2.2.1. Húa chất
- Dung dịch PAN (1,(2-Pyridylazo) – 2 – naphthol (Merk): 0,05% (w/v)) pha trong etanol. Bảo quản trong lọ thuỷ tinh, cú thể sử dụng trong vũng 1 thỏng.
- Dung dịch Co2+1000ppm: Hoà tan 1,2570 g CoCl2.6H2O (PA) bằng 50 ml
dung dịch HCl 10% trong bỡnh định mức 250, sau đú thờm nước cất đến vạch định
mức thu được dung dịch Co2+ .
- Dung dịch chuẩn gốc Ni2+ 1000 ppm: Cõn 1,0130 g NiCl2. 6H2O cho vào
bỡnh định mức 250 ml, thờm 50 ml dung dịch HCl 10%, lắc đều, thờm nước cất lắc cho tan hết, sau đú thờm nước cất đến vạch định mức.
Nồng độ của dung dịch Ni2+ và Co2+ được xỏc định lại bằng phương phỏp
chuẩn độ phức chất như sau: Lấy 10,0 ml dung dịch Ni2+ hoặc Co2+ vào bỡnh nún 250
ml, thờm chỉ thị murexit. Sau đú thờm dung dịch NH3 1M để điều chỉnh pH = 8 (thờm
vài giọt dung dịch NH3 vào đến khi dung dịch cú màu vàng nhạt thoỏng đục). Chuẩn
độ dung dịch thu được bằng dung dịch EDTA thỡ thấy dung dịch chuyển sang màu tớm bền thỡ dừng lại. Sau đú từ dung dịch đó biết nồng độ chuẩn chỳng tụi tiến hành pha loóng thành cỏc dung dịch cú nồng độ thấp hơn.
- Dung dịch chuẩn gốc Pd2+ 1000ppm: Hoà tan 0,1666 g PdCl2 (P.A., Fluka)
trong 2 ml HCl đặc sau đú thờm nước cất đến vạch định mức (100ml) thu được
- Tween – 80 (Polyoxyetilen (20) sorbitan monoleat , C64H124O26 , M = 1310 g/mol) dung dịch 3% (v/v): lấy 3ml Tween – 80, định mức 100 ml bằng nước cất núng.
- Dung dịch đệm axit axetic- natri axetat pH = 5: Trộn 140 ml dung dịch
CH3COONa 0,2M với 60 ml dung dịch CH3COOH 0,2M, sau đú chuyển vào bỡnh
định mức 1 lớt, thờm nước cất và lắc đều , cuối cựng định mức đến vạch bằng nước cất. Điều chỉnh lại pH bằng mỏy đo pH.
2.2.2. Thiết bị và phần mềm mỏy tớnh
- Cuvet thủy tinh : 1cm.
- Mỏy đo pH: Metrohm 691 với điện cực thuỷ tinh và điện cực calomen bóo hoà. - Phần mềm Matlab : Chương trỡnh hồi qui đa biến tuyến tớnh PLS , CLS, ILS và PCR.
- Mỏy trắc quang UV - VIS 1601 PC - Shimazu (Nhật Bản), dải bước súng đo 200nm - 900nm, cuvet thuỷ tinh cú chiều dày l = 1cm
- Mỏy đo pH HANNA Instrument 211( microprocessor pH merter)
- Cõn phõn tớch Scientech SA 210 độ chớnh xỏc ± 0,0001g
2.3. Phương phỏp xỏc định đồng thời coban, niken và paladi
2.3.1. Phương phỏp xỏc định một cấu tử
Quy trỡnh phõn tớch xỏc định một kim loại Ni, Co hoặc Pd như sau:
Chuẩn bị cỏc bỡnh định mức 25,0ml. Sau đú thờm vào mỗi bỡnh định mức 1,5 ml
Tween – 80 5%, 5 ml dung dịch đệm axetat pH= 5. Thờm Vml dung dịch chuẩn Pd2+
hoặc Co2+ hoặc Ni2+, 5 ml dung dịch thuốc thử PAN 0,05% . Định mức đến vạch
mức, sau 10 phỳt đú độ hấp thụ quang ở 570 nm (phức Ni-PAN), ở 580 nm (phức Co-PAN) và ở 618 nm (phức Pd- PAN) với dung dịch so sỏnh là mẫu trắng.
2.3.2. Phương phỏp xỏc định đồng thời cỏc cấu tử
Pha cỏc dung dịch chuẩn chứa đồng thời cỏc cation Ni2+, Co2+, Pd2+ cú nồng độ
trong khoảng tuyến tớnh, ghi độ hấp thụ quang của cỏc dung dịch này trong dải bước súng 520 – 700 nm. Cỏch chuẩn bị mỗi dung dịch tương tự như kỹ thuật sử dụng trong xỏc định một cấu tử. Đường chuẩn đa biến và cỏc bộ dữ liệu dự đoỏn được thiết kế với 21 mẫu chuẩn và 10 mẫu kiểm tra chứa đồng thời 3 ion.
Nhập số liệu ma trận nồng độ cỏc chất và ma trận tớn hiệu đo vào phần mềm Matlab, chạy chương trỡnh tớnh toỏn ma trận hệ số hồi qui trờn phần mềm và sử dụng ma trận này để tỡm nồng độ cation trong mẫu.
2.4. Chương trỡnh mỏy tớnh của cỏc phương phỏp hồi quy đa biến
2.4.1. Phương phỏp bỡnh phương tối thiểu thụng thường (CLS) [4]
* Cỏc bước tớnh toỏn CLS trong phần mềm Matlab:
- Khởi động phần mềm MATLAB
- Nhập cỏc ma trận dữ liệu trong cửa sổ WORKSPACE
+ Nhập ma trận nồng độ X0 (mxk) của m dung dịch chuẩn chứa k cấu tử (m
hàng, k cột )
+ Nhập ma trận tớn hiệu phõn tớch Y0(mxn) (n là số tớn hiệu đo)
+ Nhập tớn hiệu phõn tớch Y của mẫu cần định phõn
- Lưu cỏc dữ liệu vừa nhập vào thành 1 file trong Matlab : CLS.mat - Mở một M-file trong cửa sổ EDITOR và viết cỏc cõu lệnh tại đú:
%Phuong phap CLS:
%Goi cac bien su dung trong phuong phap
load CLS.mat;
%Tinh ma tran he so hoi quy K:
K=inv(X0'*X0)*X0'*Y0 ;
%KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHƯƠNG PHÁP:
%Nhap ma tran tin hieu do cua mau kiem tra: Yktra
%Nhap ma tran nong do cua mau ktra: X0ktra
%Tinh nong do mau kiem tra:
Xktra=Yktra*K'*inv(K*K');
%Tinh sai so giua nong do chuan voi nong do xac dinh duoc tu phuong phap CLS:
Saiso=(X0ktra-Xktra)*100./X0ktra;
%TèM NỒNG ĐỘ CỦA CHẤT TRONG MẪU BẤT Kè %Nhap ma tran tin hieu do cua mau: Y
- Lưu lại M-file vừa thực hiện được và đặt tờn file: CLS
- Gọi hàm M-file vừa viết được trong cửa sổ COMMAND WINDOW
>> CLS
- Chương trỡnh sẽ tự động thực hiện cỏc lệnh theo yờu cầu và hiển thị kết quả.
- Kớch chuột vào giỏ trị Saiso, X trong WORKSPACE thu được cỏc dữ liệu
mong muốn.
2.4.2. Phương phỏp bỡnh phương tối thiểu nghịch đảo ( ILS) [4]
* Cỏc bước tớnh toỏn ILS trong phần mềm Matlab:
- Khởi động phần mềm MATLAB
- Nhập cỏc ma trận dữ liệu trong cửa sổ WORKSPACE
+ Nhập ma trận nồng độ X0 (mxk) của m dung dịch chuẩn chứa k cấu tử
(m hàng, k cột)
+ Nhập ma trận tớn hiệu phõn tớch Y0(mxn) (n là số tớn hiệu đo)
+ Nhập tớn hiệu phõn tớch Y của mẫu cần định phõn
- Lưu cỏc dữ liệu vừa nhập vào thành 1 file trong Matlab : ILS.mat - Mở một M-file và viết cỏc cõu lệnh tại đú:
%Phuong phap ILS:
%Goi cac bien su dung trong phuong phap
load ILS.mat;
%Tinh ma tran he so hoi quy:
P=inv(Y0'*Y0)*Y0'*X0;
%KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHƯƠNG PHÁP: %Tinh nong do chat trong mau kiem tra:
Xktra=Yktra*P;
%Tinh sai so giua nong do chuan voi nong do xac dinh duoc tu ILS:
Saiso= (X0ktra-Xktra)*100./X0ktra
% TÍNH NỒNG ĐỘ CỦA CHẤT TRONG MẪU BẤT Kè %Tinh nong do cua mau:
X=Y*P
- Gọi M-file vừa viết được trong cửa sổ COMMAND WINDOW
>> ILS
- Chương trỡnh sẽ tự động thực hiện cỏc yờu cầu mong muốn và trả lại kết quả
dưới dạng ma trận. Kớch chuột vào giỏ trị Saiso, X trong WORKSPACE để hiển thị cỏc ma trận số liệu đú.
2.4.3. Phương phỏp bỡnh phương tối thiểu từng phần (PLS ) [4]
* Cỏc bước tớnh toỏn PLS trong phần mềm Matlab:
- Khởi động phần mềm MATLAB
- Nhập cỏc ma trận dữ liệu trong cửa sổ WORKSPACE
+ Nhập ma trận nồng độ X0 (mxk) của m dung dịch chuẩn chứa k cấu tử (m
hàng, k cột)
+ Nhập ma trận tớn hiệu phõn tớch Y0(mxn) (n là số tớn hiệu đo)
+ Nhập tớn hiệu phõn tớch Y của mẫu cần định phõn
- Lưu cỏc dữ liệu vừa nhập vào thành 1 file trong Matlab : PLS.mat - Mở một M-file và viết cỏc cõu lệnh tại đú:
%Phuong phap PLS:
%Goi cac bien can dung trong phuong phap
load PLS.mat;
%Tinh vecto trong so:
w=(Y0'*X0)*inv(X0'*X0);
%Tinh tri so va trong so:
t=Y0*w;
P=(Y0'*t)*inv(t'*t); Q=(X0'*t)*inv(t'*t); b=w*inv(P'*w)*Q;
a=mean(X0)-mean(Y0)*b;
% NẾU MUỐN KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHƯƠNG PHÁP:
% do kich thuoc cua ma tran a và Yktra*b la khac nhau, thuc hien buoc dong % nhat cua 2 ma tran. Neu so cau tu la 2 thi a(1) duoc tao thanh bang
% tao thanh 2 cot trong ma tran. Neu so cau tu la n thi tuong tu ta them n % cot
a1=[ones(m,1)*a(1) ones(m,1)*a(2)]; % m la so dung dich kiem tra
% Nhap ma tran do hap thu quang cua mau kiem tra:Yktra
% Tinh nong do mau kiem tra theo PLS:
Xktra=a1+Yktra*b;
% Tinh sai so giua nong do chuan voi nong do xac dinh duoc tu PLS:
Saiso=(X0ktra-Xktra)*100./X0ktra ;
% TÍNH NỒNG ĐỘ CỦA CHẤT TRONG MẪU BẤT Kè
a2=[ones(m1,1)*a(1) ones(m1,1)*a(2)]; % m1 la so dung dich phan tich % Nhap ma tran do hap thu quang cua mau thuc: Y
X=a2+Y*b;
- Lưu lại M-file vừa thực hiện được PLS.m
- Gọi hàm M-file vừa viết được trong cửa sổ COMMAND WINDOW
>> PLS
- Kớch chuột vào giỏ trị Saiso, X trong WORKSPACE thu được cỏc dữ liệu
mong muốn
2.4.4. Phương phỏp hồi qui cẩu tử chớnh ( PCR) [4]
* Cỏc bước tớnh toỏn PCR trong phần mềm Matlab:
- Khởi động phần mềm MATLAB
- Nhập cỏc ma trận dữ liệu trong cửa sổ WORKSPACE
+ Nhập ma trận nồng độ X0 (mxk) của m dung dịch chuẩn chứa k cấu tử (m
hàng, k cột)
+ Nhập ma trận tớn hiệu phõn tớch Y0(mxn) (n là số tớn hiệu đo)
+ Nhập tớn hiệu phõn tớch Y của mẫu cần định phõn
- Lưu cỏc dữ liệu vừa nhập vào thành 1 file trong Matlab : PCR.mat %Phuong phap PCR:
load PCR.mat;
%Binh phuong tap so lieu chua bien phu thuoc Y0
% Su dung mot trong 3 ham tinh PC de xac dinh cac PC theo cau lenh sau, su % dung ham SVD
[V S] = svd(D);
% Tinh ma tran phan tram phuong sai cua cac PC
d = diag(S)/sum(diag(S))*100;
% Tu gia tri phan tram phuong sai cua cac PC, can cu vao yeu cau cu the cua % bai toan de quyet dinh so PC lam co so cho khong gian moi cua tap so lieu % (n):
f = V(:,1:n);
% Chuyen doi tap so lieu ban dau va tinh ma tran he so hoi qui:
Yj = Y0*f;
F = inv(Yj'*Yj)*Yj'*X0; Fj=f*F
% Nhap ma tran bien phu thuoc cua k mau can dinh phan va tinh nong do mau % theo cong thuc:X=Y*Fj
% NEU MUON KIEM TRA DO CHINH XAC CUA PHUONG PHAP % Nhap ma tran do hap thu quang cua mau kiem tra:Yktra
%Tinh nong do mau kiem tra theo PCR:
Xktra=Yktra*Fj;
%Tinh sai so giua nong do chuan voi nong do xac dinh duoc tu PLS:
Saiso=(X0ktra-Xktra)*100./X0ktra ;
% TINH NONG DO CUA CHAT TRONG MAU BAT KI. %Nhap ma tran do hap thu quang cua mau thuc: Y
X=Y*Fj;
- Lưu lại M-file vừa thực hiện được: PCR.m
- Gọi hàm M-file vừa viết được trong cửa sổ COMMAND WINDOW :
>> PCR
- Kớch chuột vào giỏ trị Saiso, X trong WORKSPACE thu được cỏc dữ liệu
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sỏt điều kiện tối ưu xỏc định đồng thời Co, Ni và Pd trong cựng hỗn hợp hỗn hợp
3.1.1. Khảo sỏt phổ hấp thụ của cỏc dung dịch phức màu
Cỏc cation Co2+, Ni2+, Pd2+ phản ứng với thuốc thử PAN tạo thành cỏc phức màu
khụng tan trong nước. Kết quả thực nghiệm cho thấy, trong mụi trường mixen (hạt keo), cỏc phức này tan được trong nước và cú độ hấp thụ cao trong vựng ỏnh sỏng nhỡn thấy. Vỡ vậy chỳng tụi tiến hành khảo sỏt phổ hấp thụ quả cỏc phức màu Ni -PAN, Co-PAN và Pd-PAN như sau:
Chuẩn bị 6 bỡnh định mức 25 ml, thờm vào bỡnh 1 – 4: 1,5 ml Tween 80 nồng độ 5%, bỡnh 5 – 6 thờm 3 ml Tween 80 – 5%. Sau đú, thờm vào 6 bỡnh định mức lần lượt
5 ml dung dịch đệm axetat pH= 5; 2,5 ml dung dịch Co2+ 5ppm vào bỡnh 1; 1ml dung
dịch Ni2+ 5ppm vào bỡnh 2; 1 ml dung dịch Pd2+50 ppm vào bỡnh 3; cuối cựng thờm
vào cỏc bỡnh 5ml dung dịch PAN 0,05% . Ở bỡnh 4 là mẫu trắng 1, thờm vào bỡnh 5 :
2,5 ml dung dịch Co2+ 5ppm, 1ml dung dịch Ni2+ 5ppm , 1 ml dung dịch Pd2+50 ppm
và 10ml dung dịch PAN 0,05%. Bỡnh 6 là mẫu trắng 2. Định mức cỏc bỡnh đến vạch định mức và đem ghi phổ hấp thụ của cỏc phức màu trong dải bước súng từ 520 nm – 700 nm với cỏc dung dịch so sỏnh là dung dịch mẫu trắng tương ứng. Hỡnh 11 chỉ ra cỏc đặc trưng của phổ hấp thụ của cỏc phức màu:
Co- PAN; Ni – PAN; Pd – PAN và cỏc phổ hỗn hợp theo lý thuyết và thực tế.
Hỡnh 11: Phổ hấp thụ của cỏc phức Co-PAN, Ni-PAN, Pd-PAN và phổ hỗn hợp của 3 phức theo lý thuyết và theo thực tế
Kết quả cho thấy cỏc phức màu Co – PAN, Ni - PAN và Pd – PAN cú độ hấp
thụ quang đạt cực đại ở cỏc bước súng tương ứng là λmax = 580 nm, 570 nm và 618
nm. Dựa vào phổ hấp thụ của cỏc phức màu chỳng tụi nhận thấy cú sự xen phủ giữa cỏc phổ của cỏc phức màu của cỏc ion kim loại nờn khụng thể xỏc định riờng rẽ từng ion kim loại trong sự cú mặt của cỏc ion khỏc. Mặt khỏc, do phổ của cỏc phức màu cú tớnh cộng tớnh (phổ hấp thụ của hỗn hợp phức theo lý thuyết và theo thực tế trựng nhau trong giới hạn sai số cho phộp) nờn chỳng tụi sử dụng phương phỏp hồi quy đa biến tuyến tớnh để xỏc định đồng thời 3 ion trờn. Đồng thời nhỡn vào hỡnh 11, chỳng tụi nhận thấy trong dải bước súng từ 550 – 700 tớnh cộng tớnh đạt tốt nhất, sai số giữa lý thuyết và thực tế nằm trong khoảng sai số cho phộp. Vỡ vậy chỳng tụi chọn dải bước súng từ 520 – 700 cho cỏc nghiờn cứu tiếp theo.
3.1.2. Khảo sỏt ảnh hưởng của cỏc tỏc nhõn phản ứng
Quỏ trỡnh tối ưu hoỏ được thực hiện bằng cỏch sử dụng phương phỏp đơn biến và tiến hành cỏc thớ nghiệm riờng rẽ. Trong quỏ trỡnh tối ưu hoỏ cỏc điều kiện, bước súng cực đại được sử dụng với cỏc phức như sau: Ni – PAN: 570 nm; Co - PAN: 580 nm ; Pd – PAN: 618 nm
3.1.2.1. Khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt (Tween – 80)
Theo cỏc tài liệu tham khảo, yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đú là loại mixen. Cỏc ảnh hưởng được khảo sỏt để thu được 1 loại mixen tốt nhất với cỏc chất hoạt động bề mặt khỏc nhau như triton X 100, Tween 80 và SDS cú cựng nồng độ 0,2% trong vựng pH 3 – 7 cho thấy Tween 80 là chất hoạt động bề mặt tạo mixen tốt nhất. Vỡ vậy, chỳng tụi chỉ khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ Tween 80. Kết quả thu được như bảng 5 và biểu diễn trờn hỡnh 12.
Bảng 5: Kết quả khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ Tween – 80 đến sự hỡnh thành cỏc phức Nồng độ Tween – 80 (%) 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 ANi- PAN 0,225 0,262 0,291 0,312 0,319 0,315 0,321 0,32 0,318 ACo-PAN 0,189 0,191 0,19 0,191 0,191 0,191 0,19 0,188 0,19 APd-PAN 0,112 0,115 0,114 0,119 0,121 0,118 0,116 0,125 0,124
Hỡnh 12: Ảnh hưởng của nồng độ tween – 80 đến độ hấp thụ quang của cỏc phức màu ở pH = 5, nồng độ PAN 0,01%
Từ bảng 5 và hỡnh 12, chỳng tụi nhận thấy khi tăng nồng độ tween – 80 từ 0,1 % tới 0,5% thỡ độ hấp thụ quang của phức Ni-PAN tăng dần, cũn độ hấp thụ quang của phức Co-PAN và Pd- PAN thỡ ổn định , khi nồng độ tween – 80 tăng đến 0,3 % thỡ độ hấp thụ quang của phức Ni-PAN lớn nhất và ổn định. Vỡ vậy, chỳng tụi chọn nồng độ tối ưu của Tween – 80 là 0,3% cho cỏc khảo sỏt tiếp theo.
3.1.2.2. Khảo sỏt ảnh hưởng của pH
Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của cỏc phức của Ni2+, Pd2+, Co2+ với
PAN được nghiờn cứu trong khoảng 3,0 – 7,0. Theo tài liệu [42] cho thấy, ở cỏc pH
thấp (pH < 3) và pH > 7 khụng được nghiờn cứu vỡ ở pH < 3 cấu trỳc piridyl của
PAN bị proton hoỏ và ở pH > 7, cỏc ion OH- cạnh tranh trong quỏ trỡnh tương tỏc của
PAN với cỏc ion kim loại ảnh hưởng tới quỏ trỡnh hỡnh thành cỏc phức màu. Kết quả khảo sỏt trong khoảng pH từ 2 đến 8 trong khi cố định cỏc yếu tố ảnh hưởng khỏc thu được ở bảng 6 và biểu diễn trờn hỡnh 13.
Bảng 6: Kết quả khảo sỏt ảnh hưởng của pH đến sự hỡnh thành cỏc phức
pH 2 3 4 5 6 7 8
ANi- PAN 0,223 0,286 0,303 0,314 0,306 0,302 0,309 ACo-PAN 0,150 0,178 0,175 0,179 0,18 0,168 0,172 APd-PAN 0,089 0,073 0,083 0,095 0,103 0,106 0,103
Hỡnh 13: Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của cỏc phức màu ở nồng độ