Nghiên cứu khả năng tạo phức của chì (II)với methyl thylmol xanh bằng phương pháp trắc quang và ứng dụng kết quả nghiên cứ xác định hàm lượng chì (II)trong nước ngầm

Lời cảm ơn! Luận văn đợc hoàn thành tại phòng thí nghiệm chuyên đề bộ môn Hóa phân tích - Khoa hóa - trờng Đại học Vinh. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: - PGS.TS Nguyễn Khắc Nghĩa đã giao đề tài, tận tình hớng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn. - GS. TS Hồ Viết Quý đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình làm luận văn. - Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Sau Đại học, Khoa hóa cùng các thầy giáo, cô giáo, các cán bộ phòng thí nghiệm Khoa hóa đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi, hóa chất và thiết bị, dụng cụ trong đề tài. - Tôi xin chân thành cảm ơn Chi cục Tiêu chuẩn - Đo lờng - Chất lợng Nghệ An đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập. - Xin cảm ơn tất cả những ngời thân trong gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. Vinh, tháng 12 năm 2006 Trần Thị Mai Hơng Mục lục Lời cảm ơn! .1 Mục lục i Mở đầu 3 Chơng 1: Tổng quan .5 1.1. Giới thiệu về nguyên tố chì 5 1.2. Sơ lợc về thuốc thử methyl thymol xanh (MTB) 14 1.3. Các bớc nghiên cứu một phức màu dùng trong phân tích trắc quang .17 1.4. Các phơng pháp xác định thành phần phức. [32], [30] 21 1.5. Cơ chế tạo phức đơn ligan 27 1.6. Các phơng pháp xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức 32 1.7. Đánh giá kết quả phân tích 34 Chơng 2: Kỹ thuật thực nghiệm 36 2.1. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu .36 2.2. Pha chế Hóa chất. [7] .36 2.3. Cách tiến hành .37 2.4. Xử lý các kết quả thực nghiệm .38 Chơng 3: Kết quả và thảo luận 39 3.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức giữa Pb2+ với MTB và các điều kiện tối u .39 3.2. Xác định thành phần phức Pb2+- MTB .45 3.3. Nghiên cứu cơ chế tạo phức 57 3.4. Tính hệ số hấp thụ phân tử của phức Pb(H2R)2- theo phơng pháp KOMAR .66 3.5. Tính các hằng số KH; Kp, của phức PbH2R 68 3.6. khảo sát ảnh hởng của một số ion đến sự tạo phức Pb2+ - MTB và xác định pb2+ trong mẫu nhân tạo 70 3.7. áp dụng Phơng pháp nghiên cứu vào mẫu thật 74 3.8. ứng dụng kết quả nghiên cứu xác định hàm lợng chì trong nguồn n- ớc ngầm tại xã Nghi Phú trong thành phố Vinh. .76 Kết luận 79 Tài liệu tham khảo 81 I. Tiếng Việt .81 II. Tiếng Anh 84 - 3 - Mở đầu Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và các ngành công nghiệp, ngày càng nhiều sản phẩm mới ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của sản xuất và đời sống. Trong thiên nhiên, chì là một nguyên tố có hàm lợng tơng đối lớn trong vỏ trái đất. Những khoáng vật điển hình của chì là quặng galenit (PbS), Ceurit (PbCO 3 ) và anglesit (PbSO 4 ). Chì và các hợp chất của nó đợc ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực: sản xuất ăcquy, làm phòng chì và các dụng cụ đựng bằng chì cho công nghiệp hoá học. Một lợng khá lớn chì để sản xuất hợp kim: nh hợp kim đúc chữ in, hợp kim sản xuất vòng bi, hợp kim hàn mềmTuy nhiên, ngoài các ứng dụng của nó thì chì có những tác hại nhất định đến môi trờng, vi sinh vật cũng nh cơ thể sống. Chính vì vậy, mà các nớc trên thế giới đều có những quy định khá nghiêm ngặt các giá trị về hàm lợng chì. Với tầm quan trọng nh vậy nên việc nghiên cứu xác định chì không chỉ mang ý nghĩa khoa học mà còn mang ý nghĩa thực tiễn. Đã có nhiều công trình nghiên cứu xác định chì bằng các phơng pháp khác nhau trong các đối tợng phân tích nh trong mỹ dợc phẩm, thực phẩm, nớc Có nhiều phơng pháp để xác định chì, tuy nhiên tùy từng loại mẫu mà ngời ta sử dụng các phơng pháp khác nhau nh: phơng pháp phân tích thể tích, phơng pháp trọng l- ợng, phơng pháp trắc quang, chiết trắc quang và một số phơng pháp hóa lý khác. Trong đó, phơng pháp trắc quang thờng đợc sử dụng bởi có những đặc điểm nổi trội nh: có độ lặp lại của phép đo cao, độ chính xác và độ nhạy đạt yêu cầu phân tích, bên cạnh đó ph- ơng pháp này máy móc không quá đắt tiền, dễ bảo quản, dễ sử dụng, cho giá thành rẻ phù hợp với yêu cầu cũng nh điều kiện của các phòng thí nghiệm của nớc ta hiện nay. Trớc đây đã có một số công trình nghiên cứu phản ứng tạo phức chì với methyl thylmol xanh mới chỉ dừng lại ở việc xác định các điều kiện tối u, xác định thành phần của phức - 4 - đơn ligan. Tuy nhiên, cha có công trình nào nghiên cứu một cách đầy đủ và có hệ thống về sự tạo phức, cơ chế tạo phức và các tham số định lợng. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: "Nghiên cứu khả năng tạo phức chì (II)- MTB methyl thymol xanh bằng phơng pháp trắc quang và ứng dụng kết quả nghiên cứu xác định hàm lợng chì (II) trong nớc ngầm" Thực hiện đề tài này, chúng tôi tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau: 1. Nghiên cứu khả năng tạo phức của Pb (II) - MTB, xác định các điều kiện tối - u cho việc hình thành phức. 2. Nghiên cứu cơ chế sự tạo phức Pb (II) - MTB, xác định các tham số định lợng của phức nh: , Kcb, . 3. Nghiên cứu ảnh hởng của các ion cản đến sự tạo phức. 4. Xây dựng phơng trình đờng chuẩn phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ ion Pb 2+ , đồng thời xác định khoảng nồng độ ion Pb 2+ tuân theo định luật Beer. 5. ứng dụng kết quả nghiên cứu để xác định hàm lợng Pb 2+ trong nớc ngầm tại xã Nghi Phú- Thành phố Vinh. - 5 - Chơng 1: Tổng quan 1.1. Giới thiệu về nguyên tố chì 1.1.1. Vị trí, cấu tạo và tính chất của chì: [1] Chì là nguyên tố ở ô thứ 82 trong hệ thống tuần hoàn. Sau đây là một số thông số về chì: Ký hiệu : Pb Số thứ tự : 82 Khối lợng nguyên tử: 207,2 đ.v.c Cấu hình electron: [Xe] 4f145d106S26p2 Bán kính ion: 1.26Ao Độ âm điện (theo Paulinh): 2,33 Thế điện cực tiêu chuẩn: E 0 Pb 2+ /Pb = - 0,126V. Năng lợng ion hoá: Mức năng lợng ion hoá I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 Năng lợng ion hoá (eV) 7,42 15,03 31,93 39 69,7 84 Từ giá trị I 3 , đến I 4 có giá trị tơng đối lớn, từ giá trị I 5 đến I 6 có giá trị rất lớn do đó chì chủ yếu tồn tại ở số ô xi hoá : +2 và +4. 1.1.2. Tính chất vật lý: [1] Chì là kim loại màu xám thẫm, khá mềm, dễ bị dát mỏng. Nhiệt độ nóng chảy T 0 NC = 327,46 0 C Nhiệt độ sôi: T 0 S = 1749 0 C - 6 - Khối lợng riêng (g/cm3): 11,34 Chì và các hợp kim của nó đều độc và nguy hiểm do tính tích luỹ của nó. Nên khó giải độc khi bị nhiễm độc lâu dài. Chì hấp thụ tốt các tia phóng xạ. 1.1.3. Tính chất hoá học Tác dụng với các nguyên tố không kim loại: 2Pb + O 2 = 2PbO Pb + X 2 = PbX 2 Tác dụng với nớc khi có mặt O2: 2Pb + 2H 2 O + O 2 = 2Pb (OH) 2 Tác dụng yếu với các axít HCl và H 2 SO 4 nồng độ dới 80% vì tạo lớp muối PbCl 2 và PbSO 4 khó tan. Khi các axit trên ở nồng độ đặc hơn thì có phản ứng do lớp muối đã bị hoà tan: PbCl 2 + 2HCl = H 2 PbCl 4 PbSO 4 + H 2 SO 4 = Pb(HSO 4 ) 2 Với axít HNO 3 tơng tác tơng tự nh các kim loại khác. Khi có mặt O 2 có thể tơng tác với H 2 O hoặc axit hữu cơ: 2Pb + 2H 2 O + O 2 = 2Pb(OH) 2 2Pb + 6CH 3 COOH + 3O 2 = 2Pb (HC 3 COO) 2 + 10 H 2 O Tác dụng với dung dịch kiềm nóng: Pb + 2KOH + 2H 2 O = K 2 [Pb (OH) 4 ] + H 2 - 7 - 1.1.4. Các phản ứng tạo phức của chì: [ 9] 1.1.4.1. Tạo phức với Kali feroxyanua K 4 [Fe (CN) 6 ] Cho Kali feroxyanua K 4 [Fe (CN) 6 ] tác dụng với dung dịch muối chì tạo ra một kết tủa Pb 2 [Fe(CN) 6 ] màu trắng: 2Pb 2+ + [Fe (CN) 6 ] 4- = Pb 2 [Fe (CN) 6 ] 1.1.4.2. Tạo phức với Kali sunfoxyanua KSCN Kali sunfoxyanua tác dụng với dung dịch muối chì tạo đợc một kết tủa trắng Pb (SCN)2 tan trong thuốc thử d và cả trong HNO 3 : Pb 2+ + 2SCN - = Pb (SCN) 2 1.1.4.3. Tạo phức với ditizon Ditizon tạo đợc với dung dịch muối chì trong môi trờng trung tính, amoniac, kiềm yếu và trong các dung dịch xianua thành những muối nội phức tơng ứng có màu đỏ gạch. Những muối này có cấu tạo là: Pb/2 N NH C 6 H 5 S C N N C 6 H 5 1.1.4.4. Tạo phức với tionalit [C 10 H 7 NHCOOH 2 SH] Tionalit tác dụng với dung dịch muối chì cho ta một muối nội phức, kết tủa màu vàng nhạt khó tan, có cấu tạo nh sau: NH C O C H H S Pb/2 - 8 - 1.4.4.5. Tạo phức với axit antranilic [NH 2 C 6 H 4 COOH] Axit antranilic tác dụng với dung dịch muối chì đầu tiên ta thấy có kết tủa vô định hình xuất hiện rồi sau đó kết tinh lại rất nhanh, có cấu tạo nh sau: H 2 N C O O Pb/2 1.1.5. Các khoáng vật trong tự nhiên của chì: Chì là nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất. Chì tồn tại ở các dạng trạng thái ôxi hoá 0, +2, +4, trong đó muối chì có hoá trị 2 là hay gặp nhất và có độ bền cao nhất. Trong tự nhiên, tồn tại các loại quặng galenit (PbS), Cesurit (PbCO 3 ) và anglesit (PbSO 4 ). Trong môi trờng nớc, tính năng của hợp chất chì đợc xác định chủ yếu thông qua độ tan của nó. Độ tan của chì phụ thuộc vào pH, pH tăng thì độ tan giảm, ngoài ra nó còn phụ thuộc vào các yếu tố khác nh: độ muối (hàm lợng ion khác nhau) của nớc, điều kiện ôxi hoá - khử vv . Chì trong nớc chiếm tỉ lệ khiêm tốn, chủ yếu là từ đờng ống dẫn, các thiết bị tiếp xúc có chứa chì. Trong khí quyển, chì tơng đối giàu hơn so với kim loại nặng khác. Nguồn chính của chì phân tán trong không khí là do sự đốt cháy các nhiên liệu dùng hợp chất của chì làm tăng chỉ số octan thêm vào dới dạng Pb(CH 3 ) 4 và Pb(C 2 H 5 ) 4 . Cùng với các chất gây ô nhiễm khác, chì đợc loại khỏi khí quyển do quá trình sa lắng khô và ớt. Kết quả là bụi thành phố và đất bên đờng ngày càng giàu chì với nồng độ điển hình cỡ vào khoảng 1000 - 4000 mg/kg ở những thành phố náo nhiệt [32]. - 9 - 1.1.6. Tác dụng sinh hoá của chì: Phần lớn ngời dân trong thành phố hấp thụ chì từ ăn uống 200 - 3000 àgPb/ngày, nớc và không khí cung cấp thêm 10 - 15 àgPb/ngày [32]. Tổng số chì hấp thụ này, có khoảng 200 àg chì đợc thải ra, còn khoảng 25 àg chì đợc giữ lại trong x- ơng mỗi ngày. Bảng 1.1: Lợng chì bị hấp thụ vào cơ thể mỗi ngày Nguồn hấp thụ Lợng chì (àgPb/ngày) Vào ngời (àgPb/ngày) Bài tiết (àgPb/ngày) Không khí 10 25 (tích tụ trong xơng) 200Nớc (dạng hoà tan hoặc phức) 15 Thực phẩm (dạng phức) 200 Tác dụng sinh hoá chủ yếu của chì là tác động của nó tới sự tổng hợp máu dẫn đến phá vỡ hồng cầu. Chì ức chế một số enzym quan trọng của quá trình tổng hợp máu do sự tích luỹ của các hợp chất trung gian của quá trình trao đổi chất. Hợp chất trung gian kiểu này là delta - amino levunilicaxit (ALA - đehyase). Một pha quan trọng của tổng hợp máu là sự chuyển hoá delta-amino levunilic axit thành porphobiliogen. Chì ức chế ALA - đehdrase enzym, do đó giai đoạn tiếp theo tạo thành porphobiliogen không thể xảy ra. Kết quả là phá huỷ quá trình tổng hợp hemoglobin cũng nh các sắc tố hô hấp khác cần thiết trong máu nh Cytochromes. Chì cũng cản trở việc sử dụng ôxi và glucoza để sản sinh năng lợng cho quá trình sống. Sự cản trở này có thể nhìn thấy khi nồng độ chì trong máu nằm khoảng 0,3 ppm. ở các nồng độ cao hơn (> 0,3 ppm) có thể gây hiện tợng thiếu máu (thiếu hemoglobin). Nếu hàm lợng chì trong máu nằm trong khoảng 0,5 - 0,8 ppm gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá huỷ não. Dạng tồn tại của chì trong nớc là dạng có hoá trị 2. Với nồng độ 0,1 mg/l, nó kìm hãm các hợp chất ôxi hóa vi sinh, các hợp chất hữu cơ và đầu độc các vi sinh vật