Sơ đồ khối tổng quát của 1 thiết bị đo quang như sau:
Nguồn bức xạ liên tục Bộ phận tạo tia đơn sắc Cuvet đựng dung dịch Detectơ Chỉ thị kết quả
Hình 1.3.Sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo quang
1.5.5. Các phƣơng pháp phân tích định lƣợng 1.5.5.1. Phƣơng pháp đƣờng chuẩn
Từ phương trình cơ sở D = k.C, xây dựng đường chuẩn cho việc định lượng 1 chất ta phải thực hiện các bước sau đây:
- Chuẩn bị dãy mẫu chuẩn có nồng độ chính xác của nguyên tố hay chất phân tích cùng điều kiện với mẫu phân tích như chất nền, môi trường pH, thông thường chuẩn bị dãy mẫu chuẩn với 5 hay 7 nồng độ: C0, C1, C2, C3, C4, C5, ..., Cx.
- Nghiên cứu chọn điều kiện phù hợp nhất để đo phổ UV – VIS của các mẫu chuẩn và mẫu phân tích, như các thông số máy đo D, điều kiện đo,...
- Đo phổ hấp thụ UV – VIS của các mẫu chuẩn và mẫu phân tích theo các điều kiện đã chọn.
-Từ các cặp giá trị D – C tương ứng của các mẫu chuẩn ta dựng đường chuẩn D – C. Sau đó tìm Dx của các mẫu phân tích, từ đó tìm giá trị Cx.
1.5.5.2. Phƣơng pháp thêm
- Đo mật độ quang của dung dịch phân tích Dx.
- Thêm một lượng chất chuẩn vào dung dịch phân tích và đo mật độ quang Dx+a.
Suy ra: Cx = Ca Dx / (Dx+a - Dx)
1.5.6. Ƣu điểm và một số ứng dụng của phƣơng pháp UV – VIS:
Có thể xác định lượng các nồng độ nhỏ hơn 10-7M và là một trong các phương pháp được sử dụng khá phổ biến. Phương pháp trắc quang có độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác khá cao, được sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng. Tuy nhiên với việc xác định Cd, Pb thì lại gặp rất nhiều khó khăn do ảnh hưởng của một số ion kim loại tương tự. Khi đó phải thực hiện các công đoạn che, tách phức tạp.
Ưu điểm này có ý nghĩa trong 2 lĩnh vực:
+ Trong lĩnh vực phân tích vết: Cho phép tiến hành phép đo định lượng các vi cấu tử của mẫu có hàm lượng cỡ 1 ppm về khối lượng.
+ Trong lĩnh vực vi phân tích: Có thể xác định lượng các cấu tử chính trong mẫu có kích thước rất nhỏ.
Phương pháp này thực hiện nhanh hơn, thuận lợi hơn (so với phương pháp chuẩn độ và trọng lượng truyền thống). Có thể tiến hành phép phân tích từ 5 đến 10 mẫu trong 1 phút. Cung cấp các số liệu phân tích cho thông báo cơ bản về cấu trúc phân tử và về bản chất liên kết hóa học .
Huang và Langfang cùng các cộng sự đã nghiên cứu sử dụng phản ứng tạo phức màu đỏ tía của Cr(VI) với p-amino-N,N- đimêtylamin, phức hấp thụ cực đại ở bước sóng λ = 554 nm, với hệ số hấp thụ mol là 3,3.104
l.mol-1.cm-1.
Xác định hàm lượng Cr(VI) bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS với thuốc thử trifluopezainehydrocloride trong môi trường H3PO4. Dung dịch có màu đỏ, độ hấp thụ cực đạ ở bước sóng 505nm. Hệ số hấp thụ mol là 1,08.10-4 l.mol-1.cm-1. Giới hạn phát hiện 0,0033 μg/ml.
Xác định Cr(VI) bằng phương pháp trắc quang xúc tác, phương pháp này chủ yếu dựa trên hiệu ứng xúc tác của Cr(VI) đến phản ứng oxi hóa axit sunfanilic bởi
H2O2 khi có mặt của p-aminobenzoic axit. Sau đó đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 360nm sau khi cho thuốc thử 15 phút. Giới hạn phát hiện là 10ng/ml, độ lệch chuẩn tương đối là 2,9-5,8%.
1.6. Một số phƣơng pháp tách và làm giàu lƣợng vêt ion kim loại nặng
Trong thực tế phân tích, hàm lượng các chất có trong mẫu đặc biệt là hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước thường rất nhỏ, nằm dưới giới hạn phát hiện của các phương pháp phân tích. Vì vậy, trước khi xác định chúng thì cần thông qua quá trình tách và làm giàu.
Để tách, làm giàu kim loại nặng trong nước thường dùng một số phương pháp thông dụng như phương pháp kết tủa và cộng kết, phương pháp chiết pha rắn SPE, phương pháp chiết lỏng – lỏng, phương pháp tách và làm giàu bằng điện hoá…
1.6.1. Phƣơng pháp cộng kết
Cộng kết là phương pháp kết tủa chất cần phân tích bằng cách đưa thêm những chất kết tủa thường gọi là chất góp, vào đối tượng phân tích để cộng kết các nguyên tố khi hàm lượng của chúng nhỏ rất nhỏ. Nhờ vậy mà chất phân tích sẽ được thu góp lại. Khi đó hàm lượng của nó đó tăng lên rất nhiều lần. Người ta có thể chọn một số hyđrôxit khó tan như: Fe(OH)3, Al(OH)3...hoặc một số sunfua hay một số chất hữu cơ làm chất góp.
Khi sử dụng chất hữu cơ để cộng kết có thể kết tủa được những hàm lượng vết tới 10-3 – 10-5 M. Việc dùng chất hữu cơ kết tủa có ưu điểm hơn so với chất vô cơ vỡ kết tủa dễ lọc rửa. Bằng cách thay đổi pH của dung dịch có thể tiến hành kết tủa lần lượt và tách được nhiều cation kim loại khác nhau với cùng một chất kết tủa hữu cơ.
Hơn nữa phân tử hữu cơ dễ dàng bị phân huỷ khi nung kết tủa từ đó thu được nguyên tố cần xác định ở trạng thái đó làm giàu, tinh khiết. Mặt khác, chất góp hữu cơ cũng có khả năng cộng kết được hàm lượng vết nguyên tố khi có mặt lượng lớn nguyên tố khác. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phương pháp cộng kết có ưu điểm: Đơn giản, hiệu quả cao nền mẫu phân tích được chuyển từ phức tạp sang đơn giản hơn. Tuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp là mất nhiều thời gian nên phương pháp này ít được sử dụng.
1.6.2. Phƣơng pháp chiết lỏng - lỏng
* Nguyên tắc: Phương pháp dựa trên sự phân bố chất tan khi được tạo thành ở dạng phức liên hợp hay ion phức vòng càng không mang điện tích giữa hai pha không trộn lẫn, thường là các dung môi hữu cơ và nước.
Tách và làm giàu chất bằng phương pháp chiết lỏng - lỏng có nhiều ưu điểm hơn so với một số phương pháp làm giàu khác và sự kết hợp giữa phương pháp chiết với các phương pháp xác định tiếp theo (trắc quang, cực phổ...) có ý nghĩa rất lớn trong phân tích.
Để xác định riêng từng dạng As nhất thiết phải chiết, ví dụ: As(III) và As(V) trong đất có thể xác định riêng biệt sau khi chiết bằng CCl4 và HCl (theo Chappell et al. 1995).
Một số hệ chiết thường dùng trong tách, làm giàu Pb, Cd.
- Hệ chiết Pb, Cd – dithizonat trong CCl4 hoặc CHCl3 sau đó xác định chúng bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử (UV – VIS).
- Có thể chiết phức halogenua hoặc thioxianat cacdimi bằng các dung môi hữu cơ; xiclohexano, metyl isobutyl xeton, dietyl ete...
- Tạo phức chelat với NaDDC (natridietyldithiocacbamat) từ dung dịch đệm amoni xitrat ở pH=9,5 dung môi chiết là metyl isobutyl xeton.
CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nội dung nghiên cứu
Trong khóa luận này chúng tôi tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:
Nghiên cứu tối ưu hóa các điều kiện xác định Crôm bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS.
- Khảo sát các điều kiện đo phổ.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đo: pH, các ion lạ…
- Tìm khoảng tuyến tính, xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện.
Xác định hàm lượng Cr2O72- trong một số mẫu nước trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.
2.2. Dụng cụ, thiết bị, hóa chất 2.2.1. Dụng cụ và thiết bị 2.2.1. Dụng cụ và thiết bị
Máy đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS.
Hình 2.2. Giá đựng cuvet
Cân kĩ thuật và cân phân tích.
Máy cất nước.
Các loại bình định mức : 50,100, 500,1000 (ml).
Các loại pipet: 1, 2, 5, 10,…(ml)
Cốc thủy tinh các loại.
Phễu lọc. Tất cả đều được xử lý sạch. 2.2.2. Hóa chất sử dụng + Dung dịch gốc Cr2O7 2- 1000ppm. + Thuốc thử điphenylcacbazit (DPC) 0,5% + NaOH 1N + Dung dịch H2SO4 1:1 + Dung dịch H3PO4 85%.
+ Các dung dịch dùng để khảo sát ảnh hưởng.
2.3. Cách pha các loại dung dịch
+ Dung dịch gốc Cr2O72- 1000ppm: Cân chính xác 2,8290g chất gốc K2Cr2O7, hòa tan trong nước cất, định mức thành 1000ml (1ml có chứa 1mg Cr).
0,05mg Cr). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Dung dịch 2: Lấy 20ml dung dịch 1 pha loãng thành 500ml (1ml có chứa 0,002 mg Cr).
+ Thuốc thử điphenylcacbazit (DPC) 0,5%: Cân 0,25g thuốc thử DPC pha trong axeton thành 50ml.
+ NaOH 1N: Hòa tan 2g NaOH trong nước cất thành 200ml. + Dung dịch H2SO4 1:1
+ Dung dịch H3PO4 85%.
+ Các dung dịch dùng để khảo sát ảnh hưởng đều được chuẩn bị từ các loại hóa chất tinh khiết.
2.4. Thực nghiệm nghiên cứu điều kiện tối ƣu phân tích Cr2O72- bằng phƣơng pháp trắc quang phân tử UV-VIS
2.4.1. Chọn thuốc thử thích hợp
Thuốc thử điphenylcacbazit : Điphenylcacbazit (DPC) là những tinh thể hầu như không màu hoặc màu hồng nhạt tạo phức với Cr2O72-có màu tím đỏ.
Công thức phân tử: C13H14NO Công thức cấu tạo:
O C
NH NH
NH NH
Điphenylcacbazit phản ứng với Cr2O7 2-
trong môi trường axit H2SO4 tạo thành hợp chất phức bền, tan màu đỏ tím thuận lợi cho việc nghiên cứu xác định hàm lượng Cr2O72- trong nước.
Phức của Cr2O72- với DPC có dạng:
Như vậy chỉ có Cr2O72- phản ứng với DPC trong môi trường H2SO4. Khi cho dung dịch mẫu phân tích chứa Cr2O72-, Cr3+ phản ứng với DPC thì chỉ có Cr2O72- phản ứng tạo thành phức có màu đỏ tím.
Hình 2.3. Dung dịch phức của Cr2O72- và thuốc thử điphenylcacbazit
H - N C O Cr C O N - H H - N C O H N N H N N H N N H N N H N N H N N H N N H N N H N N
2.4.2. Khảo sát sự ảnh hƣởng của pH đến quá trình xác định Cr2O7 2-
Mỗi thuốc thử chỉ tạo phức bền ở một khoảng pH nhất định, vì vậy cần chọn môi trường thích hợp để quá trình tạo phức tốt nhất. Tiến hành thay đổi môi trường pH trong một khoảng nhất định và đo mật độ quang ở mỗi môi trường pH đó để chọn môi trường tối ưu.
Quá trình tiến hành: Lấy chính xác 10ml dung dịch Cr2O7 2-
0,002mg/ml vào 8 bình định mức 50ml, dùng dung dịch NaOH 1N và H2SO4 1:1 thay đổi pH, thêm vào mỗi bình 1ml thuốc thử điphenylcacbazit và định mức đến 50ml. Đo quang của dung dịch khảo sát tại các pH khác nhau, chọn giá trị pH phù hợp nhất ứng với dung dịch cho mật đọ quang cao nhất.
2.4.3. Khảo sát độ bền màu của phức giữa Cr2O72- với thuốc thử theo thời gian
Phức dùng trong phương pháp trắc quang chỉ bền màu trong một khoảng thời gian xác định nên cần phải khảo sát độ bền màu của phức theo thời gian. Tiến hành tạo phức màu và đo mật độ quang ở những thời điểm khác nhau trong cùng điều kiện như nhau.
Dung dịch để khảo sát độ bền màu gồm: 10ml dung dịch Cr2O72-
0,002mg/ml, 1ml dung dịch axit H2SO4 1:1, 2 giọt axit H3PO4 85% và 1ml dung dịch điphenylcacbazit 0,5%, định mức bằng nước cất lên 50 ml. Đo mật độ quang tại λmax trong các khoảng thời gian khác nhau.
2.4.4. Khảo sát ảnh hƣởng của Fe3+
Theo tài liệu thì lượng lớn sắt có trong mẫu phân tích sẽ gây cản trở phép xác định vì nó tạo được phức với thuốc thử điphenylcacbazit có màu tương tự như phức của crôm nên cần tiến hành khảo sát ảnh hưởng của Fe3+ đến việc xác định Cr2O72- bằng thuốc thử điphenylcacbazit.
Chuẩn bị 6 mẫu có cùng nồng độ Cr2O7 2-
đã biết trước và thay đổi nồng độ của Fe3+. Rút ra kết luận về ảnh hưởng của Fe3+ đối với phép xác định crôm bằng thuốc thử điphenylcacbazit. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Quá trình tiến hành như sau: Chuẩn bị 6 bình định mức 50 ml, cho vào mỗi bình 5 ml Cr2O72- 0,002 mg/l; cho lần lượt 0 ml, 1 ml, 2 ml, 3 ml, 4 ml, 5 ml dung
dịch Fe3+ 0,001 mg/ml; 1ml dung dịch axit H2SO4 1:1, 2 giọt axit H3PO4 85% và 1ml dung dịch điphenylcacbazit, định mức bằng nước cất lên 50 ml. Tiến hành đo mật độ quang của các dung dịch tại bước sóng λmax.
2.4.5. Khảo sát ảnh hƣởng của PO4 3-
Trong mẫu phân tích ngoài các cation thì còn có các cation, tùy hàm lượng và từng đối tượng mẫu mà chúng có ảnh hưởng hoặc không ảnh hưởng. Do đó cần khảo sát ảnh hưởng của PO43-.
Chuẩn bị 6 mẫu có cùng nồng độ Cr2O72- đã biết trước và thay đổi nồng độ PO43-. Rút ra kết luận về ảnh hưởng của PO43- đối với phép xác định crôm bằng thuốc thử điphenylcacbazit.
Quá trình tiến hành như sau: Chuẩn bị 6 bình định mức 50 ml, cho vào mỗi bình 5 ml Cr2O72- 0,002 mg/l; cho lần lượt 0 ml, 1 ml, 2 ml, 3 ml, 4 ml, 5 ml dung dịch PO43- 0,001mg/ml; 1ml dung dịch axit H2SO4 1:1, 2 giọt axit H3PO4 85% và 1ml dung dịch điphenylcacbazit, định mức bằng nước cất lên 50 ml. Tiến hành đo mật độ quang của các dung dịch tại bước sóng λmax.
2.4.6. Khảo sát ảnh hƣởng của Ni2+
Trong mẫu phân tích còn có thể có ion Ni2+, sự ảnh hưởng của Ni2+ đến quá trình phân tích phụ thuộc vào nồng độ của Ni2+ vào mẫu phân tích. Do đó cần khảo sát ảnh hưởng của Ni2+.
Chuẩn bị 6 mẫu có cùng nồng độ Cr2O7 2-
đã biết trước và thay đổi nồng độ Ni2+. Rút ra kết luận về ảnh hưởng của Ni2+ đối với phép xác định crôm bằng thuốc thử điphenylcacbazit.
Quá trình tiến hành như sau: chuẩn bị 6 bình định mức 50 ml, cho vào mỗi bình 5 ml Cr2O72- 0,002 mg/l; cho lần lượt 0 ml, 1 ml, 2 ml, 3 ml, 4 ml, 5 ml dung dịch Ni2+ 0,001mg/ml; 1ml dung dịch axit H2SO4 1:1, 2 giọt axit H3PO4 85% và 1ml dung dịch điphenylcacbazit, định mức bằng nước cất lên 50 ml. Tiến hành đo mật độ quang của các dung dịch tại bước sóng λmax.
2.4.7. Phƣơng pháp loại trừ các yếu tố ảnh hƣởng
Trên cơ sở khảo sát các yếu tố ảnh hưởng chúng tôi sẽ đề xuất phương pháp loại trừ thích hợp.
2.4.8. Khảo sát giới hạn phát hiện của Cr2O7 2-
Tiến hành pha các mẫu chứa dung dịch Cr2O7
2-
có nồng độ giảm dần, điều kiện chế hóa tương tự như nhau. Tiến hành đo mật độ quang trên máy UV – VIS để tìm nồng độ của Cr2O72- mà tại đó phương pháp vẫn còn phát hiện được.
2.4.9. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính
Trong phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS thì sự phụ thuộc của mật độ quang D đo được đối với nồng độ đo được của chất phân tích chỉ tuyến tính trong khoảng nồng độ nhất định. Do đó, cần phải tiến hành khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Cr2O72- để đảm bảo mức độ chính xác của phép đo.
Tiến hành chuẩn bị dãy dung dịch đo với thể tích dung dịch Cr2O72- 0,002 mg/l tăng dần: 1 ml; 2 ml; 3 ml; 4 ml; 5 ml; 6 ml; 7 ml; 8 ml; 9 ml; 10 ml; 15 ml; 20 ml; 25ml; 50ml. Thêm vào mỗi bình lần lượt 1 ml dung dịch axit H2SO4 1:1, 2 giọt axit H3PO4 85% và 1ml dung dịch điphenylcacbazit. Lắc đều và định mức bằng nước cất đến 50 ml.
Trong một bình định mức 50 ml khác chuẩn bị dung dịch trống với các lượng dung dịch như trên nhưng không có dung dịch Cr2O7
2-
.
Xác định λmax, đo mật độ quang của dãy với dung dịch so sánh là mẫu trống tại giá trị λmax.
2.4.10. Lập đƣờng chuẩn xác định Cr2O72- 2.5. Xây dựng đƣờng chuẩn
+ Chuẩn bị 6 bình định mức có dung tích 50ml.
+ Lấy lần lượt vào mỗi bình dung dịch 2 như sau: 0 ml; 1 ml; 2ml; 3ml; 4ml; 5ml.
Như vậy trong mỗi bình có chứa lượng Cr2O72- tương ứng là: 0; 0,00004;