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 đủ và khi đủ thì có ảnh hưởng gì không. Chúng tôi thiết lập thí nghiệm sau:
Lấy 5ml dung dịch KI 1mg/l cho vào 6 phễu chiết sạch có đánh số thứ
tự. Thêm lượng NaNO2 0,1M lần lượt vào các phễu chiết những lượng như
sau: 0; 0,2; 0,4; 0,8; 1,2; 1,6 ml. Thêm vào mỗi phễu 1ml dung dịch HCl 2M lắc đều, thêm vào mỗi phễu 3ml dung dịch fucsin bazơ, 1ml dung dịch NaOH 2M để trung hòa, 5ml dung dịch đệm có pH=4. Thêm nước tới 25ml. Tiến hành chiết hợp chất màu 3 lần, mỗi lần bằng 5ml dung môi hữu cơ. Dịch chiết cả 3 lần được gom vào bình định mức 25 ml. Định mức tới vạch bằng dung môi, lắc trộn, đem đo A của dãy dung dịch ở max vừa tìm được ở thí nghiệm trên.
2.3.3.6. Ảnh hưởng của lượng thuốc thử fucsin bazơ.
Để I2 tạo hợp chất liên hợp ion hoàn toàn cần dùng dư thuốc thử fucsin bazơ. Lượng fucsin bazơ dư không bị chiết (thí nghiệm 3.1).
Tuy nhiên để khảo sát lượng thuốc thử bao nhiêu thì vừa, chúng tôi tiến hành thí nghiệm sau:
Lấy 5ml dung dịch KI 1mg/l, 1ml dung dịch NaNO2 0,1M và 1ml dung dịch HCl 2M cho vào 6 phễu chiết sạch có đánh số thứ tự thêm vào các phễu theo thứ tự lượng dung dịch fucsin bazơ những lượng khác nhau: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3ml, trung hoà dung dịch bằng dung dịch NaOH 2M, thêm 5ml dung dịch đệm có pH = 4. Tiến hành chiết hợp chất màu 3 lần, mỗi lần bằng 5ml dung môi hữu cơ. Gộp dịch chiết cả lại vào bình định mức 25ml, rồi định mức bằng dung môi. Tiến hành đo A của dãy dung dịch.
2.3.3.7. Khảo sát sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của hợp chất màu theo thời gian thời gian
Lấy 5ml dung dịch KI 1mg/l, 1ml dung dịch NaNO2 0,1M, 1ml dung dịch HCl 2M, 3ml dung dịch fucsin bazơ, lắc đều dung dịch, hoà dung dịch thu được bằng dung dịch NaOH 2M. Thêm 5ml dung dịch đệm có pH = 4. Tiến hành chiết hợp chất màu 3 lần, mỗi lần bằng 5ml dung môi hữu cơ. Dịch chiết thu được định mức thành 25ml rồi đo A của dung dịch theo thời gian (tính từ sau khi chiết xong): 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 30, 40 phút.
2.3.3.8. Lập đường chuẩn
Tổng hợp tất cả các điều kiện tối ưu mà chúng tôi đã khảo sát được, chúng tôi tiến hành xây dựng đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc A vào lượng iot.
2.3.3.9. Khảo sát ảnh hưởng của một số cation và anion đến phản ứng
Sử dụng các kết quả đã khảo sát được trong các thí nghiệm trên, chúng tôi đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một số cation và anion đến phản ứng. Phương pháp nghiên cứu của chúng tôi dựa vào nguyên tắc cố định các điều kiện tối ưu của phản ứng, thêm dần các yếu tố gây ảnh hưởng vào rồi tìm sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của dung dịch theo hàm lượng yếu tố gây ảnh hưởng thêm vào A = f (yếu tố ảnh hưởng).
Từ đó biện luận tìm được ở tỷ lệ nào thì yếu tố lạ gây ảnh hưởng cho phản ứng và tìm biện pháp loại trừ.
Chƣơng 3
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN
Các kết quả ghi trong các bảng là kết quả trung bình của 3 lần đo
3.1. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA pH ĐẾN SỰ CHIẾT THUỐC THỬ FUCSIN BAZƠ BẰNG CÁC DUNG MÔI
Fucsin bazơ là phân tử phân cực nên nó không bị chiết bởi các dung môi hữu cơ không phân cực như Benzen, Tetracloruacacbon… khi chiết Fucsin bazơ bằng tetracloruacacbon (CCl4), pha hữu cơ hoàn toàn không có màu ở tất cả các giá trị pH khảo sát, chứng tỏ Fucsin bazơ không bị chiết bởi CCl4. Khi dung môi hữu cơ là Clorofom (CHCl3), pha hữu cơ chiết được không có màu ở các pH trừ ở giá trị pH = 2, dịch chiết có màu hồng nhạt. Đối với dung môi chiết là diclometan và 1,2 - đicloetan, dịch chiết có màu hồng đậm ở pH 2, ở các pH khảo sát còn lại, dịch chiết có mầu hồng rất nhạt. Khi chiết bằng hỗn hợp dung môi diclometan: clorofom với các tỷ lệ theo thể tích là 1:4; 1:3; 1:2; 1:1; 2:1; 3:1; 4:1 thì cũng chỉ ở pH = 2 lớp chiết mới có màu hồng còn trong môi trường pH từ 3 đến 6 lớp chiết hầu như không có màu. Sự chiết fucsin bazơ bằng các dung môi hữu cơ phân cực phụ thuộc vào pH dung dịch nước được ghi trên các bảng từ 3.1 đến3.3.
Bảng 3.1: Giá trị A của dịch chiết Fucsin Bazơ bằng CHCl3 ở các pH khác nhau của dung dịch nƣớc
pH 1 2 3 4 5 6
A551nm 0,019 0,040 0,018 0,016 0,018 0,020
Các số liệu ghi trong bảng 3.1 cho thấy, trong khoảng pH khảo sát (từ 1 đến 6) thuốc thử fucsin bazơ hầu như không bị chiết bởi CHCl3 vì các giá trị độ hấp thụ quang A đều nhỏ (trừ ở pH = 2 dung dịch có màu hơi hồng nhạt). Với kết quả này cho thấy nếu chiết bằng CHCl3 thì thuốc thử fucsin bazơ dư không bị chiết, như vậy thuốc thử dư không ảnh hưởng đến quá trình phân tích khi chiết hợp chất màu.
Bảng 3.2: Giá trị A của dịch chiết fucsin bazơ bằng CH2Cl2 ở các pH khác nhau của dung dịch nƣớc
pH 1 2 3 4 5 6
A537nm 0,102 0,196 0,022 0,039 0,045 0,036
Các số liệu ghi trong bảng 3.2 cho thấy, trong khoảng pH từ 3 đến 6 thuốc thử hầu như không bị chiết nên nếu tiến hành thí nghiệm trong khoảng pH này, thuốc thử dư không gây ảnh hưởng, còn ở pH từ 1 đến 2 thì fucsin bazơ có bị chiết vì vậy không nên tiến hành thí nghiệm ở các giá trị pH này.
Bảng 3.3: Giá trị A của dịch chiết fucsin bazơ bằng 1,2 - dicloetan (C2H4Cl2) ở các giá trị pH khác nhau của dung dịch nƣớc
pH 1 2 3 4 5 6
A539nm 0,056 0,159 0,044 0,047 0,048 0,046
Các số liệu ghi trong bảng 3.3. cho thấy fucsin bazơ bị chiết bởi dung môi 1,2- dicloetan ở pH = 2 và ở khoảng pH 3-6 thuốc thử gần như không bị chiết. Ta chỉ nên thực hiện các thí nghiệm trong khoảng pH 3 - 6 thì lượng thuốc thử dư không gây ảnh hưởng cho quá trình phân tích.
Chúng tôi dùng dung môi chiết là hỗn hợp CH2Cl2: CHCl3 theo các tỷ lệ về thể tích là 1: 4; 1: 3; 1: 2; 1:1; 2:1; 3: 1 và 4: 1. Kết quả cũng cho thấy chỉ ở pH = 2 lớp chiết mới có màu hơi hồng, còn ở các giá trị pH khác lớp chiết hầu như không màu.
Với kết quả thí nghiệm trên khi chiết hợp chất liên hợp Fucsin- bazơ - iot có thể dùng các dung môi trên nhưng tiến hành ở pH trong khoảng 3 - 6 thì lượng thuốc thử dư không gây ảnh hưởng gì cho quá trình phân tích.
3.2. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG pH CỦA MÔI TRƢỜNG NƢỚC ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH HỢP CHẤT MÀU LIÊN HỢP GIỮA FUCSIN BAZƠ VỚI IOT
Thí nghiệm được tiến hành như trình bày ở mục 3.2 chương 2 và thu được các kết quả như sau:
* Dùng dung môi chiết là Clorofom, độ hấp thụ quang của dung dịch chiết được đo ở bước sóng 551nm, kết quả đo được ghi trong bảng 3.4.
Bảng 3.4: Giá trị A của dịch chiết hợp chất màu Fucsin bazơ - Iot trong Clorofom ở các pH khác nhau trong môi trƣờng nƣớc
pH 1 2 3 4 5 6
A551nm 0,159 0,218 0,246 0,246 0,246 0,246
Các số liệu ghi trong bảng 3.4 cho thấy, ở giá trị pH 1 - 2 độ hấp thụ quang của dịch chiết nhỏ, điều này có thể giải thích như sau: trong khoảng pH này dung dịch có độ axit cao nên thuốc thử Fucsin bazơ ở dạng cation còn ít, tác động phân cực của nó đối với phân tử iot ít nên hợp chất màu liên hợp tạo thành còn ít. Ở pH 3 - 6 giá trị độ hấp thụ quang A đo được gần bằng nhau, chứng tỏ ở các giá trị pH này Fucsin bazơ nằm ở dạng cation hết, chúng phân cực toàn bộ các phân tử iot để tạo thành hợp chất màu liên hợp Fucsin bazơ -iot.
Kết hợp với kết quả khi khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự chiết của thuốc thử ở trên, chúng tôi thấy ở pH từ 3 - 6 iot tạo hợp chất màu liên hợp hết với Fucsin bazơ, hợp chất này bị chiết bởi CHCl3, nhưng thuốc thử dư không bị chiết. Điều này rất thuận lợi cho quá trình phân tích, chúng tôi chọn pH = 4 để khảo sát các yếu tố tiếp theo. Để bảo đảm giá trị pH này trong các thí nghiệm chúng tôi dùng dung dịch đệm.
* Nếu chiết bằng dung môi diclometan, độ hấp thụ quang của dịch chiết đo tại bước sóng cực đại 537nm, còn nếu dùng dung môi là 1,2 -dicloetan thì đo tại 539nm. Kết quả được ghi trong bảng 3.5 và 3.6.
Bảng 3.5: Giá trị A của dịch chiết hợp chất màu liên hợp Fucsin bazơ - Iot trong diclometan từ môi trƣờng nƣớc ở các giá trị pH khác nhau
pH 1 2 3 4 5 6
A537nm 0,174 0,238 0,271 0,271 0,269 0,270
Bảng 3.6: Giá trị A của dịch chiết hợp chất màu liên hợp Fucsin bazơ - iot trong 1, 2 - dicloetan ở các pH khác nhau của môi trƣờng nƣớc
pH 1 2 3 4 5 6
A539nm 0,150 0,205 0,234 0,235 0,234 0,235
Các giá trị ghi trong bảng 3.5 và 3.6 cho thấy dùng dung môi chiết là diclometan và 1 - 2 dicloetan trong môi trường có pH 3 - 6 iot cũng tạo hợp chất màu liên hợp hết với Fucsin bazơ. Ta có thể dùng các dung môi này để chiết tách hợp chất màu ra khỏi dung dịch và loại trừ các ảnh hưởng khác.
3.3. PHỔ HẤP THỤ CỦA HỢP CHẤT MÀU FUCSIN BAZƠ - IOT
Các thí nghiệm được chuẩn bị như trong mục 3.3 của chương 2
Chúng tôi đã tiến hành ghi phổ hấp thụ của hợp chất màu liên hợp Fucsin bazơ - iot trong dịch chiết bằng các dung môi như Clofom, diclometan, 1 - 2 dicloetan.
Các đường biểu diễn phổ hấp thụ của hợp chất màu liên hợp Fucsin bazơ - iot chiết trong các dung môi thì có cực đại hấp thụ khác nhau (chiết