2.3.1. Chuẩn bị dung dịch so sánh
Hút chính xác 0.4 ml PAN 10-3 M cho vào cốc, thêm 1 ml dung dịch KNO3 1 M để lực ion bằng hằng định và 1 ml dung dịch KSCN 1 M. Chuyển vào bình định mức 10 ml, định mức bằng nước cất đến vạch định mức, đều chỉnh đến pH tối ưu giống như dung dịch đã nghiên cứu. Sau đó cho dung dịch vào phễu chiết và chiết lên pha hữu cơ, loại bỏ phần nước, lấy phần dịch chiết để làm dung dịch so sánh khi đo mật độ quang của phức trong dung môi hữu cơ.
2.3.2. Dung dịch nghiên cứu
Hút chính xác một lượng thuốc thử và chính xác một lượng ion kim loại nặng nghiên cứu vào bình định mức 10 ml, thêm dung dịch nền KNO3, thêm dung dịch KSCN
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Thị Anh Phương
23
đối với phức đa phối tử định mức tới 10 ml, sau đó điều chỉnh đến pH tối ưu. Để cho dung dịch phức ổn định sau đó tiến hành lắc và chiết dung dịch phức lên dung môi hữu cơ, lấy phần dịch chiết của phức đo mật độ quang với dung dịch so sánh là dịch chiết thuốc thử PAN.
2.3.3. Phương pháp nghiên cứu
Khảo sát phổ hấp thụ của phức đa phối tử của của một số dung dịch phức trong dung môi hữu cơ. Từ đó tìm ra các điều kiện tối ưu để thu được kết quả tốt nhất như: xác định bước sóng tối ưu, thời gian lắc tối ưu, độ pH tối ưu, dung môi chiết tối ưu, thể tích hữu cơ chiết tối ưu, tỷ lệ các cấu tử trong phức…để xác định hàm lượng kim loại trong mẫu giả và mẫu thật.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Thị Anh Phương
24
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 3.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN- [2,8] 3.1.1. Khảo sát phổ hấp thụ của phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN-
Trong quá trình nghiên cứu, tiến hành khảo sát như sau: Chuẩn bị 3 dung dịch có nồng độ và thành phần như sau:
+ Dung dịch 1: CPAN = 4.10-5 M
+ Dung dịch 2: CCd(II) = 2.10-5 M, : CPAN = 4.10-5 M
+ Dung dịch 3: CCd(II) = 2.10-5 M, : CPAN = 4.10-5 M,: CSCN- = 0.1 M.
Ba dung dịch này được đựng trong 3 bình định mức 10 ml, cố định lực ion bằng KNO3, điều chỉnh pH bằng KOH và KNO3 đến pH bằng 6.5. Sau đó tiến hành chiết các dung dịch bằng 5 ml rượu iso amylic. Sau đó tiến hành đo mật độ quang và kết quả như sau:
Bảng 3.1. Sự phụ thuộc mật độ quang vào bước sóng của phức đa phối tử PAN-Cd(II)- SCN- Stt λ (nm) Ai (PAN-nước) Ai (Phức đơn-PAN) Ai (Phức đa-PAN) 1 350 0.241 2 360 0.276 3 370 0.356 4 380 0.400 5 390 0.418 6 400 0.478 0.153 0.106 7 410 0.513 0.176 0.228 8 420 0.573 0.210 0.299 9 430 0.591 0.289 0.309 10 440 0.610 0.326 0.331 11 450 0.670 0.342 0.344
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Thị Anh Phương 25 Stt λ (nm) Ai (PAN-nước) Ai (Phức đơn-PAN) Ai (Phức đa-PAN) 12 460 0.726 0.367 0.393 13 470 0.747 0.380 0.420 14 480 0.729 0.387 0.492 15 490 0.711 0.398 0.569 16 500 0.632 0.407 0.638 17 510 0.586 0.424 0.812 18 520 0.437 0.436 0.903 19 530 0.316 0.452 0.939 20 540 0.208 0.491 1.098 21 550 0.202 0.516 1.208 22 555 0.109 0.542 1.329 23 560 0.099 0.504 1.202 24 570 0.074 0.490 1.104 25 580 0.450 1.016 26 590 0.399 0.910 27 600 0.326 0.804 28 610 0.251 0.712 29 620 0.197 0.531 30 630 0.115 0.412 31 640 0.102 0.304 32 650 0.092 0.212
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Thị Anh Phương
26
Hình 3.1. Sự phụ thuộc mật độ quang vào bước sóng của phức đa phối tử PAN-Cd(II)- SCN-
Chú thích:
(1): là thể hiện sự phụ thuộc của mật quang vào bước sóng của thuốc thử PAN với nước.
(2): là thể hiện sự phụ thuộc của mật độ quang vào bước sóng của phức đơn phối tử PAN-Cd(II).
(3): là thể hiện sự phụ thuộc của mật độ quang vào bước sóng của phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN-.
Từ bảng 3.1 cho thấy rằng có sự chuyển dịch bước sóng lớn khi hình phức đa phối tử (đối với phức PAN-nước có λtối ưu = 470 nm, còn phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN- có λtối ưu = 555 nm) và mật độ quang của phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN- (Amax = 1.329) lớn hơn nhiều so với phức đơn phối tử PAN-Cd(II) (Amax = 0.542). Từ đó chọn bước sóng λ = 555 nm cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.1.2. Các điều kiện tối ưu tạo phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN-
3.1.2.1. Dung môi tối ưu chiết phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN-
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 350 400 450 500 550 600 650 700 (3) (1) (2) λ (nm) Ai
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Thị Anh Phương
27
Phương pháp chiết trắc quang là một phương pháp được sử phổ biến trong các phương pháp phân tích hóa lý. Nguyên tắc của phương pháp này là khi muốn xác định một cấu tử nào đó, ta chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó. Tuy nhiên, để tăng độ hấp thụ ánh sáng ta cần lựa chọn dung môi chiết thích hợp. Có nhiều loại dung môi chiết có thể sử dụng như: CCl4, CHCl3, rượu iso amylic, rượu iso butylic, clorofom….Nhưng trong quá trình thí nghiệm ta chỉ chọn ba loại dung môi chiết: Rượu iso amylic, rượu iso butylic và clorofom vì đây là những dung môi phổ biến trong phòng thí nghiệm, có thể dùng làm dung môi chiết cho hầu hết các hợp chất hữu cơ, cho hiệu suất chiết cao…
Để lựa chọn dung môi chiết tối ưu chuẩn bị 3 dung dịch phức đa phối tử trong 3 bình định mức 10 ml với thành phần như sau:
CCd(II) = 2.10-5 M, CPAN = 4.10-5 M, CSCN- = 0.1 M, = 0.1 M. Các dung môi chiết: rượu iso butylic, rượu iso amylic, clorofom.
Điều chỉnh pH của 3 dung dịch ở 6.5 sau đó chiết bằng 5 ml các dung môi khác nhau ở trên và tiến hành đo mật độ quang của dung dịch chiết so với dung dịch so sánh ở cùng pH = 6.5. Ta thu được kết quả như sau:
Bảng 3.2. Sự phụ thuộc mật độ quang vào dung môi chiết phức của phức đa phối tử PAN- Cd(II)-SCN-
Stt Dung môi pH (nm) Aimax
1 rượu iso butylic 6.500 520 0.302
2 Clorofom 6.500 550 0.490
3 rượu iso amylic 6.500 555 1.161
Từ kết quả ở bảng 3.2 cho thấy rằng dung dịch phức có mật độ quang lớn nhất khi chiết bằng dung dịch chiết là rượu iso amylic ở bước sóng 555 nm. Vậy ở các thí nghiệm tiếp theo chọn dung dịch chiết là rượu iso amylic.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Thị Anh Phương
28
Chuẩn bị 6 dung dịch phức đa phối tử sau trong bình định mức ở 10 ml có thành như sau:
CCd(II) = 2.10-5 M, CPAN = 4.10-5 M, CSCN- = 0.1 M, = 0.1 M. Điều chỉnh pH của 6 dung dịch phức đến pH = 6.5.
Tiến hành lắc chiết với 5 ml rượu iso amylic ở những thời gian khác nhau, sau đó tiến hành đo mật quang dung dịch chiết ở bước sóng 555 nm so với dung dịch so sánh ở cùng điều kiện, kết quả thu được biểu diễn ở bảng 3.3.
Bảng 3.3. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian lắc trước khi chiết của phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN-
t (phút) 1.000 3.000 5.000 7.000 9.000 11.000
Ai 1.103 1.209 1.315 1.320 1.325 1.322
Hình 3.2. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian lắc trước khi chiết của phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN- 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 0 2 4 6 8 10 12 t(phút) Ai
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Thị Anh Phương
29
Từ biểu đồ ta thấy mật độ quang của dung dịch chiết không thay đổi nhiều sau khi tiến hành lắc chiết từ 5-11 phút. Vậy các thí nghiệm tiếp theo ta chọn thời gian lắc trước khi chiết phức là trong khoảng thời gian 5 phút để tiết kiệm thời gian cho thí nghiệm khác.
3.1.2.3. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian lắc sau khi chiết của phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN-
Để tiến hành nghiên cứu khoảng thời gian sau khi chiết tối ưu của phức ta cần chuẩn bị dung dịch trong bình định mức 10 ml có thành phần như sau:
CCd(II) = 4.10-5 M, CPAN = 4.10-5 M, CSCN- = 0.1 M, = 0.1 M.
Ta tiến hành lắc chiết với 5 ml dung dịch rượu iso amylic trong khoảng thời gian là 5 phút, sau đó tiến hành đo mật độ quang của dung dịch chiết phức tại các thời điểm thời gian khác nhau, ta thu được kết quả như sau:
Bảng 3.4. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian lắc sau khi chiết của phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN-
t (phút) 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 40.000
Ai 1.142 1.239 1.324 1.331 1.326 1.340 1.332
Hình 3.3. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian lắc sau khi chiết của phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN- 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 5 10 15 20 25 30 35 40 45 t(phút) Ai
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Thị Anh Phương
30
Dựa vào đồ thị hình 3.3 ta thấy mật độ quang ít thay đổi sau khi chiết từ 15 đến 40 phút. Ở 15 phút dung dịch phức qua quan sát đã hoàn toàn ổn định, cho mật độ quang cao, cho nên các thí nghiệm tiếp theo ta chọn thời gian đo mật độ quang sau chiết là 15 phút để tiết kiệm thời gian cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.1.2.4. Xác định pH tối ưu
Để tiến hành xác định pH tối ưu của quá trình tạo phức đa phối tử PAN-Cd(II)- SCN- ta tiến hành thí nghiệm trong 9 bình định mức 10 ml có thành phần như sau:
CCd(II) = 2.10-5 M, CPAN = 4.10-5 M, CSCN- = 0.1 M, = 0.1 M.
Điều chỉnh pH các dung dịch phức tại các giá trị pH khác nhau bằng KOH và HNO3. Sau đó tiến hành lắc và chiết dung dịch phức bằng 5 ml rượu iso amylic. Đo mật quang của dịch chiết tại λmax = 555 nm so với dung dịch so sánh. Ta thu được kết quả như sau:
Bảng 3.5. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức đa phối tửPAN-Cd(II)-SCN- vào pH pH 4.500 5.000 5.500 6.000 6.300 6.500 6.700 7.000 7.500
Ai 0.659 0.882 1.061 1.189 1.252 1.259 1.204 1.180 0.738
Hình 3.4. Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc mật độ quang của phức đa phối tử PAN-Cd(II)- SCN- vào pH
Từ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức đa phối tử PAN-Cd(II)- SCN- vào pH. Cho thấy mật độ quang tăng lên khi độ pH tăng tuy nhiên tăng cực đại từ
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 pH Ai
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Thị Anh Phương
31
khi pH có giá trị từ 6.3-6.7 và do giá trị mật độ quang tại giá trị 6.5 là lớn nhất nên các thí nghiệm tiếp theo ta chọn giá trị pH tối ưu là 6.5.
Trong các thí nghiệm tiếp để khảo sát các phản ứng của phức đa phối tử PAN- Cd(II)-SCN- thì ta tiến hành thí nghiệm theo các điều kiện tối ưu, được trình bày theo bảng 3.6 như sau:
Bảng 3.6. Các điều kiện tối ưu để tạo phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN- Bước sóng tối
ưu (nm)
Thời gian lắc tối ưu (phút)
Thời gian sau khi lắc tối ưu (phút)
Dung môi chiết tối ưu
pH tối ưu
555.0 5.0 15.0 Rượu iso amylic 6.5
3.1.3. Xác định thành phần của phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN-
3.1.3.1. Phương pháp tỷ số mol [3,8]
Mục đích của phương pháp này là xác định tỷ lệ giữa ion kim loại và thuốc thử. Bằng cách cố định hàm lượng kim loại và thay đổi nồng thuốc thử hoặc làm ngược lại. Cho nên cần chuẩn bị 2 dãy dung dịch trong 14 bình định mức 10 ml có thành phần như sau:
+ Dãy 1: gồm 7 dung dịch nghiên cứu: CCd(II) = 2.10-5 M, CPAN thay đổi từ nồng độ 1.10-5 M đến 4.10-5 M, CSCN- = 0.1 M, = 0.1 M.
Tiến hành lắc chiết 7 dung dịch trên ở dãy 1 bằng 5 ml dung môi rượu iso amylic, đo mật độ quang tại các điều kiện tối ưu như các thí nghiệm trên, kết quả như sau:
Bảng 3.7. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức đa phối tửPAN-Cd(II)-SCN- vào nồng độ của thuốc thử PAN
CPAN.105 M 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000
CPAN/ CCd(II) 1/2 3/4 1/1 5/4 3/2 7/4 8/4
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Thị Anh Phương
32
Hình 3.5. Đồ thị biểu hiện sự phụ thuộc mật độ quang của phức đa phối tử PAN-Cd(II)- SCN- vào nồng độ của thuốc thử PAN
Từ kết quả trên ta thấy khi nồng độ PAN tăng lên thì mật độ quang tăng lên, đến khi nồng độ PAN lớn hơn 2.10-5 M thì mật độ quang hầu như tăng không đáng kể. Chứng tỏ có sự tạo phức hoàn toàn của Cd2+với PAN. Và từ đồ thị ta thấy tỷ lệ PAN:Cd(II) = 1:1 là phù hợp nhất.
+ Dãy 2: gồm 7 dung dịch nghiên cứu: CPAN = 2.10-5 M, CCd(II) thay đổi từ nồng độ 1.10-5 M đến 4.10-5 M, CSCN- = 0.1 M, = 0.1 M.
Tiến hành lắc chiết 7 dung dịch trên ở dãy 1 bằng 5 ml dung môi rượu iso amylic, đo mật độ quang tại các điều kiện tối ưu như các thí nghiệm trên, kết quả được biểu diễn ở bảng 3.8 và hình 3.6.
Bảng 3.8. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức đa phối tửPAN-Cd(II)-SCN- vào nồng độ của thuốc thử PAN
CCd(II).10-5 M 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 CCd2+/ CPAN 1/2 3/4 1/1 5/4 3/2 7/4 8/4 Ai 0.882 1.216 1.322 1.326 1.315 1.328 1.331 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 CPAN.10-5 Ai
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Thị Anh Phương
33
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức đa phối tử PAN-Cd(II)- SCN- vào nồng độ của thuốc thử PAN
Từ kết quả trên ta thấy khi nồng độ của Cd2+ tăng lên thì mật độ quang của phức tăng lên, đến khi nồng độ của Cd(II) lớn hơn 2.10-5 M thì mật độ quang tăng không đáng kể. Chứng tỏ chúng có sự tạo phức hoàn toàn và nhìn từ đồ thị ta thấy được tỷ lệ Cd(II)/PAN là 1:1 là thích hợp nhất.
Vậy ta có phương trình phản ứng:
Cd2+ + SCN- + PAN PAN-Cd(II)-SCN-
3.1.3.2. Xác định nồng độ của SCN- trong phức đa phối tử PAN-Cd(II)-SCN- bằng cách cố định nồng độ Cd2+ và PAN và thay đổi nồng độ SCN- [3,8]
Để xác định nồng độ SCN- trong phức đa phối tử ta tiến hành một dãy các thí nghiệm bằng cách giữ nồng độ Cd(II) và PAN đều bằng 2.10-5 M và thay đổi nồng độ của SCN-, sau đó đưa phức về các điều kiện tối ưu, sau đó chiết phức bằng 5 ml rượu iso amylic rồi đo mật quang. Kết quả thu được như sau:
Bảng 3.9. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức đa phối tử vào nồng độ SCN-
CSCN- 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 Ai 0.680 0.901 1.014 1.127 1.283 1.242 1.238 1.204 1.209 1.196 1.178 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 CCd(II).105 Ai
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Thị Anh Phương
34
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức đa phối tử vào nồng độ SCN-
Qua biểu đồ trên ta thấy mật độ quang của phức tăng lên khi nồng độ SCN- tăng,