm Thái Lan…………………………………………………37 2.4.1 Xác định hàm lượng sắt trong mẫu nhân tạo bằng phương pháp trắc quang……………………………………………………………………………37 2.4.2 Xác định hàm lượng sắt trong viên nang Ferrovit- Dược phẩm Thái Lan bằng phương pháp trắc quang …………………………………………………38 PHẦN III: KẾT LUẬN ………………………………………………… 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………… 42 Lời cảm ơn Khoá luận được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hoá phân tích –Khoa Hoá -Trường Đại Học Vinh. Để hoàn thành được khoá luận này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến : PGS.TS Nguyễn Khắc Nghĩa đã giao đề tài tận tình hưóng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để hoàn thành khoá luận. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Hoá, cùng các thầy cô giáo, các cán bộ phòng thí nghiệm Hoá Phân Tích đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi, cung cấp hoá chất, dụng cụ, thiết bị dùng cho khoá luận. Xin chân thành cảm ơn tất cả những người thân trong gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành khoá luận. §inh ThÞ HuyÒn Trang 4 Kho¸ luËn tèt nghiÖp Ho¸ Ph©n TÝch Vinh tháng 5-2009 Đinh Thị Huyền Trang MỞ ĐẦU Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất đứng hàng thứ tư sau oxi, silic, và nhôm, là kim loại được biết đến từ thời thượng cổ. Sắt đóng một vai trò rất quan trọng trong nghành công nghiệp cũng như trong đời sống, sinh hoạt và phát triển của con người.Giới y học cho rằng sắt là nguyên tố vi lượng không thể thiếu được trong cấu tạo cũng như quá trình sinh hoá của động thực vật nói chung và con người nói riêng. Việc thiếu sắt có thể gây ra một số bệnh như đau đầu, mất ngủ…hoặc là giảm độ phát triển và trí thông minh của trẻ em, vì vậy họ cho rằng nếu cơ thể thừa sắt thì không sao. Tuy nhiên gần đây các nhà khoa học đã khám phá ra được việc thừa sắt trong cơ thể là nguyên nhân gây ra hàng loạt bệnh nguy hiểm như đái đường, huyết áp…Việc thừa sắt cũng gây ra những tác động trực quan tới sinh hoạt con người như gây mùi khó chịu, những vết ố trên vải, quần áo. Do đó việc nghiên cứu sắt và hợp chất của nó ngày càng được mở rộng và mang lại lợi ích to lớn. Vì vậy vấn đề xác định chính xác lượng nhỏ sắt trong các đối tượng nghiên cứu vẫn đang được sự quan tâm của nhiều nghành khoa học. §inh ThÞ HuyÒn Trang 5 Kho¸ luËn tèt nghiÖp Ho¸ Ph©n TÝch Có nhiều phương pháp để xác định sắt tuỳ từng loại lượng mẫu ( hàm lượng cao hay thấp) mà người ta sử dụng các phương pháp thích hợp như phương pháp thể tích, phương pháp hấp thụ nguyên tử, phương pháp trắc quang và một số phương pháp khác. Nhưng phương pháp trắc quang là phương pháp thường sử dụng nhiều vì nó có nhiều ưu điểm như: độ lặp lại của phép đo cao, độ chính xác và độ nhạy đạt yêu cầu phân tích. Mặt khác phương pháp này với phương tiện máy móc không quá đắt, dễ bảo quản cho quá trình phân tích rẻ và phù hợp với yêu cầu cũng như điều kiện của các phòng thí nghiệm nước ta hiện nay. Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu sự tạo phức của Fe (II) với thuốc thử Bato-phenantrolin bằng phương pháp trắc quang, ứng dụng xác định hàm lượng sắt trong Ferrovit- Dược phẩm Thái Lan” làm khoá luận tốt nghiệp của mình. Những nhiệm vụ đặt ra cho đề tài : Trong phạm vi khoá luận đại học Hoá Học, nhiệm vụ đặt ra cho nghiên cứu đề tài là : 1. Nghiên cứu tìm các điều kiện tối ưu cho sự tạo phức của Fe(II) với Bato-phenantrolin. 2. Xác định thành phần phức tạo thành bằng các phương pháp độc lập. 3. Khảo sát sự phụ thuộc của mật độ quang phức tạo thành vào nồng độ . 4. Áp dụng kết quả nghiên cứu phân tích hàm lượng Sắt trong Ferrovit- Dược phẩm Thái Lan. §inh ThÞ HuyÒn Trang 6 Kho¸ luËn tèt nghiÖp Ho¸ Ph©n TÝch PHẦN I : TỔNG QUAN 1.1 SẮT 1.1.1Trạng thái tự nhiên của sắt [ ] 8,1 Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến thứ hai (sau nhôm) và là nguyên tố đứng thứ tư về hàm lượng trong vỏ trái đất. Người ta cho rằng nhân của trái đất chủ yếu gồm sắt và niken. Sắt chiếm 1,5% về khối lượng của vỏ trái đất. Trong tự nhiên sắt có 4 đồng vị bền: 54 Fe(5,8%), 56 Fe(91,8%), 57 Fe(2,15%), 58 Fe(0,25%). Ngoài ra sắt còn có 8 đồng vị phóng xạ: 51 Fe( τ =0,25), 52 Fe( τ =8,27giờ, 53 Fe( τ =258,8ngày), 55 Fe( τ =2,7năm), 59 Fe( τ =44,6ngày), 60 Fe( τ =1,5.10 6 năm) , 61 Fe( τ =182,5 ngày), 62 Fe ( τ =68 giây). Những khoáng vật quan trọng của sắt là manhetit (Fe 3 0 4 ) chứa đến 72,41% sắt hematit (Fe 2 0 3 ) chứa 60% sắt, pirit (FeS 2 ) chứa 46,67% sắt và xiđerit (FeCO 3 ) chứa 35% sắt. Ngoài những mỏ lớn tập trung sắt còn ở phân tán trong khoáng vật của nguyên tố phổ biến như nhôm, titan, mangan…Sắt còn có trong nước thiên nhiên, trong các thiên thạch từ không gian vũ trụ rơi xuống trái đất. Trung bình trong 20 thiên thạch rơi xuống thì có một thiên thạch sắt. 1.1.2. Tính chất của sắt. 1.1.2.1. Vị trí, cấu tạo và tính chất [ ] 7 -Ký hiệu : Fe -Số thứ tự : 26 -Khối lượng nguyên tử: 55,847. -Cấu hình e: [Ar] 3d 6 4s 2 . §inh ThÞ HuyÒn Trang 7 Khoá luận tốt nghiệp Hoá Phân Tích -Bỏn kớnh nguyờn t: 1,26A 0 . -Trng thỏi oxy hoỏ : +2, +3, +6. 1.1.2.2. Tớnh cht vt lý ca st: [ ] 7,1 St l nguyờn t nm phõn nhúm VIIIB trong chu k 4 ca bng h thng tun hon Meneleep. St l kim loi cú mu trng xỏm, d rốn, d dỏt mng v gia cụng c hc khỏc. St cú 4 dng thự hỡnh (dng ,,, ) chỳng bn nhng nhit xỏc nh. Fe C 0 700 Fe C 0 911 Fe C 0 1390 Fe C 0 1536 Fe (lng). Dng Fe ,Fe cu trỳc kiu tinh th kiu lp phng tõm khi nhng cu trỳc electron khỏc nhau. Dng Fe cú cu trỳc tinh th lp phng tõm din, Fe cú cu trỳc tõm khi nh dng , nhng tn ti n nhit núng chy. St cú tớnh cht t tớnh : chỳng b nam chõm hỳt v di tỏc dng ca dũng in chỳng tr thnh nam chõm. + Mt s hng s vt lý c bn ca st: -Nhit núng chy : 1539 0 C -Nhit sụi : 2880 0 C -Khi lng riờng : 7,91 g/cm 3 1.1.2.3 Tớnh cht hoỏ hc [ ] 8,7,1 St l kim loi cú hot tớnh hoỏ hc trung bỡnh. iu kin thng khụng cú hi m st b th ng nhng trong khụng khớ m nú d b oxi hoỏ v b ph bi mt lp st hirat mu nõu, xp nờn khụng bo v c st khi b oxi hoỏ tip tc. Khi un núng, c bit trng thỏi bt nh, st tỏc dng hu ht phi kim. St kh ion H + ca H 2 SO 4 loóng, HCl thnh khớ hiro, st b oxi hoỏ thnh ion Fe 2+ . St khụng tỏc dng vi dung dch axớt HNO 3 , H 2 SO 4 c ngui vỡ cỏc axớt ny lm cho st tr nờn th ng. Axớt HNO 3 , H 2 SO 4 c v núng HNO 3 loóng oxi hoỏ st thnh Fe 3+ . St cú th kh c ion Đinh Thị Huyền Trang 8 Khoá luận tốt nghiệp Hoá Phân Tích ca cỏc kim loi ng sau nú trong dóy in hoỏ thnh kim loi t do. õy st b oxi hoỏ thnh ion Fe 2+ . nhit thng, st khụng kh c nc. Nu cho hi nc núng i qua st nhit cao st b kh hi nc gii phúng hiro v st b oxi hoỏ thnh Fe 3 O 4 v FeO. St to thnh hai dóy hp cht st (II) v st (III). Núi chung hp cht ca Fe(II) d bin thnh hp cht Fe(III). FeO cú mu en, núng chy 1360 0 C khụng tan trong nc, d tan trong dung dch axớt. Fe(OH) 2 l cht kt ta khụng nhy, khụng tan trong nc cú mu trng nhng trong khụng khớ chuyn nhanh thnh Fe(OH) 3 cú mu nõu . 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O 4Fe(OH) 3 . Mui st (II) c to thnh khi ho tan st vo dung dch axớt loóng, tr axớt nitric. Ion Fe(III) v hp cht ca nú ph bin. Trong dung dch nú cú mu vng nht v d dng b thu phõn cho ta dung dch mu vng nõu, õy l mt c im quan trng ca ion Fe(III). Oxớt st (III) khụng tan trong nc cú th tan mt phn trong dung dch kim c hay cacbonat kim loi kim núng chy. Hiroxit st (III) tuy khụng tan trong nc nhng d tan trong axớt v tan trong phn kim c. a s mui Fe(III) d tan trong nc cho dung dch cha ion bỏt din, [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ mu tớm nht. Khi kt tinh t dung dch, mui st (III) thng dng tinh th hirat nh FeF 3 .3H 2 O mu , FeCl 3 .6H 2 O mu nõu vng, Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O mu tớm, v phốn st M.Fe(SO 4 ).12H 2 O (trong ú M=Na + , K + , Cs + , NH 4 + ) mu tớm nht. Mui Fe(III) thu phõn mnh hn mui Fe (II) nờn dung dch mu vng nõu v phn ng mnh hn. Trong mụi trng axớt cú pH =2 st to phc hiroxo. St (III) cú phn ng axớt mnh v cú tớnh oxi hoỏ mnh. Vỡ s phi trớ ca st l 4, 6 nờn phõn b theo hỡnh t din v bỏt din. Đinh Thị Huyền Trang 9 Kho¸ luËn tèt nghiÖp Ho¸ Ph©n TÝch [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ +H 2 O → [FeOH(H 2 O) 5 ] 2+ +H 3 O + Các muối sắt (III) cũng dễ bị khử về sắt (II)bằng nhiều chất khử khác như thiếc (II), sắt kim loại, hiđrazin, hiđroiotđua… Fe 2 (SO 4 ) 3 + 6KI → 2FeI + I 2 + 3K 2 SO 4 Sắt nằm ở chu kì 4 phân nhóm phụ nhóm VIII nên số phối trí chung của ion sắt là 6 như FeF 6 + , Fe(CN) 6 3- … Ion sắt (III) còn có thể tạo phức với SCN - cho phức màu đỏ máu. Đây là thuốc thử để nhận biết ion Fe(III). 1.1.3 Ứng dụng của sắt [ ] 9,8 Trong tất cả các kim loại khai thác được thì sắt có giá trị quan trọng, hầu hết kỹ thuật hiện đại đều liên quan tới việc ứng dụng sắt và hợp kim của sắt. Trong công nghiệp các hợp kim của sắt đóng vai trò chủ chốt trong các lĩnh vực: xây dựng, giao thông vận tải, quốc phòng, chế tạo máy, dụng cụ sản xuất và đồ dùng hàng ngày. FeSO 4 được dùng để chống sâu bọ có hại cho thực vật, nó được sản xuất mực viết, sơn vô cơ và trong nhuộm vải. FeSO 4 còn dùng để tẩy gỉ kim loại. Ngoài ra sắt là nguyên tố vi chất dinh dưỡng quan trọng cho sức khoẻ con người. Khi thiếu sắt thì gây ra bệnh thiếu máu dẫn tới mệt mỏi, tính lãnh đạm, yếu ớt, đau đầu, ăn không ngon và dễ cáu giận.Việc thừa sắt cũng có những tác hại như việc thiếu sắt. Nếu như lượng sắt trong cơ thể thừa nhiều chúng gây ảnh hưởng có hại cho tim, gan, khớp và có thể dẫn tới ung thư. Vậy cơ thể chúng ta cần lượng sắt là bao nhiêu? Nhu cầu tối thiểu và sắt hàng ngày tuỳ thuộc các yếu tố khác nhau như: độ tuổi, giới tính, thể chất (thay đổi từ 10-50mg/ngày). Để tránh sự lưu giữ một lượng sắt quá mức trong cơ thể, người ta thiết lập giá trị tạm thời cho lượng tiếp nhận tối đa hàng ngày có thể chịu tối đa 0,8mg/kg thể trọng. 1.1.4.Các phương pháp đo quang để xác định sắt [ ] 12 . §inh ThÞ HuyÒn Trang 10