1 3.2.3 Khảo sỏt nồng độ thuốc thử và ion kim loại tối ưu
1.6.3. Phương phỏp vi sai
Trong phương phỏp này dung dịch so sỏnh khụng phải là dung mụi nghiờn cứu mà dựng một trong cỏc dung dịch sau:
- Dung dịch cú nguyờn tố cần xỏc định cú nồng độ bộ hay lớn hơn nồng độ của nú trong dung dịch nghiờn cứu làm dung dịch so sỏnh.
- Dựng một phần dung dịch nghiờn cứu để làm dung dịch so sỏnh.
- Dựng dung dịch cú chứa tất cả cỏc cấu tử trừ ion xỏc định để làm dung dịch so sỏnh.
Phương phỏp quang phổ vi sai cú 2 cỏch thực hiện:
Cỏch 1: Dung dịch cú nguyờn tố cần xỏc định cú nồng độ bộ hơn trong dung
Xỏc định mật độ quang A của dung dịch nghiờn cứu theo dung dịch so sỏnh, nồng độ chất nghiờn cứu trong dung dịch phõn tớch được xỏc định theo biểu thức: Cx = A’x.F + C1
Với Cx là nồng độ chất phõn tớch; C1 là nồng độ trong dung dịch so sỏnh; A’x là mật độ quang dung dịch x so với dung dịch C1 .
F = 2 ' A C ∆ = 2 1 2 ' A C C −
Trong đú: A’2 là mật độ quang dung dịch C2 so với C1. Cỏch làm:
Chuẩn bị 2 dung dịch của hợp chất màu cú nồng độ C1, C2 đó biết
( C2 > C1) và dung dịch phõn tớch Cx. Đo mật độ quang của 3 dung dịch này khi dung dịch so sỏnh là H2O sẽ được tương ứng là A1, A2 , Ax
( A1= ε .l.C1; A2= ε lC2 ; Ax= ε lCx ). Ta cú: A’2 = A2 – A1 = ε l(C2 – C1) A’x = Ax – A1 = ε l(Cx – C1) A x A ' '2 = x a x A A C C − − + 1 2 ⇒ Cx = A’x.F + C
Cỏch 2: Dựng một phần dung dịch nghiờn cứu để làm dung dịch so sỏnh. Khi
đú: Cx = x a x x x A A A C − + .
Phương phỏp này dựng để nõng cao độ chớnh xỏc của phộp phõn tớch trắc quang trong cỏc trường hợp: Xỏc định hàm lượng lớn của cỏc chất, để triệt tiờu ảnh hưởng cấu tử lạ ( phụng nền), ỏp dụng cho trường hợp nồng độ lớn nhất khụng tuõn theo định luật Bouguer – Lambert – Beer do giỏ trị A vượt quỏ thang đo của mỏy.
1.7. PHƯƠNG PHÁP THỐNG Kấ XỬ LÍ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM [10]
1.7.1. Xử lớ kết quả phõn tớch [10].
Cỏc kết quả phõn tớch được phải xử lý để đỏnh giỏ độ tin cậy của cỏc phộp xỏc định. Muốn vậy phải xỏc định khoảng linh động của kết quả đú.
=
ε tp.k . SX
Trong đú :
tp.k: Hàm số phõn bố student với bậc tự do k (k = n-1) và xỏc suất p. SX : Độ lệch chuẩn trung bỡnh của kết quả trung bỡnh X.
X = ∑ = + n i Yi n 1 ε
Phương sai cho phộp xỏc định kết quả X: S2=k 1 . 1 2 ) (X X n i i− ∑ = ( k = n-1 ) Độ lệch trung bỡnh chuẩn : X S = Sn2 = 2 1 ) ( . 1 ∑ = − n i i X X n k Độ chớnh xỏc của phộp đo : ε =tp,k.SX
Vậy khoảng xỏc định mà kết quả cho phộp di chuyển : X -ε ≤ à ≤X +ε
Sai số tương đối của phộp tớnh đo: q % = Xε .100%
1.7.2. Xử lý thống kờ cỏc đường chuẩn [10].
Để xỏc định được cỏc hàm lượng chất phõn tớch cần phải dựa vào đường chuẩn biểu thị mối liờn hệ giữa mật độ quang và nồng độ chất nghiờn cứu. Đường chuẩn được xõy dựng và xử lý bằng phương phỏp bỡnh phương tối thiểu.
yi : giỏ trị đo được của mật độ quang
Xi : giỏ trị nồng độ (mol/l/) của chất phõn tớch Yi :là giỏ trị tớnh được từ biểu thức yi = axi + b (yi –Yi ): là giỏ trị sai lệch của giỏ trị đo
Sự trựng nhau giữa cỏc giỏ trị đo được và giỏ trị tớnh toỏn được tốt nhất nếu tổng cỏc bỡnh phương của hiệu :
F = ( 1 )2 ( 1 )2 1 1 n n i i i i y Y Y ax b = = − = − − ∑ ∑ bộ nhất Điều đó có nghĩa: 0 , 0 = ∂ ∂ = ∂ ∂ b F a F
Giải phơng trình này tìm đợc a,b Độ chính xác của a,b đợc xác định : S2y =k1 ∑(yi −Yi) 2 Sb2 = S y2 ' 2 1 . A x i ∑ Sa2 = Sy2. An
Độ chính xác của a,b đợc tính theo công thức :
ε a = tp,k . Sa εb= tp,k . Sb
a = a ±εa= a ± tp,k.Sa
b = b ±εb= b ± tp,k.Sb
Phương trỡnh của đường chuẩn đầy đủ : y = (a εa)Xi + (b εb).
y = (a tp,k.Sa)Xi + (b tp,k.Sb)
1.7.3. Kiểm tra kết quả nghiờn cứu bằng phõn tớch mẫu chuẩn [10]
Để kiểm tra một phương phỏp phõn tớch mới cú ỏp dụng được vào thực tế khụng thỡ người ta ỏp dụng kết quả nghiờn cứu tiến hành phõn tớch mẫu tự tạo (mẫu giả ) tỡm được X . Đem so sỏnh giỏ trị này với giỏ trị chuẩn (a) theo cỏc bước sau:
Giả thiết X ≠ado nguyờn nhõn ngẫu nhiờn với xỏc suất p = 0,95 ( xỏc suất thường gặp )
Từ cỏc giỏ trị thực nghiệm ta tớnh đượcX ,S2, SX
Tớnh phõn bố thực nghiệm : tTN = X S a X −
So sỏnh tTN với tp.k khi so sỏnh cú thể xảy ra trường hợp sau:
+) Nếu -tp,k < tTN < tp,k thỡ X ≠ ado nguyờn nhõn ngẫu nhiờn, phương phỏp mới cú độ chớnh xỏc thoó món.
+) Nếu tt.n > tp,k hoặc tt.n < - tp,k thỡ X ≠ a do nguyờn nhõn khụng ngẫu nhiờn, vỡ vậy phương phỏp mới khụng dựng .
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
2.1. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ NGHIấN CỨU.
2.1.1. Dụng cụ.
Cỏc dụng cụ thủy tinh đo thể tớch như pipet, micropipet, buret, microbret, bỡnh định mức, cốc thủy tinh cú thể tớch khỏc nhau đều được ngõm rửa kỹ bằng hỗn hợp sunfocromic, trỏng rửa bằng nước cất một lần và hai lần.
+ Cõn phõn tớch Trung Quốc (độ chớnh xỏc ±0,1mg).
+ Mỏy đo 744 pH Metter Metrohm với tớn hiệu một số lẻ sau dấu phẩy được chuẩn húa bằng cỏc dung dịch chuẩn cú pH = 5,2 hàng ngày trước khi đo.
+ Mỏy đo phổ UV-Vis 8453 Agilent - đo mật độ quang với tớn hiệu 4 số lẻ sau dấu phẩy,mỏy đo quang Lightwave 2.9 với tớn hiệu 3 số lẻ sau dấu phẩy, cuvet thủy tinh cú bề dày 1,001cm.
+ Tớnh toỏn và xử lý số liệu bằng chương trỡnh Ms-Excell, phần mềm đồ họa Matlab 5.3, phần mềm viết cụng thức toỏn học Mathtype 6.0 và chương trỡnh MS-Excell trờn mỏy tớnh.
2.2. PHA CHẾ HểA CHẤT [4].
Tất cả cỏc húa chất sử dụng trong khúa luận đều thuộc loại tinh khiết húa học (CP) hoặc tinh khiết phõn tớch (PA), nước cất một lần và hai lần.
2.2.1. Dung dịch Zn2+ (10 M).-3
Cõn chớnh xỏc một lượng Zn(NO3)2.6H2O theo tớnh toỏn ứng với nồng độ và thể tớch cần pha trờn cõn phõn tớch rồi hũa tan trong HNO3 loóng, chuẩn độ dung dịch thu được, chuyển một thể tớch chớnh xỏc vào bỡnh định mức, trỏng cốc, thờm nước cất hai lần lắc kĩ rồi định mức tới vạch, ta được dung dịch gốc Zn2+ 10-3M.
2.2.2. Dung dịch Xylen da cam (XO) 10-3 M.
Cõn chớnh xỏc một lượng thuốc thử XO (C31H28N2O13Na4S) loại PA Trung Quốc trờn cõn phõn tớch theo tớnh toỏn ứng với nồng độ và thể tớch cần pha, sau đú hũa tan bằng nước cất hai lần, chuyển vào bỡnh định mức, trỏng cốc, thờm nước cất hai lần lắc kĩ rồi định mức tới vạch, ta được dung dịch XO 10-3M.
2.2.3. Dung dịch đệm axetat (pH = 5,9).
Được pha từ axit axetic và NaOH theo tài liệu tham khảo, sau đú điều chỉnh trờn mỏy pH- metter đến pH = 5,9 bằng dung dịch NaOH và HNO3.
2.2.4. Dung dịch húa chất khỏc.
- Dung dịch NaNO3 1M sử dụng để điều chỉnh lực ion à = 0,1 được pha chế bằng cỏch cõn chớnh xỏc một lượng NaNO3(PA) theo tớnh toỏn ứng với nồng độ 1M, hũa tan và chuyển vào bỡnh định mức, thờm nước hai lần lắc đều rồi định mức tới vạch.
Cỏc dung dịch nghiờn cứu cú nồng độ NaNO3 cao hơn, được cõn chớnh xỏc cỏc lượng nhỏ theo tớnh toỏn, rồi hũa tan bằng nước cất hai lần, đun núng nhẹ cho tan hết sau đú pha thành dung dịch nghiờn cứu. - Cỏc dung dịch NaOH và HNO3 ở cỏc nồng độ khỏc nhau được pha
chế từ cỏc loại húa chất PA sử dụng để điều chỉnh pH.
- Cỏc dung dịch Ca(NO3)2, Mg(NO3)2 đều được pha chế từ cỏc húa chất PA với cỏc nồng độ khỏc nhau theo mục đớch thớ nghiệm.
- Dung dịch đệm pH chuẩn húa từ mỏy đo pH.
2.3. CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM. 2.3.1. Dung dịch so sỏnh XO.
Hỳt chớnh xỏc một thể tớch dung dịch XO cho vào cốc, thờm một thể tớch dung dịch NaNO3 để giữ lực ion cố định, sau đú thờm nước cất hai lần. Dựng mỏy đo pH và dung dịch NaOH hoặc HNO3 thớch hợp để điều chỉnh pH cần thiết (hoặc duy trỡ pH bằng dung dịch đệm axetat), chuyển vào bỡnh định mức, rửa điện cực, trỏng cốc và thờm nước cất hai lần đến vạch.
2.3.2. Dung dịch cỏc phức Zn(II) XO.-
Hỳt chớnh xỏc một thể tớch dung dịch Zn2+, thờm một thể tớch xỏc định dung dịch XO và một thể tớch xỏc định dung dịch NaNO3 để giữ lực ion cố định, thờm nước cất hai lần, dựng mỏy đo pH và dung dịch NaOH hoặc HNO3
thớch hợp để điều chỉnh pH cần thiết (hoặc duy trỡ pH bằng dung dịch đệm axetat), chuyển vào bỡnh định mức, rửa điện cực, trỏng cốc và thờm nước cất hai lần đến vạch.
Sau khi chuẩn bị dung dịch khoảng 30 phỳt tiến hành đo mật độ quang cỏc dung dịch nghiờn cứu.
Cỏc dung dịch nghiờn cứu được giữ lực ion khụng đổi. Cỏc điều kiện tối ưu cho sự tạo phức được xỏc định như bước súng tối ưu, khoảng pH tối ưu, thời gian tối ưu… Cỏc nghiờn cứu về sau được tiến hành ở cỏc điều kiện tối ưu.
2.4. XỬ Lí CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM.
- Phương trỡnh đường chuẩn của phức được xử lý trờn mỏy tớnh bằng chương trỡnh Descriptive statistic, Regression trong phần mềm MS- Excell.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
3.1. NGHIấN CỨU ĐIỀU KIỆN TẠO PHỨC CỦA Zn(II) VỚI XO.
3.1.1. Phổ hấp thụ của XO.
Cỏch tiến hành: Chuẩn bị cỏc dung dịch XO cú nồng độ
CXO = 6.10-5M ở cỏc pH khỏc nhau. Điều chỉnh pH trờn mỏy pH-metter bằng dung dịch NaOH và dung dịch HNO3. Đo phổ hấp thụ so với nước cất hai lần từ bước súng 350nm đến 650nm, kết quả biểu diễn trờn hỡnh 3.1.
Wavelength (nm) 350 400 450 500 550 600 Ab so rba nc e (A U) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 57 7 35 1
Hỡnh 3.1: Phổ hấp thụ của XO trong cỏc mụi trường cú pH khỏc nhau, đo trờn mỏy UV-Vis 8453- Agilent . pH= 4,0(1); 4,5(2); 5,0(3); 5,3(4); 5,6(5); 5,9(6); 6,2(7); 6,4(8).
Kết luận: Trong vựng pH nhỏ hơn 5,3 thỡ XO chỉ cú một bước súng hấp thụ
cực đại trong vựng khả kiến là 434 nm, trong vựng pH lớn hơn 5,3 thỡ XO cú tới hai cực đại trong vựng khả kiến là 434nm và 577nm. Khi pH tăng xuất hiện peak hai và mật độ quang ở 434nm giảm và mật độ quang tại peak hai tăng.
3.1.2. Hiệu ứng tạo phức giữa Zn(II) với XO.
Để tiến hành khảo sỏt phổ hấp thụ electron của phức Zn(II) - XO, chỳng tụi chuẩn bị cỏc dung dịch sau:
− Dung dịch XO ở pH = 5,9 cú CXO= 6.10-5M, CNaNO3 = 0,1M; dung dịch so sỏnh là nước cất. − Dung dịch phức: 1 2 3 4 5 6 7 8
Phức Zn(II) - XO ở pH = 5,9 cú CZn2+ = 3.10-5M; CXO = 6.10-5M, CNaNO3= 0,1M; dung dịch so sỏnh là XO cú CXO
= 6.10-5M, CNaNO3= 0,1M, pH = 5,9.
Đo phổ hấp thụ của phức màu trờn mỏy tự kớ UV-Vis 8453 - Agilent, kết quả biểu diễn ở hỡnh 3.2 và bảng 3.1.
Hỡnh 3.2. Phổ hấp thụ của XO(1) và phức Zn(II) - XO(2) ở pH = 5,9. (l = 1,001cm; à = 0,1)
Bảng 3.1 : Bước súng hấp thụ cực đại của XO và phức Zn(II) - XO. (l = 1,001cm, à = 0,1)
Dung dịch nghiờn cứu pH λmax (nm) ∆λmax (nm)
XO 5,9 434 144
Zn(II) -XO 5,9 578
Kết quả cho thấy ở pH = 5,9 cú sự hỡnh thành phức giữa ion Zn2+ với XO. Phổ hấp thụ của phức Zn(II) - XO cú bước súng λmax tại 578nm. Hiệu
λmax của phức và thuốc thử là ∆λmax = 144nm. Điều này cho thấy thuốc thử XO cú thể sử dụng để nghiờn cứu sự tạo phức của Zn2+.
Cỏc phộp đo mật độ quang của phức màu Zn(II) - XO về sau đều được thực hiện ở bước súng 578nm.
3.1.3. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào thời gian.
Chỳng tụi chuẩn bị dung dịch trong bỡnh định mức 25ml: Dung dịch phức Zn(II) - XO ở pH = 5,9:
CZn2+ = 1,5.10-5M; CXO = 3.10-5M, CNaNO3= 0,1M, đo mật độ quang dung dịch phức so với mẫu trắng (cú thành phần như dung dịch phức nhưng khụng cú kẽm) ở cỏc khoảng thời gian khỏc nhau. Kết quả trỡnh bày ở bảng 3.2 và hỡnh 3.3.
Bảng 3.2: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào thời gian. (λmax = 578nm; pH=5,9; l = 1,001cm; à = 0,1) t(phỳt) 5 10 15 20 ∆Ai 0.326 0.325 0.325 0.324 t(phỳt) 30 60 90 120 ∆Ai 0.323 0.324 0.322 0.324
(λmax = 578nm; pH=5,9; l = 1,001cm; à = 0,1)
Kết quả cho thấy sau khi thiết lập 30 phỳt, phức Zn(II) - XO cú mật độ quang ổn định trong thời gian dài. Vỡ vậy trong cỏc phộp đo về sau của phức Zn(II)- XO được đo sau khi thiết lập pH 30 phỳt.
3.1.4. Ảnh hưởng của pH đến sự hỡnh thành phức Zn(II)- XO.
Chuẩn bị cỏc dung dịch phức với CZn2+ = 3.10-5M; CXO = 4,5.10-5M, CNaNO3= 0,1M ở cỏc pH khỏc nhau. Đo mật độ quang so với mẫu trắng.
Kết quả được trỡnh bày ở bảng 3.3 và hỡnh 3.4.
Bảng 3.3: Sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch phức Zn(II) - XO vào pH. (λmax=578nm, à = 0,1, l = 1,001cm)
pH 4,4 4,6 4,8 5,2 5,4 5,6
∆Ai 0,241 0,349 0,408 0,51 0,558 0,597
pH 5,8 5,9 6,1 6,3 6,6 7,0
Hỡnh 3.4. Sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch phức Zn(II)- XO vào pH (CZn2+ = 3.10-5M;CXO = 4,5.10-5M;à = 0,1; l = 1,001cm; λmax = 578nm)
- Từ đồ thị sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch phức vào pH chỳng tụi cú nhận xột:
Mật độ quang của phức giữa Zn(II) - XO phụ thuộc vào pH, cú khoảng pH tối ưu từ 5,8 6,0 và đạt cực đại ở pH = 5,9. Cỏc phộp đo về sau được duy trỡ ở pH = 5,9.
3.1.5. Ảnh hưởng của mụi trường đệm axetat đến sự tạo phức Zn(II)-XO.
Để tiến hành khảo sỏt sự ảnh hưởng của mụi trường đệm axetat đến phổ hấp thụ electron của phức Zn(II) - XO, chỳng tụi chuẩn bị cỏc dung dịch sau:
- Dung dịch phức:
+) Phức Zn(II) - XO ở pH = 5,9 (được duy trỡ, điều chỉnh bằng HNO3 và NaOH) cú CZn2+ = 3.10-5M;CXO = 6.10-5M, CNaNO3= 0,1M.
+) Phức Zn(II) - XO ở pH = 5,9 (được duy trỡ bằng đệm axetat) cú CZn2+ = 3.10-5M;CXO = 6.10-5M, CNaNO3= 0,1M. - Dung dịch so sỏnh: cỏc mẫu trắng tương ứng.
Đo phổ hấp thụ của cỏc dung dịch phức màu trờn mỏy tụ kớ UV-Vis 8453 - Agilent, kết quả thu được biểu diễn ở hỡnh 3.5.
Wav elength (nm) 460 480 500 520 540 560 580 600 620 Ab so rb an ce (A U) 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 577 62 7
Hỡnh 3.5: Phổ hấp thụ của dung dịch phức Zn(II)-XO trong mụi trường khụng đệm axetat (1) và đệm axetat (2).
(l = 1,001cm; à = 0,1; pH = 5,9)
Từ phổ hấp thụ cỏc dung dịch phức Zn(II)-XO ở hỡnh 3.5, chỳng tụi nhận thấy: mụi trường đệm axetat hầu như khụng ảnh hưởng đến phổ hấp thụ của phức Zn(II) - XO. Vỡ vậy trong cỏc dung dịch nghiờn cứu sau này chỳng tụi duy trỡ pH = 5,9 bằng dung dịch đệm axetat.
1
3.1.6. Ảnh hưởng của lượng dư thuốc thử XO trong dung dịch so sỏnh.
Do XO là thuốc thử mang màu vỡ thế chỳng tụi tiến hành kiểm tra ảnh hưởng của lượng dư XO đến mật độ quang của dung dịch phức màu.
Chuẩn bị cỏc dung dịch cú nồng độ XO hằng định với CXO = 3.10-5M, nồng độ CZn2+ thay đổi CZn2+ = 0,7.10-5 3,2.10-5M, lực ion hằng định (à=0,1), duy trỡ pH = 5,9 bằng dung dịch đệm axetat, đo mật độ quang ở λmax= 578nm của dung dịch phức so với nước và so với mẫu trắng.