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.
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; 0,00008; 0,00012; 0,00016; 0,0002 mg/ml.
+ Tiếp tục thêm 0,1ml axit photphoric.
+ Thêm 1ml dung dịch thuốc thử điphenylcacbazit.
+ Thêm nước tới vạch, lắc đều, sau 5phút đo mật độ quang tại λmax= 540 nm. Đo mật độ quang của dãy trên máy UV – VIS, tiến hành lập đường chuẩn rồi dựa vào đó tính hàm lượng Cr2O7
2-
có trong mẫu giả, kiểm tra sai số của phép đo.
2.6. Chuẩn bị mẫu giả
Chuẩn bị mẫu giả: lấy 50 ml nước cất 2 lần, cho vào đó 1ml Cr2O72- 0,002mg/ml. Đem mẫu giả này đi phân tích theo quy trình đã chọn. Tiến hành đo trên máy để xác định hiệu suất thu hồi.
2.7. Đánh giá hiệu suất thu hồi
Nhằm đánh giá độ chính xác của phương pháp chúng tôi tiến hành đo mật độ quang trên một số mẫu giả để xác định hiệu suất thu hồi. Theo quy định hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích lượng vết là từ 85% trở lên.
2.8. Đánh giá sai số thống kê của phƣơng pháp
Thực tế, trong quá trình phân tích ta luôn mắc phải các sai số trong quá trình cân, đo thể tích,… cũng như trong các giai đoạn phân tích. Điều đó sẽ quyết định độ chính xác của phép phân tích.
Thông thường, khi tiến hành thí nghiệm chúng ta thường tiến hành một số thí nghiệm độc lập trong cùng điều kiện giống nhau, và từ các kết quả riêng lẻ thu được, ta tiến hành xử lý thống kê để đánh giá độ chính xác của phép đo. Các đại lượng đặc trưng thống kê quan trọng nhất là giá trị trung bình cộng và phương sai.
Giá trị trung bình cộng:
Giả sử ta tiến hành n phép đo độc lập đại lượng X với các kết quả: X1, X2, X3, … , Xn Giá trị trung bình cộng X = n X n i i
1 là giá trị gần với giá trị thực của đại lượng cần đo với xác suất cao nhất trong số các giá trị đo được.
Phƣơng sai:
S2 = k X X n i i 2 1 ) (
k = số bậc tự do. Nếu chỉ có một đại lượng cần đo X thì k = n – 1 Giá trị S = 2
S thường được gọi là độ lệch chuẩn của phép đo. Độ lệch chuẩn của đại lượng trung bình cộng SX được tính theo:
X S = n S2 = ) 1 ( ) ( 2 n n X Xi
Độ lệch tiêu chuẩn tƣơng đối (% RSD) tức là hệ số biến động Cv: đặc trưng cho độ lặp lại hay độ phân tán của các kết quả thí nghiệm và được xác định bằng hệ thức:
Cv =
X S
. 100% RSD hay Cv càng nhỏ thì độ lặp lại càng tốt.
Trong thực tế để tiện tính toán các đại lượng X , S2, SX , người ta thường chọn trong dãy n giá trị đo được X1, X2, X3, … , Xn một giá trị C sao cho C ≈ X , sau đó tính
X và S2 theo các công thức sau:
X = C + n Y n i i 1 và S2 = 1 1 2 n x n i i ở đây n i i x 1 2 = n i i y 1 2 - n y n i i 2 1 ) ( Và Yi = Xi – C
Biên giới tin cậy (độ chính xác của phép đo trực tiếp):
Sai số tin cậy ε là giá trị tuyệt đối của hiệu giữa giá trị trung bình cộng X và giá trị thực μ của đại lượng phải đo:
ε = | X - μ |
Trong thực tế ε được đánh giá ứng với một độ tin cậy α đã cho (đó là xác suất để kết quả các lần đo rơi vào khoảng tin cậy (X - εα ≤ μ ≤ X + εα tức là P (X
- εα ≤ μ ≤ X + εα) =α). Độ tin cậy thường cho trước α = 0,95 (95%) hoặc α = 0,99 (99%),… ε được tính theo: εα = SX .t(P,k)
t(P,k) = hệ số Student ứng với số bậc tự do k = n – 1, giả sử đo 5 lần (k = 4) và mức ý nghĩa (khả năng chấp nhận giả thiết) P, 1 – P là độ tin cậy của phương pháp kiểm tra. Ở đây ta chọn mức ý nghĩa P = 0,05 nên t(P,k) = 2,78 ε = 2,78.SX
Vậy giá trị thực sẽ là: μ = X ± ε
Để đánh giá sai số thống kê, chúng tôi tiến hành qui trình phân tích trên 10 mẫu giả, mỗi mẫu đo 3 lần với nồng độ ban đầu của Cr2O7
2-
đã biết chính xác là 0,002 mg/l và 0,004 mg/ml, mỗi nồng độ làm 5 mẫu.
2.9. Qui trình phân tích
Qui trình phân tích hàm lượng Cr2O7 2-
trong nước:
2.10. Phân tích mẫu thực tế
Dựa vào qui trình phân tích đã được xây dựng chúng tôi tiến hành phân tích xác định hàm lượng Cr2O7
2-
trong một số mẫu nước trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.
Lấy chính xác 20ml mẫu nước cần phân tích
+ Thêm H2SO4 (hay NaOH) để trung hòa mẫu nước
Dung dịch phân tích
+ 1ml dd axit H2SO4 + 0,1ml H3PO4 85% + 1ml điphenylcacbazit
Định mức lên 50ml, lắc đều để yên 5 phút Dung dịch màu
2.10.1. Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu 2.10.1.1. Địa điểm lấy mẫu 2.10.1.1. Địa điểm lấy mẫu
Trong đa số trường hợp có thể lấy mẫu nước thẳng vào các bình đựng mẫu. Nếu không tới được sát chỗ lấy nước có thể kẹp chặt bình vào một chiếc gậy hoặc sào hoặc dùng dây buộc bình vào một vật nặng rồi thả xuống nước để lấy mẫu. Đây là cách lấy mẫu đơn giản.
Để xác định hàm lượng Cr2O72- trong nước, chúng tôi tiến hành lấy mẫu nước tại các địa điểm sau:
Tên mẫu Thời gian lấy mẫu Địa điểm lấy mẫu Vị trí lấy mẫu 1 01/03/2012 Hồ Thạch Gián-Vĩnh Trung Cống đường
Đỗ Quang 2 01/03/2012 Hồ Thạch Gián-Vĩnh Trung Cống đường
Hàm Nghi 3 01/03/2012 Hồ Thạch Gián-Vĩnh Trung Cống đường
Văn Cao 4 05/03/2012 Nhà máy thép Thái Bình
Dương
5 02/03/2012 Sông Phú Lộc Thượng nguồn
6 02/03/2012 Sông Phú Lộc Trung lưu
7 02/03/2012 Sông Phú Lộc Hạ lưu
Dưới đây là một số hình ảnh về sự ô nhiễm xảy ra trên hồ Thạch Gián- Vĩnh Trung và sông Phú Lộc:
Hình 2.4. Hồ Thạch Gián–Vĩnh Trung Hình 2.5. Sông Phú Lộc
2.10.1.2. Chuẩn bị dung dịch phân tích
Mẫu sau khi lấy về được lọc sạch, tránh sự ảnh hưởng của các ion lạ vào mẫu. Sau khi làm sạch mẫu, lấy 50ml mẫu phân tích cho vào bình tam giác, thêm vài giọt phênolphtalein vào cho đến khi dung dịch có màu hồng thì thêm từng giọt dung dịch H2SO4 1N tới khi mất màu, ghi thể tích dung dịch H2SO4 đã dùng, nếu dung dịch không màu thì thêm từng giọt dung dịch NaOH 1N cho tới khi dung dịch có màu hồng, ghi thể tích NaOH đã dùng.
2.10.2. Phân tích mẫu
Dùng các điều kiện tối ưu đã khảo sát để tiến hành phân tích hàm lượng crôm trong một số mẫu nước theo qui trình đã xây dựng.
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Nghiên cứu tối ƣu hóa các điều kiện xác định Cr2O72- bằng phƣơng pháp trắc quang phân tử UV-VIS
3.1.1. Khảo sát bƣớc sóng tối ƣu
Qua khảo sát đối với mẫu giả bước sóng tối ưu quét được dưới dạng pic có λmax = 540nm.
3.1.2. Kết quả khảo sát sự ảnh hƣởng của pH đến quá trình xác định Cr2O72-
Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến quá trình xác định Cr2O7 2-
được trình bày trong bảng 3.1 và hình 3.1
Bảng 3.1. Sự thay đổi của mật độ quang D theo sự thay đổi của pHđược khảo sát trong điều kiện: dung dịch Cr2O72- 0,0004mg/ml, 1ml dung dịch diphenylcacbazit
0,5%, thời gian ổn định 5 phút.
pH 1 2 3 4 5 6 7 8
Mật độ quang D 0,2767 0,2329 0,2159 0,2093 0,2014 0,1953 0,1736 0,1482
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang D theo sự thay đổi của pH
Từ kết quả thu được ở bảng 3.1 và hình 3.1 cho thấy phức tạo bởi Cr2O72- và thuốc thử điphenylcacbazit trong môi trường axit H2SO4 cho mật độ quang cao nhất tại pH=1.
3.1.3. Kết quả khảo sát độ bền màu của phức theo thời gian
Kết quả sự phụ thuộc của mật độ quang D theo thời gian được trình bày trong bảng 3.2 và hình 3.2.
Bảng 3.2. Sự thay đổi của mật độ quang D theo thời gian được khảo sát trong điều kiện: dung dịch Cr2O72- 0,0004mg/ml, 1ml dung dịch diphenylcacbazit 0,5%, trong môi trường pH=1.
Thời gian đo (phút) Đo ngay Sau 5' Sau 10' Sau 15' Sau 20' Mật độ quang D 0,1972 0,2364 0,1956 0,1889 0,1828
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang của phức giữa Cr2O72- vàthuốc thử điphenylcacbazit theo thời gian
Từ kết quả thu được ở bảng 3.2 và hình 3.2 cho thấy phức tạo bởi Cr2O72- và thuốc thử điphenylcacbazit trong môi trường axit H2SO4 tốt nhất là đo sau khi tạo phức màu 5 phút để dung dịch màu ổn định.
3.1.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của Fe3+ đến quá trình xác định Cr2O7 2-
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Fe3+ đến quá trình xác định Cr2O72- được biểu diễn qua bảng 3.3 và hình 3.3
Bảng 3.3.Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Fe3+ đối với việc xác định Cr2O7 2-
trong điều kiện: dung dịch Cr2O72- 0,0002mg/ml, 1ml dung dịch diphenylcacbazit 0,5%,
trong môi trường pH=1, thay đổi thể tích Fe3+
0,00002mg/ml từ 0÷5ml. Nồng độ Cr2O72- (mg/ml) Nồng độFe3+ (mg/ml) Mật độ quang D 0,0002 0,00000 0,1224 0,0002 0,00002 0,1102 0,0002 0,00004 0,1071 0,0002 0,00006 0,1046 0,0002 0,00008 0,1025 0,0002 0,00010 0,1013
Hình 3.3.Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của Fe3+
đối với việc xác định Cr2O72-
Dựa vào bảng số liệu và đồ thị ta thấy sự có mặt của Fe3+ với nồng độ nhỏ ảnh hưởng không đáng kể đến việc xác định crôm, bởi vì nó tạo phức có màu rất nhạt. Đặc biệt với hàm lượng của Fe3+ chỉ ở dạng vi lượng nên có thể kết luận rằng Fe3+ không ảnh hưởng đến quá trình xác định Cr2O7
2-
3.1.5. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của PO4 3-
đến quá trình xác định Cr2O7 2-
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của PO43-đến quá trình xác định Cr2O72- được biểu diễn qua bảng 3.4 và hình 3.4
Bảng 3.4.Kết quả khảo sát ảnh hưởng của PO4 3-
đối với việc xác định Cr2O7 2-
trong điều kiện: dung dịch Cr2O72- 0,0002mg/ml, 1ml dung dịch diphenylcacbazit 0,5%, trong môi trường pH=1, thay đổi thể tích PO43- 0,00002mg/ml từ 0÷5ml.
Nồng độ Cr2O72- (mg/ml) Nồng độ PO43- (mg/ml) Mật độ quang D 0,0002 0,00000 0,1224 0,0002 0,00002 0,1229 0,0002 0,00004 0,1236 0,0002 0,00006 0,1248 0,0002 0,00008 0,1253 0,0002 0,00010 0,1264
Hình 3.4.Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của PO4
3- đối với việc xác định Cr2O72-
Dựa vào bảng số liệu và đồ thị ta thấy sự có mặt của PO4 3-
ảnh hưởng không đáng kể đến việc xác định crôm kể cả khi nồng độ của PO4
3-
lớn hơn nồng độ của Cr2O72-. Điều này được giải thích là do PO4
3-