III.1. Phơng pháp trắc quang III.1.1. Nguyên tắc [22]:
Phơng pháp diphenylcacbazit dựa trên sự tạo phức màu đỏ tía của Cr(VI) với 1,5 điphenylcacbazit trong môi trờng axit. Màu thu đợc là do kết qủa của Cr(III) mới sinh, cha bị hydrat hóa, sản phẩm của quá trình khử Cr(VI) bằng 1,5 điphenyl cacbazit. Sự oxi hóa Cr3+ đến Cr2O72- là chìa khóa quan trọng trong việc định lợng Cr bằng phơng pháp này. Các chất đợc sử dụng làm chất oxi hóa: Na2O2, H2O2, HClO4 , nớc Brom, NaBiO3 ,(NH4)2S2O8 ,KMnO4. Độ axit của dung dịch phân tích ảnh hởng đến cờng độ màu, vì vậy cần duy trì tại mọi thời điểm pH = 1ữ2 cho phản ứng có độ nhạy cao. Màu bền khi có mặt H3PO4. Fe3+, V, Mo, Hg ảnh hởng đến việc định lợng nếu nồng độ của chúng vợt quá nồng độ Cr. Lợng Fe(III) đợc loại trừ bằng cách thêm H3PO4 hoặc NaF. Nó có thể tách bằng cách chiết hoặc tách ở dạng Fe(OH)3. Vanadi có thể tách trớc khi định lợng Cr nếu nồng độ của nó lớn hơn 10 lần nồng độ Cr. Sau khi oxi hóa Cr, 8-oxiquinolin (pH=4) đợc thêm vào và vanadi đợc chiết ra bằng clorofom. Đồng thời Fe, Mo và Cu oxinat cũng đợc chiết. Thêm Cl- để liên kết Hg2+ ở dạng HgCl42- và sẽ ngăn cản thủy ngân với điphenylcacbazit.
III.1.2. Khảo sát các điều kiện tối u III.1.2.1 Khảo sát phổ của thuốc thử
Lấy1,00 ml thuốc thử 1,5 điphenyl cacbazit, thêm 2,00 ml H2SO4 1M cho vào bình định mức 50 ml, thêm nớc cất đến vạch, đem đo mật độ quang ở các b- ớc sóng từ 400 – 800 nm. Kết quả cho thấy không xuất hiện pic ở vùng này.
III.1.2.2 Chọn bớc sóng tối u:
Lấy 2,00 ml dung dịch làm việc cho vào bình định mức 50 ml, điều chỉnh pH = 1,5 bằng H2SO4 1M, thêm 1,00 ml thuốc thử 1,5 điphenyl cacbazit rồi định mức đến vạch, để yên 10 phút. Lấy dung dịch thu đợc này đem quét sóng ở bớc sóng λ = 400 - 800 nm ta thu đợc đồ thị ở hình 1:
Hình 1: Phổ của phức thu đợc khi Cr(VI) phản ứng với DPC
Nhận xét : Từ kết quả trên ta thấy λ max = 540 nm.
III.1.2.3 Khảo sát độ bền màu của phức chất
a. Khảo sát khi không thêm H3PO4
Lấy vào các bình định mức dung tích 50 ml lần lợt : 2,00 ml dung dịch Cr(VI), 1,00ml dung dịch 1,5 điphenylcacbazit (DPC) 0,5%, 2,00 ml H2SO4 1M . Định mức tới vạch. Sau đó đem đo mật độ quang ở λ= 540 nm ở các thời điểm khác nhau. Kết quả thu đợc ở bảng 1:
Bảng 1: Kết quả khảo sát độ bền màu của phức khi không có H3PO4
t(phút) 1 5 10 15 20 25 30 40 50
A 0,237 0,240 0,243 0,243 0,242 0,240 0,239 0,239 0,237
Nhận xét: Mật độ quang cao nhất và ổn định trong khoảng từ 10 – 15 phút sau khi pha chế.
b. Khảo sát khi có thêm H3PO4
Tiến hành tơng tự nh trên nhng thêm 0,30 ml H3PO4 (d = 1,79 g/ml) và chỉ dùng 1,00 ml H2SO4 1M kết quả thu đợc ở bảng 2:
Bảng 2: Kết quả khảo sát độ bền màu của phức chất khi có H3PO4
t(phút) 1 5 10 15 20 25 30 40 50
A 0,237 0,242 0,244 0,244 0,243 0,241 0,240 0,239 0,238
Nhận xét: Khi có mặt H3PO4 thì mật độ quang cao nhất và ổn định từ 10 – 20 phút sau khi pha chế. Vì vậy các thí nghiệm về sau đợc đo trong khoảng thời gian này và thêm 0,3 ml H3PO4.
III.1.2.4 Khảo sát lợng thuốc thử tối u
Lấy vào các bình định mức dung tích 50 ml lần lợt : 3,00 ml dung dịch Cr(VI), 0,30 ml H3PO4 đặc, lợng dung dịch 1,5 điphenylcacbazit (DPC) 0,5% tăng dần. Định mức tới vạch. Để yên 10 phút, sau đó đem đo mật độ quang ở λ= 540 nm. Kết quả thu đợc ở bảng 3.
Bảng 3 : Kết quả khảo sát lợng thuốc thử tối u
Mẫu 1 2 3 4
V Cr (ml) 3,00 3,00 3,00 3,00
V H3PO4 (ml) 0,30 0,30 0,30 0,30
V DPC (ml) 0,50 1,00 1,50 2,00
A 0,357 0,372 0,370 0,367
Nhận xét : Nh vậy lợng thuốc thử tối u cho vùng nồng độ Cr(VI) từ 0,02 mg/l đến 0,30 mg/l là 1ml DPC 0,5%
III.1.2.5 Khảo sát pH tối u
Cho vào 9 bình định mức dung tích 50 ml lợng Cr(VI) là 2,00 ml,cố định lợng H3PO4, lợng thuốc thử, điều chỉnh pH từ 0,50 đến 4,00 bằng H2SO4 1M, để
yên 10 phút. Tiến hành đo mật độ quang ở λ= 540 nm. Kết quả thu đợc ở bảng 4 và hình 2.
Bảng 4 : Kết quả khảo sát ảnh hởng của pH đến sự tạo phức:
Bình 1 2 3 4 5 6 7 8 9 VCr (ml) 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 VH3PO4(ml) 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 V DPC (ml) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 pH 0,70 0,90 1,10 1,50 1,70 2,40 2,700 3,40 4,00 A 0,239 0,242 0,243 0,244 0,243 0,242 0,241 2,18 0,204
Nhận xét: pH tối u cho sự tạo phức là pH = 0,90ữ 2,40 vì thế giá trị pHt =1,50 sẽ đợc chọn cho các bớc tiến hành nghiên cứu tiếp theo.
Hình 2: Kết quả khảo sát ảnh hởng pH
III.1.3.1. Khảo sát ảnh hởng của Fe3+
Lấy vào các bình định mức dung tích 50 ml : 2,00 ml dung dịch Cr(VI), thêm lợng Fe3+(500 àg/ml) tăng dần, điều chỉnh pH =1,50, cho thuốc thử vào, định mức tới vạch,để yên 10 phút. Đo mật độ quang ở λ= 540 nm. Kết quả thu đợc ở bảng 5.
Bảng 5 : Kết quả khảo sát ảnh hởng của Fe3+
Bình 1 2 3 4 V Cr (ml) 2,00 2,00 2,00 2,00 V Fe3+ (ml) 0,00 0,10 0,20 0,30 VDPC (ml) 1,00 1,00 1,00 1,00 A 0,243 0,243 0,218 0,211 Nhận xét: Nh vậy, khi 10 ) ( 3 = + VI Cr Fe C C sẽ gây ảnh hởng đến phép xác định.
III.1.3.2. Khảo sát khả năng che Fe3+ bằng H3PO4
Lấy vào các bình định mức dung tích 50 ml lần lợt : 2,00 ml Cr(VI), 1,00ml Fe3+, lợng H3PO4 tăng dần, 1,00 ml thuốc thử, điều chỉnh pH = 1,5 định mức tới vạch, để yên 10 phút. Đo mật độ quang ở λ= 540 nm.
Kết quả thu đợc ở bảng 6.
Bảng 6: Kết quả khảo sát khả năng che Fe3+ bằng H3PO4
Bình 1 2 3 4 5 6 V Cr (ml) 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 V Fe3+ (ml) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 V H3PO4 (ml) 0,10 0,30 0,50 1,00 1,50 2,00 VDPC (ml) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 A 0,205 0,228 0,244 0,243 0,240 0,239
Nhận xét: Với nồng độ Fe3+ khoảng 10 ppm có thể dùng 0,50 ml H3PO4 (d= 1,79) để che Fe3+.
III.1.3.3Khảo sát ảnh hởng của Mo(VI)
Cố định lợng Cr(VI), cố định lợng thuốc thử, thêm lợng Mo(VI) 100ppm tăng dần, điều chỉnh pH = 1,5, để yên 10 phút. Tiến hành đo mật độ quang ở λ= 540 nm. Kết quả thu đợc ở bảng 7 sau:
Bảng 7: Kết quả khảo sát ảnh hởng của Mo(VI)
Bình 1 2 3 4 5 6 7 V Cr (ml) 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2.00 2.00 V Mo(VI) ml 0,00 0,20 0,40 0,60 1,00 1,40 2,00 V DPC (ml) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 A 0,243 0,244 0,244 0,243 0,252 0,260 0,265 Nhận xét : Khi 10 ) ( ) ( = VI Cr VI Mo C C thì sẽ gây cản trở đến phép xác định Cr(VI)
III.1.3.4. Khảo sát ảnh hởng của V(V)
Cố định lợng Cr(VI), cố định lợng thuốc thử, thêm lợng V(V) tăng dần. Điều chỉnh pH =1,5 định mức đến vạch, để yên 10 phút. Đo mật độ quang của dung dịch ở λ= 540 nm. Kết quả thu đợc ở bảng 8:
Bảng 8: Kết quả khảo sát ảnh hởng của V (V)
Bình 1 2 3 4 5 6 7 V Cr (ml) 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2.00 2.00 V V(V) ml 0,00 0,20 0,60 1,00 2,00 3,00 4,00 V DPC (ml) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 A 0,243 0,244 0,244 0,243 0,252 0,260 0,254 Nhận xét : Khi 20 ) ( ) ( = VI Cr V V C C thì sẽ gây cản trở đến phép xác định Cr(VI)
III.1.4. Xây dựng đờng chuẩn
Thêm lần lợt 0,00 ; 0,20; 0,40; 0,80 ; 1,00; 1,50; 2,00; 2,50; 3,00; ml dung dịch làm việc Cr(VI) vào bình định mức 50ml, thêm 1,00ml H2SO4 1M và 0,30 ml H3PO4, thêm 1,00 ml điphenyl cacbazit vào mỗi bình, định mức đến vạch. Sau 10ph nữa đo độ hấp thụ ở λ = 540nm. Kết quả thu đợc ở bảng 9 và hình 3 sau:
Bảng 9 : Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ
Bình 1 2 3 4 5 6 7 8 9
VCr(ml) 0,00 0,20 0,40 0,80 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 C(mg/l) 0,00 0,02 0,04 0,08 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 A 0,000 0,028 0,046 0,091 0,123 0,187 0,242 0,306 0,371
Hình 3 : Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ
Đờng chuẩn có dạng : C = 0,811.A + 0,001 và R2 = 0,9993.
III.1.5. Đánh giá phơng pháp
Để che Fe3+ chúng tôi chọn H3PO4. Để loại trừ ảnh hởng của Mo(VI), V(V) chúng tôi chọn phơng pháp thêm 8- oxiquinolin sau đó chiết sơ bộ các phức hình thành bằng cloroform ở pH= 4.
Cách tiến hành: Cho vào bình định mức 50 ml lần lợt : 2,00 ml Cr(VI) 5ppm, 0,20 ml Fe3+ 500ppm, 1,00 ml Mo(VI) 100 ppm, 2,00 ml V(V) 100 ppm, 0,50 ml H3PO4. Điều chỉnh pH= 4, thêm 1,00 ml 8-oxiquinolin 0,1M , lắc khoảng 5 ph, sau đó chiết bằng 5,00 ml CHCl3 . Tách bỏ lớp dung môi hữu cơ. Lấy phần ở lớp nớc cho vào bình định mức 50ml và điều chỉnh pH=1,5 và thêm 1,00 ml thuốc thử DPC, định mức bằng nớc cất đến vạch bình định mức. Để yên 10 ph sau đó đem đo mật độ quang ở λ= 540 nm. Kết quả thu đợc ở bảng 10 sau:
Bảng 10: Kết quả xác định mẫu nhân tạo
Hàm lợng thực của crom (mg/l) 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 Hàm lợng crom xác định đợc(mg/l) 0,199 0,201 0,197 0,196 0,197
Để đánh giá độ chính xác của phơng pháp, chúng tôi sử dụng hàm phân bố Student để so sánh giá trị trung bình của hàm lợng crom xác định đợc với giá trị thực của nó. Kết quả trình bày ở bảng 11.
Bảng 11: Các giá trị đặc trng của tập số liệu thực nghiệm
Gía trị trung bình (X ) Phơng sai (S2) Độ lệch chuẩn (SX ) ε t(p,k) 0,198 4.10-6 8,944.10-4 2,486.10-3 2,78 Khoảng tin cậy: X - ε≤ C ≤ X +ε
⇒0,1955 ≤ C≤ 0,2005 tTN = 4 0,198 0, 2 2, 236 8,944.10 X X a S − − − = =
Ta thấy – tLT < tTN < tLT ⇒ X ≠ a là do nguyên nhân ngẫu nhiên với p = 0,95; k = 4.
Sai số tơng đối: q% = .100%=1,26%
x
ε
Vậy có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để xác định hàm lợng crom trong mẫu thật.
III.1.6. Phân tích mẫu đất III.1.6.1. Lấy mẫu đất
Mẫu đất đợc lấy ở các độ sâu: 0ữ 10 cm; 10ữ 20 cm; 20ữ30cm, lấy ở các vị trí khác nhau của các thửa ruộng trồng rau muống ở phờng Vinh Tân, thành phố Vinh, Nghệ An.
Lấy mẫu theo dạng mẫu hỗn hợp: lấy các mẫu riêng biệt ở 10 điểm khác nhau rồi trộn lại lấy mẫu để phân tích. Khi lấy mẫu cần tránh lấy các mẫu cá biệt nh: chỗ mới bón phân, chỗ vôi tụ lại, chỗ rau tốt hoặc xấu quá, chỗ rau bị bệnh, bị vàng lá….
Tùy theo hình dạng khu đất mà bố trí các điểm lấy mẫu phân bố đồng đều trên toàn diện tích. Với khu đất vuông gọn thì lấy mẫu theo đờng chéo hoặc đ- ờng vuông góc, còn với địa hình dài thì lấy mẫu theo đờng gấp khúc hoặc nhiều đờng chéo.
Các mẫu đất sau khi lấy đợc băm nhỏ, trộn đều trên giấy, sau đó dàn mỏng rồi chia làm 4 phần theo đờng chéo, lấy 2 phần đối diện nhau đem trộn lại đợc mẫu hỗn hợp. Lợng đất của mẫu hỗn hợp lấy khoảng 1 kg.
III.1.6.2 Xử lý mẫu đất
Mẫu đất sau khi lấy về đợc hong khô trong không khí: dàn mỏng đất thành một lớp dày không quá 5cm trên một cái khay không hấp thụ hơi ẩm của đất và không làm nhiễm bẩn, tránh ánh nắng mặt trời dọi trực tiếp và nhiệt độ không quá 400C.
Đất sau khi hong khô, nghiền nhỏ, nhặt xác thực vật và các chất lẫn khác, rây qua rây có cỡ lỗ 2mm và sau đó trộn đều toàn bộ mẫu.
Đối với các mẫu phân tích hàm lợng tổng số thì xử lý tiêu chuẩn ISO 14869-1 : 2001
Ưu điểm của phơng pháp này là nồng độ thấp của axit trong dung dịch cuối cho phép sử dụng đợc nhiều thiết bị phân tích và sự bay hơi của silic làm đơn giản hoá quá trình phân tích.
Nguyên tắc: Mẫu đất khô đợc xử lý sơ bộ để phá vỡ cấu trúc chất hữu cơ, sau đó phá mẫu bằng hỗn hợp HF và HClO4. Sau khi cho bay hơi đến gần khô, phần cặn đem hoà tan trong HCl hoặc HNO3 loãng.
HF phân huỷ silicat bởi phản ứng giữa F và Si tạo thành SiF4 dễ bay hơi, khi chúng bay hơi hết, axit pecloric tạo thành muối peclorat dễ dàng hoà tan. Để hạn chế nguy hiểm của sự bắn axit do quá trình oxi hoá mạnh hợp chất hữu cơ bởi HClO4 phải chọn một trong hai quá trình sau đây để phá vỡ cấu trúc chất hữu cơ trớc khi phá mẫu:
- Xử lý sơ bộ bằng HNO3.
Trong đề tài này chúng tôi chọn phơng pháp xử lý sơ bộ bằng HNO3.
Cách tiến hành: Cân 0,5000 g mẫu đất đã nghiền nhỏ vào cốc chịu nhiệt, cho vào 5 ml HNO3 (d = 1,41 tơng đơng 15,2 mol/l) đặt trên bếp điện và cho bay hơi đến khi còn khoảng 1ml, thêm tiếp HNO3 cho đến khi không còn khí NO2 bay ra nữa, để nguội đến nhiệt độ phòng.
Phá mẫu: Cho 5 ml HF (d = 1,16 g/ml) và 1,5 ml HClO4 (d = 1,67 g/ml), đun hỗn hợp này trên bếp điện cho đến khi không còn khói đặc bay ra (không đợc cho khô hoàn toàn), chuyển cốc ra khỏi bếp điện, để nguội và 1 ml HCl (d = 1,19 g/ml). và 5 ml nớc để hòa tan cặn. Đun nóng nhanh hỗn hợp trên bếp điện để cặn tan hoàn toàn. Chuyển lợng dung dịch này vào bình định mức 100 ml và thêm nớc cất đến vạch.
Đối với các mẫu phân tích hàm lợng di động thì tỷ lệ đất / dung dịch chiết rút là 1/10 (g/ml), thời gian lắc là 1h. Các dung dịch chiết rút đợc lựa chọn là: Đệm axetat (pH = 4,8), HCl 0,1M, HCl 1M, HNO3 1M.
III.1.6.3 Xác định hàm lợng crom tổng số và crom di động trong một số dung dịch chiết rút
Phơng pháp này xác định crom dới dạng Cr(VI) vì vậy trớc hết phải oxi hóa Cr(III) đến Cr(VI). Để oxi hóa Cr(III) đến Cr(VI) có thể dùng H2O2 , nớc Brom trong môi trờng kiềm, amonipesunfat hoặc kali pemanganat trong môi tr- ờng axit. Trong đề tài này chúng tôi chọn KMnO4 làm chất oxi hóa.
Để chiết mẫu đất tiến hành nh sau: Cân 25,000 g đất cho vào bình hình nón 500 ml, thêm 200 ml dung dịch chiết, lắc trong 1h. Lọc dung dịch qua giấy lọc. Phần đất trên giấy lọc đợc lắc tiếp với 50 ml dung dịch chiết còn lại, sau đó đem lọc tiếp, thu cả 2 phần nớc lọc vào bình định mức 250 ml và thêm nớc cất đến vạch.
Lấy 50 ml dung dịch lọc thu đợc cho vào bình tam giác dung tích 250 ml , 2ml H2SO4 (1:1). Lắc, để yên 10 ph. Làm bay hơi đến còn khoảng 25 ml. Thêm
từng giọt KMnO4 0,6% cho đến khi dung dịch có màu hồng nhạt. Đun sôi dung dịch 10 ph nữa. Cho tiếp từng giọt hydroxylamin 0,5% cho đến khi dung dịch mất màu hồng. Đun sôi 2 ph nữa. Để nguội sau đó chế hóa nh khi xây dựng đ- ờng chuẩn.
Để xác định crom tổng số, lấy 10,00 ml dung dịch sau khi khoáng hóa, oxi hóa crom đến Cr(VI) sau đó chế hóa nh khi xây dựng đờng chuẩn. Kết quả xác định đợc A (trung bình) = 0,208 và tìm đợc hàm lợng crom tổng số là Cr =34,040 ± 0,820 mg/kg.(theo TCVN 7209 : 2002 thì hàm lợng này không vợt quá mức cho phép. Hàm lợng cho phép là 50 mg/kg.
Bảng 12: Kết quả xác định hàm lợng crôm trong các dung dịch chiết bằng phơng pháp trắc quang TT Dung dịch chiết rút A Hàm lợng Cr trong đất (mg/kg) q% % Chiết 1 Đệm axetat (pH = 4,8) 0,081 1,334 ± 0,053 3,96 3,92 2 HCl 0,1M 0,197 3,215 ± 0,092 2,85 9,45 3 HCl 1M 0,298 4,853 ± 0,206 4,25 14,26 4 HNO3 1M 0,358 5,809 ± 0,155 2,67 17,07
Hình 4: So sánh khả năng chiết Cr bằng các chất chiết rút khác nhau
III.2.1. Một số điều kiện phân tích Cr bằng phơng pháp ET-AAS
- Bớc sóng λ = 357,9 nm. - Khe đo 0,7 nm.
- Cờng độ đèn HCL: 60 ữ 80% Imax, - Khí trơ môi trờng : Argon.
- Bổ chính nền : có BC. - Điều kiện nguyên tử hóa:
+ Giai đoạn sấy: nhiệt độ 120 – 2500C , thời gian 30 s. + Giai đoạn tro hóa : nhiệt độ 500 – 8000C, thời gian 20s.