Trong phương pháp này, I-
được tích luỹ trên bề mặt điện cực giọt thuỷ ngân tĩnh ở dạng Hg2I2 bằng một thế điện phân trong một thời gian nhất định. Sau đó Hg2I2 tích luỹ được hoà tan bằng quét thế catot. Quá trình hoà tan điện hoá sẽ tạo pic ở thế - 0,33v (với điện cực so sánh là điện cực calomen). Chiều cao của dòng pic hoà tan Hg2I2 tỷ lệ với nồng độ I- trong dung dịch. Phương pháp này xác định được I-
trong khoảng 0,13 - 10,2g I-/l.
Anion S2- cản trở phép xác định, loại trừ S2- bằng cách axit dung dịch để S2- tạo thành H2S, rồi sục không khí để đuổi hết H2S, sau đó chỉnh pH dung dịch về 8 rồi mới tiến hành phân tích.
Phương pháp Von -ampe hoà tan có thể xác định lượng nhỏ iot, cho kết quả nhanh, chính xác, độ lặp lại cao. Song phương pháp này không được dùng để phân tích các mẫu lương thực và thực phẩm vì ảnh hưởng của nền quá lớn, kết quả phân tích không chính xác. Chủ yếu là dùng để phân tích I-
trong nước.
1.3.5. Phƣơng pháp kích hoạt nơtron (NAA) [26]
Trong phương pháp này, người ta thường dùng đồng vị phóng xạ của iot 128I có thời gian bán huỷ ngắn (25 phút) để phân tích iot.
Nguyên tắc của phương pháp này là dùng một chùm nơtron kích hoạt vào mẫu phân tích và đo bức xạ gama được giải phóng bởi 128I. Giới hạn phát hiện của phương pháp này khoảng 91 ppb. Mặc dù phương pháp kích hoạt nơtron có độ nhạy cao, nhưng ảnh hưởng của các nguyên tố đi kèm là rất lớn như 56
Mn, 27Mg, 24Na, 28Al và 43K.
Các nguyên tố phóng xạ này cũng phát ra mức năng lượng như 128I. Để loại trừ ảnh hưởng của các nguyên tố phóng xạ trên, người ta thường nghiên cứu sử dụng các nguồn kích hoạt và thời gian kích hoạt khác nhau.
1.4. MỘT SỐ KỸ THUẬT VÔ CƠ HOÁ MẪU ĐỂ XÁC ĐỊNH IOT 1.4.1. Kỹ thuật vô cơ hoá ƣớt 1.4.1. Kỹ thuật vô cơ hoá ƣớt
Nguyên tắc chung của kỹ thuật này là dùng các axit mạnh, các axit có tính oxi hoá mạnh, hỗn hợp các axit hoặc hỗn hợp axit đặc và một chất oxi hoá để phân huỷ mẫu.
Để xác định iot trong thực phẩm, tác giả Takashi [27] đã sử dụng hỗn hợp HNO3 13M + HClO4 9M + H2SO4 18M đun ở nhiệt độ 2300C để vô cơ hoá mẫu. Sau đó iot được xác định dựa trên hiệu ứng xúc tác của phản ứng giữa Clopromazin với H2O2 trong môi trường H2SO4
Phương pháp vô cơ hoá ướt không phù hợp cho phân tích hàng loạt mẫu vì thời gian xử lý kéo dài, phải sử dụng một lượng lớn axit nên có nguy cơ bị nhiễm bẩn.
1.4.2. Kỹ thuật vô cơ hoá bằng lò vi sóng [28]
Cơ chế của sự phân huỷ mẫu bằng lò vi sóng là sử dụng năng lượng vi sóng để đun nóng dung môi và mẫu được đựng trong bình kín.
Phân huỷ mẫu bằng lò vi sóng, lượng axit dùng ít hơn, thời gian phân huỷ ngắn hơn, đảm bảo chất phân tích không bị mất và không bị nhiễm bẩn do môi trường bên ngoài.
1.4.3. Kỹ thuật vô cơ hoá khô [28]
Kỹ thuật vô cơ hoá khô là kỹ thuật nung mẫu trong lò nung nhiệt độ 4500
- 7500 (tuỳ thuộc vào bản chất và liên kết từng loại mẫu mà chọn nhiệt độ thích hợp). Khi nung các chất hữu cơ có trong mẫu sẽ bị đốt cháy thành CO2 và hơi H2O. Sau khi nung, cặn hoà tan còn lại được xử lý tiếp bằng dung dịch axit hay muối phù hợp để chuyển hết chất phân tích trong cặn hoà tan vào dung dịch, sau đó xác định chất phân tích theo phương pháp đã chọn.
- Kỹ thuật vô cơ hoá khô gồm 2 loại:
* Vô cơ hoá khô không dùng tác nhân vô cơ hoá mẫu
Là quá trình xử lý sơ bộ mẫu bằng cách nung mẫu ở một nhiệt độ thích hợp trong một thời gian nhất định để phá vỡ cấu trúc dạng ban đầu của mẫu phân tích, đốt cháy các chất hữu cơ để chuyển nó sang một hợp chất khác đơn giản, dễ tan bằng các dung môi thích hợp (dung dịch axit, kiềm) để đưa hoàn toàn chất cần phân tích vào dung dịch, sau đó xác định chất phân tích theo phương pháp đã chọn.
Phương pháp này không dùng được đối với những chất dễ bay hơi khi nung, làm mất một lượng chất phân tích, kết quả sẽ sai.
* Vô cơ hoá khô có dùng tác nhân vô cơ hoá mẫu
Đó là quá trình xử lý mẫu nhờ tác dụng của nhiệt (500 - 7000
C) và có thêm các tác nhân vô cơ để giảm nhiệt độ nung, hạn chế sự mất mát của một số nguyên tố.
Để xác định iot trong các mẫu sinh học, người ta thường dùng phương pháp vô cơ hoá khô bằng cách nung mẫu ở nhiệt độ 6000C với các tác nhân vô cơ hoá như: KOH, K2CO3, Na2CO3 + ZnO4, Na2CO3 + KNO3, KClO3 + Glycin + Na2CO3…
Sau khi nung, hoà tan mẫu bằng dung dịch axit, lọc lấy dung dịch để định lượng iot. Chú ý khi lọc dung dịch không dùng giấy lọc Whatman vì giấy lọc này có thể hấp phụ iot.
1.5. KẾT LUẬN PHẦN TỔNG QUAN
Iot là một nguyên tố vi lượng quan trọng trong dinh dưỡng người và động vật nói chung. Trong cơ thể người iot được phân bố ở nhiều tổ chức khác nhau như máu, sữa, nước bọt, nước tiểu, tóc…
Thiếu iot sẽ gây rối loạn cơ thể, biểu hiện qua một số chứng bệnh như bướu cổ, đần độn, thần kinh…
Mỗi ngày mỗi người cần 200g iot
Nguồn cung cấp iot cho người là nước sinh hoạt, lương thực, thực phẩm. Để đánh giá vi lượng iot trong nước, đất, lương thực thực phẩm. Cần phải phân tích thường xuyên. Phương pháp phân tích không những có độ chính xác, độ nhạy cao mà còn phải phù hợp với cơ sở vật chất hiện có trong nhiều phòng thí nghiệm.
Với lý do trên chúng tôi chọn phương pháp tạo phức màu của iot với thuốc thử Fucsin bazơ rồi đo bằng các máy đo màu thông thường mà hầu hết các phòng thí nghiệm ở cơ sở đều có. Theo chúng tôi nghĩ hướng giải quyết này có thực tế hơn mặc dù độ nhạy của phương pháp này có kém hơn so với các phương pháp phân tích hiện đại như AAS, AES, điện hoá, kích hoạt nơtron, động học xúc tác..
Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM
Để đánh giá mức độ thiếu hụt iot đối với con người, cần phân tích để đánh giá hàm lượng iot có trong đất, nước và trong lương thực, thực phẩm.
Với mục đích đó, đồng thời để xây dựng được phương pháp phân tích có thể sử dụng rộng rãi, trong luận văn này chúng tôi đặt ra nhiệm vụ sau:
1- Nghiên cứu phương pháp đo quang để phân tích hàm lượng iot bằng phản ứng đơn giản dễ thực hiện.
2- Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích iot trong một số đối tượng môi trường: đất, nước, thực phẩm.
3- Dùng phương pháp thêm và phương pháp thống kê xác suất để đánh giá các kết quả phân tích thu được.
2.1. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ
- Phễu chiết dung tích 125ml
- Các loại bình đựng mức 25ml,… 1000ml. - Pipet các loại
- Các dụng cụ thuỷ tinh khác.
- Cân phân tích chính xác đến 0,02mg - Máy đo pH
- Máy đo độ hấp thụ quang JASCO V - 530 UV - VIS
Spectrophotometer của Nhật. Máy thiết kế đo được giải phổ hấp thụ từ 200 -1100nm. Nguồn đèn deterium khi đo phổ tử ngoại (200 - 400nm), nếu đo ở vùng phổ khả kiến (400 - 1100nm) thì dùng đèn halogen.
Ánh sáng của nguồn được hội tụ và đi vào bộ phận tạo đơn sắc bởi cách tử và hội tụ ở khe ra. Nguồn sáng này được chia thành hai tia, một tia đi qua dung dịch phân tích, một tia đi qua dung dịch so sánh.
Ánh sáng đi tới detetor chuyển tín hiệu thành tín hiệu điện, sau khi được chỉnh đồng bộ, chuyển thành tín hiệu số đi vào bộ vi xử lý. Tín hiệu sau khi được xử lý bằng bộ vi xử lý và hiển thị dữ kiện dưới dạng số hạng phổ.
2.2. CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
- Bản chất của phương pháp mà chúng tôi nghiên cứu là
Iot trong môi trường phần lớn nằm ở dạng I-, dùng NaNO2 oxi hoá chuyển về dạng I2. Dưới tác dụng của các bazơ hữu cơ có màu như mêtyl tím, malachit xanh, brilliant xanh, Fucsin bazơ… phân tử iot bị phân cực, sẽ liên kết tĩnh điện với phân tử Fucsin bazơ tạo thành liên hợp ion, màu của liên hợp ion này giống với màu của thuốc thử Fucsin bazơ nhưng Fucsin bazơ là hợp chất phân cực, còn liên hợp ion là hợp chất không phân cực.
Vậy ta có thể dùng phương pháp chiết để tách liên hợp ion ra và đo màu, từ đó tính được hàm lượng iot có trong mẫu phân tích.
Trên cơ sở lập luận đó, quá trình nghiên cứu của chúng tôi được thực hiện theo các bước sau:
- Khảo sát ảnh hưởng pH của môi trường đến quá trình chiết thuốc thử và các dung môi hữu cơ.
- Sử dụng phương pháp cố định một thành phần [29] để khảo sát ảnh hưởng pH của môi trường nước đến sự tạo thành hợp chất liên hợp ion và khảo sát lượng thuốc thử tối ưu.
- Khảo sát phổ hấp thụ của hợp chất liên hợp ion - Khảo sát khả năng chiết hợp chất liên hợp ion
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành hợp chất liên hợp ion. - Khảo sát khoảng tuyến tính của độ hấp thụ quang A và nồng độ iot. - Sử dụng phương pháp thêm và phương pháp thống kê xác suất để kiểm tra độ đúng và độ chính xác, xác định LOD, LOQ.
- Xây dựng quy trình phân tích.
2.3. QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM ĐƢỢC TIẾN HÀNH NHƢ SAU2.3.1. Giới thiệu về Fucsin bazơ 2.3.1. Giới thiệu về Fucsin bazơ
2.3.1.1. Tính chất
Fucsin bazơ là những tinh thể xanh lá cây sẫm, sáng ánh
Độ hoà tan trong 100g dung môi: nước 0,26g (260C), rượu 5,9g (250
C). Tan tốt hơn trong nước nóng cho dung dịch màu hồng, dung dịch này có độ hấp thụ quang cực đại ở = 487,1nm và 543,9nm. Kết tinh từ dung dịch nước có ngậm 4 H2O.
2.3.1.2. Ứng dụng
Dung dịch sunfua Fucsin (thuốc thử anđêhit) dùng để xác định brôm và các chất oxi hoá bằng phương pháp đo quang.
Người ta đã nghiên cứu phản ứng màu của fucsin bazơ với SO2[30]. Sử dụng Fucsin bazơ để xác định AuCl-
4, TaF5-… [31] bằng phương pháp chiết trắc quang.
2.3.2. Cơ chế tƣơng tác giữa I2 với các chất màu bazơ hữu cơ
Tương tác giữa iot và các chất màu bazơ hữu cơ như tím tinh thể, malachit xanh, brilliant lục, rodanin, fucsin bazơ…không phải là phản ứng trao đổi, axit bazơ hay oxi hoá khử v.v… mà là phản ứng tạo liên hợp ion. Các chất màu bazơ hữu cơ là các chất phân cực mạnh [32], khi chúng tương tác với I2, làm cho phân tử I2 phân cực I+ - I - do sự chuyển dời của các điện tử trong phân tử. Hai phân tử chất màu bazơ hữu cơ và iot đều phân cực, các cực trái dấu sẽ hút nhau do lực hút tĩnh điện tạo thành hợp chất liên hợp. Cực dương của phân tử iot đã phân cực tương tác với cực âm của phân tử chất màu bazơ hữu cơ và cực âm của phân tử iot này sẽ tác dụng với cực dương kia của phân tử thuốc thử, bởi vì khoảng cách giữa hai đầu cực của phân tử iot ngắn hơn giữa hai đầu cực của phân tử thuốc thử. Phân tử iot nằm gọn trong lỗ hổng của các phân tử thuốc thử gần như theo cơ chế hấp phụ của lực hút tĩnh
điện tạo thành tổ hợp chất màu bazơ - iot. Tổ hợp liên hợp màu này dễ dàng bị chiết bởi các dung môi như benzen, toluen, diclometan, dicloetan, tetracloruacacbon… Trong khi đó các phân tử thuốc thử lại phân cực nên chúng không bị chiết bởi các dung môi này. Lợi dụng tính chất này ta có thể dùng các dung môi không phân cực để chiết tách hợp chất liên hợp ion giữa iot với chất màu bazơ hữu cơ khỏi thuốc thử dư. Chính vì vậy phản ứng này có độ chọn lọc tốt.
2.3.3. Các thực nghiệm khảo sát
2.3.3.1. Ảnh hưởng của pH đến sự chiết của Fucsin bazơ bằng các dung môi
hữu cơ
Lấy 3ml dung dịch fucsin bazơ vào dãy phễu chiết, sau đó thêm vào mỗi phễu 5ml dung dịch đệm có pH = 1, 2, 3, 4, 5, 6. Thêm nước cất đến thể tích 25ml. Thêm cẩn thận 5ml dung môi hữu cơ, đậy phễu chiết bằng nút nhám, lắc kỹ trong một phút.
Để yên để tách pha. Tách pha hữu cơ vào bình định mức 25ml. Tiến hành chiết lại 2 lần nữa, mỗi lần bằng 5ml dung môi hữu cơ. Thêm dung môi hữu cơ tới vạch, lắc và trộn đều. Đo độ hấp thụ quang (A) của dịch chiết Fucsin bazơ tại bước sóng hấp thụ cực đại của hợp chất fucsin bazơ - iot. Ghi các kết quả thu được và biện luận trong mục bàn luận kết quả thực nghiệm.
2.3.3.2. Ảnh hưởng pH của môi trường đến sự hình thành hợp chất liên hợp ion giữa fucsin bazơ và iot hợp ion giữa fucsin bazơ và iot
Chuẩn bị một dãy dung dịch có pH thay đổi, còn tất cả các cấu tử khác đều như nhau. Lấy 5ml dung dịch KI 1mg/l, 1ml dung dịch NaNO2 0,1M. 1ml dung dịch HCl 2M và 3ml dung dịch Fucsin bazơ. Thêm tiếp 1ml NaOH 2M để trung hoà với 5ml dung dịch đệm có pH = 1, 2, 3, 4, 5, 6 vào phễu chiết được đánh số từ 1, 2, 3, 4, 5, 6. Thêm nước cất tới thể tích 25ml và lắc trộn. Tiến hành chiết hợp chất liên hợp fucsin bazơ - iot 3 lần, mỗi lần bằng 5ml
dung môi hữu cơ. Dịch chiết được thu vào bình định mức 25ml. Định mức dịch chiết bằng dung môi hữu cơ, lắc trộn đều. Đo độ hấp thụ quang (A) của dung dịch thu được tại bước sóng hấp thụ cực đại của hợp chất liên hợp fucsin bazơ và iot.
2.3.3.3. Khảo sát phổ hấp thụ của hợp chất fucsin bazơ - iot
Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn bằng cách lấy vào dãy phễu chiết những lượng dung dịch như sau:
Số dung dịch 1 2 3 4 5 6
Thể tích dung dịch KI 1mg/l 0 1 2 3 4 5
Thêm vào mỗi phễu chiết 1ml dung dịch NaNO2 0,1M, 1ml dung dịch
HCl 2M lắc trộn, thêm tiếp 3ml fucsin bazơ, thêm tiếp 1ml dung dịch NaOH 2M để trung hoà, 5ml dung dịch đệm pH = 4, pha loãng bằng nước cất đến thể tích 25ml.
Tiến hành chiết hợp chất liên hợp fucsin- bazơ- iot 3 lần, mỗi lần bằng 5ml dung môi hữu cơ. Dịch chiết được gom vào bình định mức 25ml. Định mức tới vạch bằng dung môi hữu cơ, lắc trộn đều. Đo độ hấp thụ quang (A) của từng dung dịch trong khoảng bước sóng từ 450 - 600nm. Biểu diễn sự phụ thuộc (A) = f () ta được phổ hấp thụ của dịch chiết. Từ đó xác định được
max của hợp chất liên hợp fucsin -bazơ - iot.
2.3.3.4. Khảo sát sự phụ thuộc độ hấp thụ quang A vào lượng dung dịch HCl 2M HCl 2M
Chuẩn bị một dãy phễu chiết, lấy vào lượng HCl 2M từ 0; 0,5; 0,8; 1; 1,5; 2ml, thêm vào mỗi phễu 5ml dung dịch KI 1mg/l, 1ml dung dịch NaNO2 0,1M lắc đều, thêm tiếp vào mỗi phễu 3ml dung dịch fucsin bazơ, dùng dung dịch NaOH 2M vừa đủ để trung hoà lượng axit dư rồi thêm vào mỗi phễu 5ml dung dịch đệm có pH = 4, pha loãng bằng nước cất đến thể
tích 25ml. Tiến hành chiết 3 lần, mỗi lần bằng 5ml 1,2 - đicloetan. Dịch chiết được thu vào bình định mức 25ml. Định mức bằng dung môi hữu cơ rồi đo A của dãy dung dịch ở bước sóng max vừa tìm được ở trên. Kết quả thu được sẽ cho thấy lượng axit tối ưu cần dùng.
2.3.3.5. Khảo sát sự phụ thuộc lượng dung dịch NaNO2 0,1M
NaNO2 dùng để oxi hoá I- thành I2 vậy lượng NaNO2 dùng bao nhiêu là