2.2.1. Nghiên cứu sự tạo phức giữa Mn(II) với PAR bằng phƣơng pháp trắc quang
Phức của Mn với PAR được chúng tôi nghiên cứu một cách có hệ thống. Trước hết chúng tôi tiến hành xác định các điều kiện tạo phức tối ưu: Đo phổ hấp thụ điện tử của phức, từ đó xác định được bước sóng hấp thụ cực đại, xác định pH tối ưu, khoảng thời gian tối ưu. Tiếp theo chúng tôi xác định thành phần phức, khảo sát ảnh hưởng của một số ion đến sự tạo phức, xác định khoảng nồng độ tuân theo định luật Bia.
2.2.2. Xác định hàm lƣợng Mn(II) trong nƣớc dựa vào màu của ion MnO4
-
Để xác định hàm lượng Mn(II) trong nước, chúng tôi dùng ion pesunfat (S2O82-) để oxi hóa Mn(II) lên MnO4 . Cường độ màu của dung dịch MnO4 tỉ lệ với nồng độ Mn(II), dùng phương pháp trắc quang để xác định nồng độ Mn(II). Phản ứng oxi hóa Mn(II) bằng ion pesunfat được tiến hành ở nhiệt độ sôi, trong môi trường axit khi có mặt lượng nhỏ AgNO3 . Chúng tôi đã tiến hành xác định các điều kiện tối ưu như: Bước sóng, khoảng thời gian ôxi hóa, thể tích H2SO4 1:1, thể tích chất oxi hóa, thể tích axit H3PO4 1:4. Đường chuẩn được xây dựng ở các điều kiện tối ưu và được sử dụng để xác định hàm lượng Mn(II) trong mẫu thực.
2.2.3. Xác định hàm lƣợng Fe(III) trong nƣớc bằng thuốc thử axit sunfosalixilic
Axit H2SS- tạo phức tốt với Fe(III) ở các khoảng pH khác nhau, trong đó môi trường kiềm sự tạo phức xảy ra là tốt nhất. Do đó trong đề tài này chúng tôi đã khảo sát sự tạo phức giữa Fe(III) với H2SS- trong môi trường kiềm. Chúng tôi khảo sát các
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
điều kiện tối ưu cho sự tạo phức, khảo sát ảnh hưởng của các ion cản trở, xây dựng đường chuẩn khi có mặt các ion cản trở để xác định hàm lượng Fe(III) trong mẫu thực.
2.3. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
2.3.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
2.3.1.1. Hóa chất
+ Dung dịch MnSO4 10-3M
Cân 0,4225 gam MnSO4.H2O pha trong bình định mức 250 ml được dung dịch MnSO4 10-2M, sau đó dùng dung dịch Mg2+
chuẩn và EDTA để chuẩn độ ngược, xác định nồng độ thực của MnSO4 rồi từ nồng độ này tính toán để pha dung dịch MnSO4 10-3M
+ Dung dịch Mn(II) gốc, tiêu chuẩn
- Dung dịch gốc:
Cân 0,2746 g MnSO4 khan ( MnSO4.H2O được sấy khô ở 1500
C) hòa tan vào nước cất, thêm 1ml H2SO4 1:1 rồi pha trong bình định mức 100ml thu được dung dịch MnSO4 chứa 1mg Mn/ml.
- Dung dịch chuẩn:
Dùng pipet hút 2ml dung dịch Mn(II) 1mg/ml cho vào bình định mức 100 ml, định mức đến vạch thu được dung dịch Mn(II) 0,02mg/ml.
+ Dung dịch Fe(NO3)3 10-2M, Fe(NO3)3 10-3M
Cân chính xác 1,01 g Fe(NO3)3.9H2O rồi hòa tan trong axit HNO3 0,01M, định mức trong bình 250 ml được dung dịch Fe(NO3)3 10-2M. Sau đó xác định chính xác nồng độ của Fe(NO3)3 bằng cách dùng Sn2+ khử Fe3+ về Fe2+ rồi dùng KMnO4 chuẩn để chuẩn độ Fe2+
xác định được nồng độ thực của dung dịch Fe(NO3)3, rồi từ nồng độ này tính toán để pha dung dịch Fe(NO3)3 10-3M.
+ Dung dịch PAR 10-3M
Thuốc thử PAR của Đức được pha chế bằng cách cân chính xác 127,5 mg PAR ( C11H8N3O2Na.H2O), sau đó hòa tan bằng nước cất 2 lần, chuyển vào bình định mức 250 ml và định mức đến vạch.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn + Dung dịch H2SS- 0,1M
Cân chính xác 2,5422 g H3SS tinh thể. Hòa tan bằng nước cất 2 lần trong cốc, chuyển vào bình định mức 100 ml và định mức đến vạch bằng nước cất 2 lần.
+ Dung dịch AgNO3 10%
Cân 11,111 g AgNO3 hòa tan bằng nước cất, chuyển vào bình định mức 100 ml và định mức đến vạch bằng nước cất 2 lần.
+ Dung dịch K2S2O8 bão hòa. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cho khoảng 8 g K2S2O8 vào 100 ml nước cất, khuấy đều cho đến khi K2S2O8
không tan được nữa ta thu được dung dịch K2S2O8 bão hòa.
+ Các hóa chất khác
- Axit H2SO4 1:1 - Axit H3PO4 1:4 - Axit HNO3 đặc
- Dung dịch Fe3+ 22,4 mg/l: Lấy 10 ml Fe2(SO4)3 10-3M. Pha loãng 5 lần bằng nước cất đến thể tích 50 ml.
- Dung dịch KNO3 1M
Cân chính xác 25,275 g KNO3 hòa tan trong cốc bằng nước cất 2 lần. Chuyển vào bình định mức 250 ml và định mức đến vạch bằng nước cất 2 lần.
- Các dung dịch NaOH và HNO3 ở các nồng độ khác nhau để điều chỉnh pH - Dung dịch Al(NO3)3 0,01M
Cân 0,9375 g Al(NO3)3.9H2O hòa tan trong cốc bằng dung dịch HNO3 loãng cho tan hết. Chuyển vào bình định mức 250 ml và định mức đến vạch.
- Dung dịch Pb(NO3)2 10-2M
Cân chính xác 0,3312g Pb(NO3)2 trên cân phân tích cho vào bình định mức 100 ml rồi axit hóa bằng dung dịch HNO3 0,01M cho tan hết, sau đó định mức đến vạch, ta được dung dịch Pb2+
10-2M.
- Dung dịch NH3 3M để điều chỉnh pH.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.3.1.2. Dụng cụ - Các loại pipet: 1ml, 2ml, 5ml, 10ml, 20 ml. - Bình định mức: 10ml, 25ml, 50ml, 100ml, 250ml, 500ml. - Cân phân tích có độ chính xác ±0,1 mg. - Bếp điện.
- Các loại cốc, lọ cân, đũa thủy tinh, thìa thủy tinh, quả bóp cao su, cuvet thạch anh, giấy lọc, bình cầu tia.
2.3.1.3. Thiết bị nghiên cứu
- Máy đo pHS-25 của Trung Quốc.
- Máy đo quang: UV 1700 Phamaspec (Nhật).
2.3.2. Cách tiến hành thực nghiệm
2.3.2.1. Dung dịch PAR
Hút chính xác một thể tích dung dịch PAR 10-3
M vào lọ cân nhỏ, thêm 1 ml dung dịch KNO3 1M để giữ ổn định lực ion, sau đó thêm một lượng nhỏ nước cất 2 lần sao cho thể tích dung dịch khoảng 8 ml. Dùng dung dịch NaOH và HNO3 ở các nồng độ khác nhau để điều chỉnh pH của dung dịch về pH tối ưu trên máy đo pH. Sau khi chỉnh pH xong thì chuyển dung dịch vào bình định mức 10 ml, tráng lọ cân, điện cực và định mức bằng nước cất 2 lần đã chỉnh pH. Lắc đều trước khi đo quang.
2.3.2.2. Dung dịch phức Mn(II) – PAR
Hút chính xác một thể tích dung dịch Mn(II) 10-3
M, dung dịch PAR 10-3M cho vào lọ cân nhỏ, thêm 1ml dung dịch KNO3 1M để giữ ổn định lực ion, sau đó thêm một lượng nhỏ nước cất 2 lần sao cho thể tích dung dịch khoảng 8 ml. Dùng dung dịch NaOH và HNO3 ở các nồng độ khác nhau để điều chỉnh pH của dung dịch về pH tối ưu trên máy đo pH. Sau khi chỉnh pH xong thì chuyển dung dịch vào bình định mức 10 ml, tráng lọ cân, điện cực và định mức bằng nước cất 2 lần đã chỉnh pH. Lắc đều trước khi đo quang. Dung dịch so sánh khi đo mật độ quang là dung dịch PAR đã hiệu chỉnh ở cùng các điều kiện tối ưu với dung dịch phức.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.3.2.3. Cách tiến hành oxi hóa Mn(II) thành MnO4 -
Hút chính xác một thể tích dung dịch Mn(II) tiêu chuẩn 0,02mg/L cho vào cốc thuỷ tinh chịu nhiệt (loại 100ml). Thêm lần lượt các thể tích tối ưu của H2SO4 1:1, dung dịch AgNO3 10%, dung dịch K2S2O8 bão hòa. Thêm nước cất sao cho thể tích dung dịch trong cốc khoảng 20 ml. Đun sôi nhanh một phút trên bếp điện, lấy xuống, để 1 phút và làm nguội nhanh. Sau đó định mức vào bình 25 ml bằng nước cất 2 lần, chú ý tráng kĩ cốc và lắc đều trước khi đo quang. Dung dịch so sánh là nước cất.
2.3.2.4. Dung dịch phức Fe(III) – H2SS-
Hút chính xác một thể tích dung dịch Fe(III) cho vào lọ cân nhỏ, thêm một thể tích chính xác dung dịch H2SS-, thêm 1ml dung dịch KNO3 1M để giữ ổn định lực ion, sau đó thêm một lượng nhỏ nước cất 2 lần sao cho thể tích dung dịch khoảng 8 ml. Dùng dung dịch NH3 3M và HNO3 để điều chỉnh pH của dung dịch về pH tối ưu trên máy đo pH. Sau khi chỉnh pH xong thì chuyển dung dịch vào bình định mức 10 ml, tráng lọ cân, điện cực và định mức bằng nước cất 2 lần. Lắc đều trước khi đo quang. Dung dịch so sánh là nước cất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các dung dịch nghiên cứu được giữ ở lực ion cố định (µ = 0,1) bằng dung dịch KNO3 1M. Các phép đo mật độ quang đều được thực hiện ở các điều kiện tối ưu: max, pHtư, thời gian tối ưu.
2.3.3. Xử lý kết quả thực nghiệm
Các số liệu được xử lí trên phần mềm ứng dụng EXCELL
2.3.4. Cách lấy mẫu, xử lý mẫu
2.3.4.1. Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu
- Chúng tôi tiến hành lấy mẫu nước ở một số giếng khoan trong các hộ gia đình ở phường Tân Thành, phường Phú Xá Thành phố Thái Nguyên là nơi gần nhà máy Gang Thép Thái Nguyên.
- Dụng cụ để lấy mẫu: Bình nhựa PVE 500 ml. - Khi lấy mẫu cần chú ý các thao tác sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
+ Tránh nhiễm bẩn từ ngoài vào bằng cách súc rửa các dụng cụ lấy mẫu bằng axit HNO3, sau đó tráng bằng chính nước giếng đã lấy.
+ Tránh bọt khí bằng cách lấy mẫu đầy bình và nút kín.
2.3.4.2. Xử lý và làm giàu mẫu
Lấy 500 ml mẫu cho vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 1000 ml, cho tiếp vào 2,5 ml HNO3 đặc. Đun trên bếp điện, cô cạn để đuổi clo. Cô đến khi thể tích mẫu nước nhỏ hơn 25 ml rồi định mức vào bình 25 ml. Nếu lúc đó mẫu nước đục thì phải lọc qua giấy lọc và sau đó được chuyển vào bình định mức 25 ml. Lưu ý tráng kĩ cốc bằng nước cất. Như vậy các mẫu nước đựơc làm giàu 20 lần so với ban đầu.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN
3.1. NGHIÊN CỨU SỰ TẠO PHỨC CỦA Mn(II) VỚI THUỐC THỬ PAR 3.1.1. Nghiên cứu các điều kiện tối ƣu cho sự tạo phức Mn(II) – PAR 3.1.1. Nghiên cứu các điều kiện tối ƣu cho sự tạo phức Mn(II) – PAR
3.1.1.1. Phổ hấp thụ điện tử của thuốc thử PAR và phức
Để khẳng định có sự tạo phức giữa Mn(II) với PAR và xác định bước sóng tối ưu, chúng tôi chuẩn bị dung dịch PAR 2.10-5M và dung dịch phức có thành phần CMn(II) = 2.10-5M và CPAR = 6.10-5M, điều chỉnh pH = 10. Đo phổ hấp thụ điện tử của dung dịch PAR 2.10-5
M so sánh với nước và dung dịch phức so sánh với dung dịch PAR 2.10-5M ở cùng pH.
Kết quả thu được phổ hấp thụ electron của dung dịch PAR có bước sóng hấp thụ cực đại max = 413 nm. Phổ hấp thụ electron của dung dịch phức Mn(II) – PAR có bước sóng hấp thụ cực đại max = 498 nm (Hình 3.1).
Từ hình 3.1 ta thấy khi thêm một lượng Mn(II) vào dung dịch thuốc thử PAR thì có sự chuyển dịch bước sóng hấp thụ cực đại từ 413 nm đến 498 nm. Điều này chứng tỏ có sự tạo phức giữa Mn(II) và thuốc thử PAR. Hơn nữa sự chuyển dịch bước sóng hấp thụ cực đại max = 498 - 413 = 85 nm làm cho PAR đạt tiêu chuẩn làm thuốc thử để phân tích hàm lượng Mn(II) bằng phương pháp trắc quang.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.1. Phổ hấp thụ điện tử của dung dịch phức Mn(II) – PAR
Đường 1: Phức Mn(II) – PAR so sánh với PAR Đường 2: PAR so sánh với nước
3.1.1.2. Khảo sát độ bền của phức theo thời gian
Cách tiến hành: Chuẩn bị dung dịch phức có nồng độ Mn(II) là 2.10-5
M, nồng độ thuốc thử PAR là 4.10-5M ở pH bằng 9,5, duy trì lực ion bằng dung dịch KNO3. Đo mật độ quang của dung dịch ở bước sóng max= 498 nm với dung dịch so sánh là dung dịch PAR 4.10-5M với những khoảng thời gian khác nhau thu được kết quả trên bảng 3.1 và hình 3.2.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bảng 3.1. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào thời gian
T(phút) 0 5 10 15 20 25 30 ∆A 1,255 1,255 1,254 1,255 1,253 1,254 1,255 T(phút) 35 40 45 50 55 60 ∆A 1,253 1,253 1,252 1,251 1,250 1,251 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 10 20 30 40 50 60 70 Phút A
Hình 3.2. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào thời gian
Kết quả nghiên cứu cho thấy mật độ quang của phức thay đổi không đáng kể theo thời gian, tức là phức khá bền. Đây là điều kiện thuận lợi cho phân tích trắc quang. Trong các thí nghiệm tiếp theo của đề tài chúng tôi tiến hành đo mật độ quang của phức tạo thành trong 10 phút đầu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.1.3. Nghiên cứu sự phụ thuộc của mật độ quang của phức Mn(II) - PAR vào pH
Cách tiến hành: Chuẩn bị dung dịch phức có nồng độ Mn(II) là 2.10-5
M, nồng độ thuốc thử PAR là 4.10-5M duy trì ở các pH khác nhau bằng dung dịch NaOH và HNO3, duy trì lực ion bằng dung dịch KNO3. Đo mật độ quang của dung dịch ở bước sóng max=498 nm với dung dịch so sánh là dung dịch PAR 4.10-5M ở cùng pH thu được kết quả trên bảng 3.2 và hình 3.3.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bảng 3.2. Sự phụ thuộc của mật độ quang của phức Mn(II) - PAR vào pH
pH ∆A pH ∆A 5,9 0,007 9,8 1,479 6,5 0,059 10 1,526 7 0,091 10,2 1,523 7,5 0,427 10,4 1,502 8,65 0,93 10,6 1,494 8,88 1,054 11 1,455 9 1,102 11,5 1,023 9,2 1,187 12 0,724 9,5 1,258 12,6 0,523 9,7 1,398 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH A
Hình 3.3. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào pH
Kết quả khảo sát (bảng 3.2 và hình 3.3) cho thấy mật độ quang của dung dịch phức rất nhạy với sự thay đổi pH. Phức Mn(II) – PAR hình thành tốt trong khoảng pH: 9,8 - 11. Trong các thí nghiệm về sau chúng tôi đều duy trì pH của phức ở pH=10 bằng dung dịch NaOH và HNO3 loãng.
Kết quả khảo sát các điều kiện tạo phức tối ưu cho thấy phức Mn(II) – PAR hấp thụ cực đại tại =498 nm, phức hình thành tốt trong khoảng pH: 9,8 – 11 và bền trong thời gian dài. Các phép đo mật độ quang về sau chúng tôi đều thực hiện ở bước sóng = 498 nm, pH = 10 và đo ở 10 phút đầu sau khi hình thành phức.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.1.2. Xác định thành phần của phức
3.1.2.1. Xác định thành phần của phức theo phương pháp tỉ số mol
a) Cố định nồng độ Mn2+
Chuẩn bị 2 dãy dung dịch có nồng độ Mn(II) cố định như sau:
Dãy 1: 2
Mn
C = 2.10-5M Dãy 2: CMn2 = 3.10-5M
Trong 2 dãy dung dịch, nồng độ của PAR tăng dần. Quá trình tạo phức được thực hiện ở pH = 10, sau đó đo mật độ quang của 2 dãy dung dịch ở bước sóng
max=498 nm. Kết quả xác định tỉ lệ Mn(II)- PAR được trình bày ở bảng 3.3, 3.4 và hình 3.4, 3.5.
Bảng 3.3. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào nồng độ thuốc thử với CMn(II) = 2.10-5M.
CPAR.10-5M ∆A CPAR.10-5M ∆A
1 0,378 4,5 1,565 2 0,815 5 1,569 3 1,098 6 1,621 3,5 1,282 7 1,632 4 1,514 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 1 2 3 4 CPar/CMn A
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bảng 3.4. Sự phụ thuộc ∆A vào nồng độ thuốc thử với CMn(II) = 3.10-5M.