Trong phương pháp động học xúc tác xác định Mn(II), các chất cản trở phép xác định có thể theo một phương hướng sau đây:
• Một số cation của các kim, loại chuyển tiếp có khả năng xúc tác đối với phản ứng chỉ thị.
• Một số anion có khả năng tạo phức với Mn(II) làm giảm hoặc tăng khả năng xúc tác.
• Một số cation có khả năng tạo phức với chất hoạt hóa xúc tác o – phenantrolin.
• Các chất oxy hóa, chất khử có phản ứng với chất khử, oxy hóa trong hệ phản ứng chỉ thị.
• Lượng lớn các cation va anion làm thay đổi lực ion dung dịch gây ảnh hưởng đến giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng nếu đó là phản ứng giữa các ion.
Đối tượng mẫu phân tích là nước sông, hồ nên ảnh hưởng chính đến phép phân tích là Fe(III). Vì vậy, chúng tôi tiến hành nghiên cứu kỹ ảnh hưởng của Fe(III), các ion khác tiến hành nghiên cứu sơ bộ. Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các ion ở các điều kiện tối ưu như sau:
Ở 25oC: RhB 8.10-6M; môi trường đệm axetat 0,15M có pH =3,8; phen- 5.10-5M; Mn(II) 5ng/ml; KIO4 6.10-4M.
Ở 80oC: RhB 8.10-6M; môi trường đệm axetat 0,15M có pH =3,8; phen- 10-5M; Mn(II) 5ng/ml; KIO4 6.10-4M; SCN- 0,02M.
Ngưỡng ảnh hưởng của các ion, chúng tôi chọn khi tại nồng độ đó ion khảo sát gây ảnh hưởng đến phép xác định với sai số là 5%.
3.2.1. Ảnh hưởng của Fe(III)
a) Phản ứng ở 25oC
Bảng 25. Ảnh hưởng của Fe(III) đến phép xác định Mn (CMn(II)=5 ng/ml) ở 25oC
CFe(III) (ng/ml) 0 100 125
Tgα 0,033 0,036 0,041
Sai số tương đối (%) 0 9,1 24,2
Ở 25oC, Fe(III) 1,8.10-6 M gây ảnh hưởng đối với phản ứng chỉ thị ở nồng độ gấp 20 lần nồng độ Mn về khối lượng.
Thêm vào dung dịch đo F- 0,02M / citrat 0,02M để tạo phức với Fe(III), ngăn cản sự xúc tác của Fe(III). Kết quả được thể hiện ở bảng 26.
Bảng 26. Ảnh hưởng của Fe(III) đến phép xác định Mn (CMn(II) = 5 ng/ml) ở 25oC khi có chất che
Chất che F- 0,02M citrat 0,02M
CFe(III) (ng/ml) 0 100 0 200
tgα 0,033 0,034 0,032 0,034
b) Phản ứng ở 80oC
Bảng 27. Ảnh hưởng của Fe(III) đến phép xác định Mn (CMn(II) = 5 ng/ml) ở 80oC
CFe(III) (ng/ml) 0 5 10
A 0,201 0,214 0,235
Sai số tương đối (%) 0 6,4 16,9
Ở 80oC, Fe(III) 0,9.10-7 M gây ảnh hưởng đối với phản ứng chỉ thị ở nồng độ gấp 1 lần nồng độ Mn về khối lượng.
Thêm vào dung dịch đo F- 0,02M / citrat 0,02M để tạo phức với Fe(III), ngăn cản sự xúc tác của Fe(III). Kết quả được thể hiện ở bảng 28.
Bảng 28. Ảnh hưởng của Fe(III) đến phép xác định Mn (CMn(II) = 5 ng/ml) ở 80oC khi có chất che
Chất che F- 0,02M citrat 0,02M
CFe(III) (ng/ml) 0 5 0 5
tgα 0,201 0,203 0,199 0,204
Sai số tương đối (%) 0 1,0 0 2,5
Như vậy, thêm vào dung dịch đo F- 0,02M / citrat 0,02M sẽ loại bỏ bớt được ảnh hưởng của Fe(III) đến phép xác định Mn(II). Việc che bằng F- có hiệu quả hơn khi sử dụng citrat. Vì vậy, chúng tôi sử dụng F- 0,02M để che Fe(III).
3.2.2. Ảnh hưởng của các ion khác
a) Ở điều kiện 25oC
Ảnh hưởng của các ion lạ đến phép xác định Mn(II) ở 25oC được trình bày ở bảng 29
Bảng 29. Giới hạn ảnh hưởng của các ion lạ khi nồng độ Mn(II) trong phép xác định là 5ng/ml ở 25oC
lượng) ion : Mn(II) Co2+ 40 Ni2+ 40 Zn2+ 500 Cu2+ 1100 Pb2+, Cd2+ 2200 PO43- 12000 Khi các ion lạ có nồng độ Co2+ 3,36.10-6M, Ni2+ 3,6.10-6M, Zn2+ 3,8.10-5M, Cu2+ 7,8.10-5M, Pb2+ 5,4.10-5M, Cd2+ 9,6.10-5M, PO43- 6,3.10-4M sẽ gây ảnh hưởng đối với phản ứng chỉ thị.
b) Ở điều kiện 80oC
Ảnh hưởng của các ion lạ đến phép xác định Mn(II) ở 80oC được trình bày ở bảng 30.
Bảng 30. Giới hạn ảnh hưởng của các ion lạ khi nồng độ Mn(II) trong phép xác định là 5ng/ml ở 80oC
Ion ảnh hưởng Ngưỡng ảnh hưởng (tỉ lệ về khối lượng) ion : Mn(II) Co2+ 5 Ni2+ 15 Zn2+ 40 Cu2+ 100 Pb2+, Cd2+ 180 PO43- 3000 Khi các ion lạ có nồng độ Co2+ 4,2.10-7M, Ni2+ 1,3.10-6M, Zn2+ 3,0.10- 6M, Cu2+ 7,8.10-6M, Pb2+ 4,4.10-6M, Cd2+ 7,8.10-6M, PO43- 1,5.10-4M sẽ gây ảnh hưởng đối với phản ứng chỉ thị.
Các ion NH4+, F-, K+, Na+, Cl-, SO4- gần như không ảnh hưởng đến phản ứng chỉ thị khi ở nồng độ nhỏ hơn 50µg/ml (sai số nhỏ hơn 5%).
3.3. XÁC ĐỊNH MANGAN TRONG MẪU GIẢ
Như phần trên đã trình bày, nồng độ các ion ảnh hưởng khi tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp cao hơn nhiều khi ở nhiệt độ cao. Chúng tôi tiến hành phân tích Mn trong mẫu giả với quy trình ở nhiệt độ 80oC.
Để xác định Mn trong mẫu giả, chúng tôi đã dùng phương pháp thêm chuẩn. Pha 2 dãy bình định mức 10ml để có nồng độ các chất: Dãy 1: RhB 8.10-6M; đệm pH = 3,8 có nồng độ đệm axetat 0,15M; phen-10-5M; F- 0,02M; Fe3+ 0,5.10-7M, Co2+ 2.10-7M, Ni2+ 10-6M, Zn2+ 2.10-6M, Cu2+ 6.10-6M, Pb2+ 2.10-6M, Cd2+ 5.10-6M, PO43- 10-4M; Mn(II) 1ng/ml; KIO4 6.10-4M, SCN- 0,02M.
Dãy 2: có nồng độ các chất như trên nhưng không có Mn(II).
Thêm vào từng bình lượng Mn(II) sao cho nồng độ cuối của Mn(II) trong các bình là 1 ng/ml, 2 ng/ml, 3 ng/ml, 4 ng/ml, 5 ng/ml. Định mức bằng nước cất sẽ có ∆CMn = 0ng/ml, 1ng/ml, 2ng/ml, 3ng/ml, 4 ng/ml.
Tiến hành phản ứng theo quy trình 2.3.1.2. Kết quả được thể hiện ở bảng 41.
Bảng 41. Giá trị độ hấp thụ quang của dung dịch có nồng độ Mn(II) khác nhau trong mẫu giả
∆CMn(II)
(ng/ml)
0 1 2 3 4
∆A 0,073 0,148 0,209 0,282 0,341 Kết quả sử dụng phần mềm Minitab cho phương trình hồi quy là ∆A = 0,0766 + 0,0670.∆CMn(II) (hình 20).
Hình 20. Đường thêm chuẩn phân tích mẫu giả
Qua đường thêm chuẩn, tìm được lượng Mn(II) trong mẫu giả là 1,14ng/ml. Sai số tương đối = (1,14 – 1)*100 = 14,0%. Với sai số này có thể chấp nhận được giá trị phân tích Mn(II) trong mẫu giả.
3.4. XÁC ĐỊNH MANGAN TRONG MẪU THỰC TẾ
Tiến hành phân tích Mn trong các mẫu nước sông, hồ thuộc các trạm điều tra cơ bản môi trường nước khu vực Tây Bắc, Việt Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ, Trung Trung Bộ tháng 10 năm 2009.
Quy trình phân tích: Phân tích mẫu theo quy trình trong mục 2.3.4. Kết quả phân tích được thể hiện ở bảng 42 và được so sánh với kết quả của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử.
Bảng 42. Kết quả xác định Mn(II) trong mẫu nước sông, hồ
Mẫu PP AAS (n = 3, ng/ml) PP ĐHXT (n = 3, ng/ml) Khu vực Tây Bắc Trạm Lai Châu (S1) 67,18 66,58 Trạm Bến Ngọc (S2) 13,06 12,96 Trạm Tạ Bú (S3) 126 125,94 Trạm Tạ Hộc(H1) 5,36 5,31 Trạm Vạn Yên(H2) 5,17 5,14 Trạm MT hồ Hòa Bình (H3) 4,22 4,22 Khu vực Việt Bắc Trạm Lào Cai (S4) 42,14 42,02 Trạm Yên Bái (S5) 17,96 17,86 Trạm Ghềnh Gà (S6) 17,87 17,83 Trạm Chiêm Hóa (S7) 10,17 10,12 Trạm Gia Bảy (S8) 57,08 56,79 Trạm Vụ Quang (S9) 67,05 66,85 Khu vực Đông Bắc Trạm Phủ Lạng Thương (S10) 72,46 73,08 Trạm Chũ (S11) 35,15 34,75 Trạm Bằng Giang(S12) 19,61 19,60 Khu vực Đồng bằng Bắc Bộ Trạm Thủy văn và MT HN (S13) 17,19 17,22 Trạm Thượng Cát (S14) 12,38 12,30
Mẫu PP AAS (n = 3, ng/ml) PP ĐHXT (n = 3, ng/ml) Trạm Sơn Tây (S15) 21,3 21,31 Trạm Bến Bình (S16) 13,64 13,70 Khu vực Bắc Trung Bộ Trạm Cẩm Thủy (S17) 6,55 6,53 Trạm Cửa Đạt (S18) 6,75 6,70 Trạm Dừa (S19) 9,51 9,50 Trạm Nghĩa Khánh (S20) 139,3 139,15
Kết quả sử dụng phần mềm Minitab theo phương pháp so sánh từng cặp để so sánh sự khác nhau có nghĩa giữa 2 phương pháp AAS và động học xúc tác như sau: N Trung bình Tây Bắc (AAS) 6 36,8317 Tây Bắc (ĐHXT) 6 36,6902 T-Value = 1,51 P-Value = 0,191 N Trung bình Việt Bắc (AAS) 6 35,3783 Việt Bắc (ĐHXT) 6 35,2457 T-Value = 3,42 P-Value = 0,019 N Trung bình Đông Bắc (AAS) 3 42,4067 Đông Bắc (ĐHXT) 3 42,4783 T-Value = -0,24 P-Value = 0,831 N Trung bình ĐBBB (AAS) 4 16,1275 ĐBBB (ĐHXT) 4 16,1308 T-Value = -0,11 P-Value = 0,921 N Trung bình Bắc TBộ (AAS) 4 40,5275 Bắc TBộ (ĐHXT) 4 40,4709 T-Value = 1,74 P-Value = 0,181
Từ kết quả trên cho thấy, tại các khu vực Tây Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng Bắc bộ, Bắc Trung Bộ có giá trị Pvalue > 0,05. Như vậy tại các khu vực này, không có sự khác nhau có nghĩa giữa hai phương pháp xác định Mn(II). Tại khu vực Việt Bắc có giá trị Pvalue < 0,05, nghĩa là 2 phương pháp này khác nhau khi xác định Mn(II). Điều này có thể là do ảnh hưởng của các chất có trong mẫu đến kết quả phân tích.
Lựa chọn 5 mẫu trong số các mẫu trên để đánh giá hiệu suất thu hồi của phương pháp. Kết quả được thể hiện trên bảng 43.
Bảng 43. Hiệu suất thu hồi của phương pháp
Mẫu PP ĐHXT (n = 3, ng/ml) Mn(II) thêm vào (ng/ml) Mn(II) thu hồi (ng/ml)
Hiệu xuất thu hồi (%) Trạm Tạ Hộc(H1) 5,31 1,0 0,95 95 Trạm Lào Cai (S4) 42,02 1,0 1,02 102 Trạm Phủ Lạng Thương (S10) 73,08 1,0 1,07 107 Trạm Thượng Cát (S14) 12,30 1,0 0,94 94 Trạm Nghĩa Khánh (S20) 139,15 1,0 1,04 104
Hiệu suất thu hồi của phương pháp nằm trong giới hạn cho phép (95 – 105%). Như vậy có thể áp dụng phương pháp này để xác định Mn(II) trong các mẫu nước sông, hồ.
KẾT LUẬN
Qua quá trình thực nghiệm sử dụng phương pháp động học xúc tác đo quang để xác định lượng vết Mn trong nước, chúng tôi rút ra được một số kết luận sau:
- Đã khảo sát được các điều kiện thí nghiệm
+ Phản ứng ở 25oC: RhB 8.10-6M; môi trường đệm axetat 0,15M có pH =3,8; phen- 5.10-5M; mẫu có Mn(II); KIO4 6.10-4M. Phương trình hồi quy có dạng tgα = 0,0079.CMn(II) – 0,0050. R = 0,999. Khoảng tuyến tính là 0,7 - 5 (ng/ml). LOD = 0,196 ng/ml, LOQ = 0,653 ng/ml. Độ lặp lại của phương pháp tương đối tốt, phương pháp không mắc sai số hệ thống. Phương pháp này nhanh, tiết kiệm được thời gian. Đây là quy trình thử nghiệm. Tuy nhiên muốn đạt được kết quả tốt hơn thì cần phải nghiên cứu kỹ hơn để tìm được điều kiện tốt hơn nữa.
+ Phản ứng ở 80oC: RhB 8.10-6M; môi trường đệm axetat 0,15M có pH =3,8; phen- .10-5M; mẫu có Mn(II); KIO4 6.10-4M. Phương trình hồi quy có dạng ∆A = 0,0709.CMn(II) - 0,0177. R = 0,999. Khoảng tuyến tính là 0,3 - 5 (ng/ml). LOD = 0,081 ng/ml, LOQ = 0,269 ng/ml. Độ lặp lại của phương pháp tốt, phương pháp không mắc sai số hệ thống. Quy trình này đã áp dụng thêm chất SCN- làm chất ức chế sau khi phản ứng để dễ dàng đo hơn. Phương pháp này mất nhiều thời gian, kết quả đáng tin cậy với sai số nhỏ.
- Khi xác định Mn(II) với nồng độ 5 ng/ml thì các ion lạ cản trở phép xác định ở các ngưỡng sau (gấp nồng độ Mn(II) về khối lượng):
+ Phản ứng ở 25oC: Fe(III) gấp 20 lần, Co2+ gấp 40 lần, Ni2+ gấp 40 lần, Zn2+ gấp 500 lần, Cu2+ gấp 1100 lần, Pb2+ gấp 2200 lần, Cd2+ gấp 2200 lần, PO43- gấp 12000 lần.
+ Phản ứng ở 80oC: Fe(III) gấp 1 lần, Co2+ gấp 5 lần, Ni2+ gấp 15 lần, Zn2+ gấp 40 lần, Cu2+ gấp 100 lần, Pb2+ gấp 180 lần, Cd2+ gấp 180 lần, PO43- gấp 3000 lần.
Nếu sử dụng chất che F- hoặc citrat thì có thể loại bỏ bớt ảnh hưởng của Fe(III).
- Đã xác định phân tích Mn(II) trong mẫu giả với sai sô chấp nhận được - Đã xác định phân tích Mn(II) trong 23 mẫu nước sông, hồ. Kết quả được so sánh với phương pháp AAS. Bằng xử lý thống kê cho thấy kết quả có độ tin cậy cao, có thể áp dụng phương pháp này để phân tích mẫu môi trường.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1 N.I.Bloc (1986), Hóa học phân tích định tính (phản ứng cation), Hoàng Minh Châu dịch, Nhà xuất bản giáo dục.
2 Trần Từ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Huỳnh Văn Trung (1986), Phân tích nước, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội, tr 133 - 135.
3 Nguyễn Văn Hinh (1999), Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
4 Phạm Luận (1998), Giáo trình chuyên đề Quang phổ phát xạ nguyên tử, Đại học KHTN Hà Nội.
5 Phạm Luận (1998), Giáo trình chuyên đề Quang phổ hấp thụ nguyên tử, Đại học KHTN Hà Nội.
6 Từ Vọng Nghi, Trần Chương Huyến, Phạm Luân (1990), Một số phương pháp phân tích điện hóa hiện đại, Đại học Tổng hợp Hà Nội, tr 108, 109. 7 Hoàng Nhâm (2000), Hóa học vô cơ tập 3, Nhà xuất bản giáo dục.
8 B.U. Teploukhop (1961), Phân tích kim loại, Phan Hoàng Thi, Trần Văn Biên dịch, Nhà xuất bản Công nghiệp, tr 88.
9 Nguyễn Đức Vận (2004), Hóa học vô cơ tập 2 (phần các kim loại chuyển tiếp), Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật.
10 Đào Hữu Vinh, Nguyễn Xuân Vĩnh, Trần Thị Mỹ Linh, Phạm Hùng Việt (1995), Các phương pháp sắc kí, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội, tr 200.
11 Schwazenbach, Flachka (1979), Chuẩn độ phức chất, Đào Hữu Vinh, Lâm Ngọ Thụ dịch Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật Hà Nội,tr (93 -197).
12 Viện hóa học công nghiệp (1985), Tuyển tập các công trình nghiên cứu khoa học kỹ thuật 1955- 1985, Hà Nội, tr 26.
13 A.K.De, M.S. Rahaman (1963), Anal. Chem., 35(2), pp.159- 161. 14 Array Scienc Paper Online (2008), 3(9), pp.681-686.
15 Ayman Ayoub ABDEL- SHAFI (2006), Analytical Sciences, 22, pp. 825-827. 16 Barry Chriswell, Guy Rauchle and Mark Pascoe (1990), Talanta, 37(2),
pp.237-259.
17 Bruce McDuffie, L.S.Hazlegrove (1952), Anal. Chem, 24(5), pp.826-829. 18 B. Rezaei (2006), Journal of Analytical Chemistry, 61(11), pp. 1074-1078. 19 ChoaryW (1976), AAS Determination of Mn in tea, Toksykol, 9, pp. 376- 379 20 Cumming, Kay, R.A.Chalmers (1956), Quantitative Chemical Analysis,
Edinburgh – London.
21 D.Perez-Bendita and M.Silva (1988), Kinetic methods in analytical chemistry, Ellis Horwood limited.
22 E. Gómez, J.M. Estela and V.Cerdà (1991), Journal of Thermal Analysis, 37, pp.195-202.
23 Furono K(1977) , Determination of Mn in Serum by AAS, 46, pp.37 - 41.
24 H.P.Beck, D. Kostova and B.Zhang (2006), Agronomy Research, 4(2), pp. 493-498.
25 Konstantin L.Mutaftchiev (2002), Turk J Chem, 26, pp. 9-15. 26 Konstantin L. Mutaftchiev (2003), Turk J Chem, 27, pp. 619- 626.
27 Konstantin Mutaftchiev, Kamen Tzachev and Alexander Alexiev (1999),
Bulletin of the Chemists and Technologists of Macedonia, 18(1), pp. 37-40. 28 Ling Su, Jianguo Li, Hongbing Ma and Guanhong Tao (2004), Analytica
Chimica Acta, 552, pp. 281-288.
29 M. Kamburova (1998), Talanta, 46, pp. 1073-1078.
30 M.Ruzica, S.Ranko, B.Branka (2006), Analytical letters, 10(5), pp.403-406 31 QinWei, Liangguaotan, Gouhua Chang and Qingyuou (2003), Talanta, 59,
pp.253-259
32 Renmin Liu, Aimei Zhang, Daojie Liu and Shuhao Wang (1995), Analyst, 120, pp. 1195-1197.
33 Shao Min LIU and Jiao Mai PAN (1999), Chinese Chemical Letters, 10(5), pp. 403- 406
34 Shigenori Nakano, Kana Tanaka, Rumiko Oki and Takuji Kawashima (1999),
Talanta, 49, pp. 1077-1082.
35 Shigenori Nakano, Yuko Matumoto and Masahiro Yoshii (2005), Talanta, 68, pp. 312-317.
36 St.Bozhanov and St.Alexandrov (2006), Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41(4), pp. 457- 460
37 T. J. Janjic, G.A. Milovanovic, and M.B. Celap (1970), Anal. Chem, 42(1), pp. 27-29.
38 Watanabe Kunihiro, Watanabe Tai and Itagaki Masayuki (2002), Bunseki Kagaku, 51(7), pp.553-559.
39 Wanda Winkler × Franciszek Buhl and Agata Arenhövel- Pacula × Urszula Hachula (2003), Anal Bioanal Chem, 376, pp. 934-937
40 Ying-Zhi Ye, Hong-Yan Mao and Ya-Hua Chen (1998), Talanta, 45, pp.1123- 1129.
41 Z.Marczenko (1986), Separation and Spectrophotometric Determination of Elements, Horwood.Chichester .