- Tổng hợp kết quả:
1.3.Các phƣơng pháp xác định Photpho
1.3.1. Xác định Photpho bằng phương pháp khối lượng
Kết tủa thu đƣợc từ phản ứng giữa H3PO4 và amonimolipdat dƣới dạng acid dị đa heteropolyphotphoromolipdico có màu vàng
PO43- + 3NH4+ + 12MoO42- (NH4)3H4[P(Mo2O7)6] + 10H2O
Kết tủa màu vàng đƣợc sấy và cân trực tiếp, hoặc nung chuyển thành dạng cân P2O5.24MoO3
(NH4)3H4[P(Mo2O7)6] P2O5.24MoO3
Cũng có thể hòa tan kết tủa trong NH3 rồi kết tủa PO43- dƣới dạng muối MgNH4PO4, nung chuyển về dạng cân Mg2P2O7
(NH4)3H4[P(Mo2O7)6] + 2NH3 +10H2O (NH4)3PO4 + 12(NH4)2MoO4 (NH4)3PO4 + MgCl2 MgNH4PO4 + NH4Cl
2MgNH4PO4 MgNH4PO4 + NH3 + H2O
1.3.2. Xác định Photpho bằng phương pháp thể tích với thuốc thử molypdat
Trong môi trƣờng acid HNO3, acid photphoric tạo thành với amonimolypdat kết tủa dạng muối phức đa dị amoni photpho molypdat.
PO43- + 3NH4+ + 12MoO42- (NH4)3H4[P(Mo2O7)6] + 12H2O
Kết tủa không tan trong môi trƣờng HNO3, tan một phần trong môi trƣờng HCl và H2SO4, tan hoàn toàn trong kiềm. Sau khi kết tủa hoàn toàn H3PO4, lọc và rửa tủa, sau đó hòa tan kết tủa với một thể tích dung dịch chuẩn NaOH dƣ và chuẩn độ ngƣợc lƣợng dƣ NaOH bằng dung dịch acid chuẩn.
1.3.3. Xác định Photpho bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử molypdat.
Ở môi trƣờng axit, photphat tác dụng với amonimolypdat tạo thành dạng hetoro polymolypdophotphoric axit. Khi có mặt ion vanadat sẽ tạo thành
vanadomolypdophotphoric một hợp chất phức màu vàng, hấp thu ở bƣớc sóng 400 – 420 nm.
PO43- + 2 VO43- +10 MoO42- + 29H+ H5[P(Mo10V2O40)] + 12 H2O
1.3.4. Xác định Photpho bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử molypdat
Trong môi trƣờng acid, PO43-
tạo thành với molypdat hợp chất phức hetoro polymolypdophotphoric màu vàng.
PO43- + 12MoO42- + 27H+ H3[P(Mo12O40)] + 12H2O
Trong hợp chất chứa tỉ lệ P:M có thể là 1:3, 1:6, 1:9 hoặc 1:12. Trong đó tỉ lệ 1:12 là bề nhất và thƣờng dùng trong định lƣợng. Hợp chất phức này ở hàm lƣợng nhỏ, là hợp chất phức màu vàng, hấp thu ở 380 nm. Khi hàm lƣợng photpho lớn, sẽ tạo thành kết tủa màu vàng và có thể định lƣợng bằng phƣơng pháp thể tích. Lƣợng dƣ thuốc thử ảnh hƣởng đến phép đo đo hấp thu ở bƣớc sóng tƣơng tự. Thông thƣờng để giảm ảnh hƣởng đo ở bƣớc sóng 400- 420 nm.
1.3.5. Xác định Photpho bằng phương pháp trắc quang sử dụng tác nhân khử thiếc clorua
Thiếc clorua khử acid molypdophotphoric và tạo màu xanh molypden một cách mãnh liệt. Giới hạn đo xuống đến 7µgP/L bằng cách tăng độ dài đƣờng đi ánh sáng. Nếu nồng độ dƣới 100µgP/L thì độ tin cậy tăng và sự cản trở giảm. Giới hạn phát hiện khoảng 3µgP/L. Độ nhạy có hệ số hấp thụ là 0.3010 ở khoảng nồng độ10µgP/L có sự thay đổi hệ số hấp thụ là 0.009.
1.3.6. Xác định Photpho bằng phương pháp trắc quang sử dụng tác nhân khử acid ascorbic
Amoni molypdat và kali antimonyl tartrate phản ứng trong môi trƣờng acid vừa với orthophotsphate để hình thành acid heteropoly – acid photphomolypdic bị khử mạnh bởi ascorbic acid tạo màu xanh molypden. Asen phản ứng với thuốc thử
molypdat để có màu xanh tƣơng tự nhƣ phosphat. Nồng độ Asen thấp 0.1mg/L gây cản trở xác định photsphat. Crom hóa trị sáu và NO2 ở nồng độ 1mg/L làm giảm kết quả khoảng 3 và 10 đến 15% ở nồng độ 10mg/L. Sunlfit(Na2S) và silicat không gây cản trở ở nồng độ 1.0 và 10mg/L. Giới hạn phát hiện: xấp xỉ 10µgP/L.
1.3.7. Xác định photpho bằng phương pháp sắc kí ion
Mẫu nƣớc đƣợc tiêm vào dòng của dung môi rửa giải cacbonat – bicarbonate và chạy qua một bộ trao đổi ion. Các ion quan tâm đƣợc tách riêng do ái lực tƣơng đối của chúng ở lƣu lƣợng thấp, bộ trao đổi anion mạnh( cột bảo vệ và cột tách). Các anion đƣợc tách trực tiếp qua màng rỗng trao đổi cation( suppressor màng sợi) hoặc suppressor màng chắn nhỏ đƣợc rửa trong dòng chảy liên tục của dung dịch axit mạnh( dung dịch phục hồi). Trong suppressor, các anion tách chuyền sang dạng axit có độ dẫn cao và dung môi rửa giải cacbonat – bicaconat đƣợc chuyển thành acid cacbonit có độ dẫn thấp. Các anion tách trong dạng axit đƣợc đo bởi độ dẫn. Chúng đƣợc nhận biết trên cơ sở thời gian lƣu so với chuẩn. Định lƣợng bằng cách đo chiều rộng và chiều cao của peak. Tốc độ dòng 2 đến 5mL/ phút ở áp suất 1400 đến 6900kPa.
1.3.8. So sánh đánh giá các phương pháp
Bảng 1.1. Bảng so sánh, đánh giá các phương pháp
Phƣơng pháp Ƣu điểm Nhƣợc điểm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phƣơng pháp khối lƣợng Đơn giản, có tính chọn lọc cao Độ nhạy thấp, chỉ xác định ở hàm lƣợng lớn. Phƣơng pháp thể tích với thuốc thử molypdat Có tính chọn lọc cao, điểm tƣơng đƣơng dễ
nhận biết.
Hàm lƣợng vết khó xác định, quá trình xác định
phức tạp đòi hỏi ngƣời phân tích phải có kinh
nghiệm. Phƣơng pháp trắc quang
có tính chọn lọc cao, phức màu bền
Chịu ảnh hƣởng bởi ion cản trở, điều kiện tạo phức
với thuốc thử molypdovanadat
khá phức tạp.
Phƣơng pháp trắc quang với thuốc thử molypdat
Độ nhạy, có tính chọn lọc cao
Chịu ảnh hƣởng bởi ion cản trở, điều kiện tạo phức
khá phức tạp Phƣơng pháp trắc quang
với thuốc thử molypdat sử dụng tác nhân khử thiếc
clorua
Độ nhạy, có tính chọn lọc cao, màu của phức hạn chế đƣợc ảnh hƣởng của
ion lạ
Màu của phức không bền theo thời gian
Phƣơng pháp trắc quang với thuốc thử molypdat sử
dụng tác nhân khử acid ascorbic
Tính chọn lọc cao, màu phức bền
Độ nhạy tƣơng đối thấp, phản ứng chậm, cần phải
có nhiệt độ.
Phƣơng pháp sắc kí ion
Độ nhạy cao thích hợp xác định hàm lƣợng vết, thời gian phân tích nhanh,
kết quả chính xác
Chi phí đầu tƣ tốn kém, nhiều phòng thí nghiệm
không thể đáp ứng.
1.4. Tổng quan về phƣơng pháp trắc quang
1.4.1. Đại cương về phương pháp trắc quang (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phân tích trắc quang là tên gọi chung của của các phƣơng pháp phân tích quang học dựa trên sự tƣơng tác chọn lọc giữa chất cần xác định với năng lƣợng bức xạ thuộc vùng tử ngoại gần (200 – 400 nm), khả kiến (400-800 nm) hoặc hồng ngoại( 800 – 2000 nm). Đây là phƣơng pháp hiện đại đƣợc áp dụng rãi trong nhiều
lĩnh vực. Nguyên tắc của phƣơng pháp trắc quang là dựa vào lƣợng ánh sáng đã bị hấp thu bởi chất hấp thu để tính hàm lƣợng chất hấp thu.
1.4.2. Các định luật hấp thu cơ bản 1.4.2.1. Định luật Bouguear- Lambert 1.4.2.1. Định luật Bouguear- Lambert
Khi chiếu một chùm bức xạ đơn sắc có cƣờng độ Io qua một lớp vật chất có bề dày l thì cƣờng độ bức xạ ló ra I bao giờ cũng nhỏ hơn Io.
Biểu diễn bằng biểu thức:
Io = I + IA + IR Trong đó: IA: cƣờng độ bị hấp thụ.
IR: cƣờng độ bị phản xạ. I: cƣờng độ ló ra.
Dựa vào các thực nghiệm, nhà bác học đã đƣa ra định luật hấp thụ ánh sáng biểu diễn bằng biểu thức: I = Io.ekl
Trong đó k là hệ số hấp thụ, giá trị của k phụ thuộc vào bản chất của vật chất và vào bƣớc sóng λ của bức xạ đơn sắc.
1.4.2.2. Định luật lambert – Beer
Định luật: Nếu chiếu 1 chùm sáng đơn sắc có cƣờng độ là Io qua 1 dung dịch có bề dày là l (cm) và nồng độ là C (mol/l) thì sau khi ra khỏi dung dịch nó bị hấp thụ 1 phần nên cƣờng độ chỉ còn lại là It ( It < Io ). Phƣơng trình định luật: εlC o t 10 I I
Trong đó: C: nồng độ ban đầu
I0: cƣờng độ ánh sáng tới dung dịch It: cƣờng độ ánh sáng đi qua dung dịch
L: chiều dày của lớp dung dịch hấp thụ ánh sáng (chiều dày của cuvet)
ε: hệ số hấp thụ ánh sáng, là đại lƣợng không đổi, đặc trƣng cho mỗi chất màu, phụ thuộc vào bản chất của nó
1.4.3. Phân loại các phương pháp trắc quang
Có thể phân phƣơng pháp trắc quang thành các nhóm chính nhƣ sau:
- Phƣơng pháp hấp thu quang: Đo cƣờng độ dòng ánh sáng bị chất màu hấp thu chọn lọc.
- Phƣơng pháp phát quang: Đo cƣờng độ dòng ánh sáng phát ra bởi chất phát quang khi ta chiếu một dòng ánh sáng vào chất phát quang.
- Phƣơng pháp đo độ đục: Đo cƣờng độ dòng ánh sáng bị hấp thu hoặc bị khuyết tán bởi hệ keo đƣợc điều chế từ chất cần phân tích.
1.4.4. Các đại lượng thường dùng trong phương pháp trắc quang 1.4.4.1. Mật độ quang (độ hấp thụ quang A)
Mật độ truyền quang (độ hấp thụ quang A) là đại lƣợng lg t 0 I I A= lg t 0 I I = εlC
A phụ thuộc tuyến tính vào C của chất phân tích. A là đại lƣợng không có thứ nguyên. A có giá trị từ 0 - ∞.
1.4.4.2. Độ truyền qua (T – Transmittance)
Độ truyền qua: T = o t
I I
Độ truyền qua (T – Transmittance) hay gọi là độ truyền quang, độ truyền suốt là tỷ số giữa hai cƣờng độ tia chiếu ló ra It và tia đến I0, ký hiệu là T. Độ truyền qua T phụ thuộc vào .
1.4.4.3. Hệ số tắt phân tử gam
Hệ số tắt phân tử gam đƣợc biểu diễn :
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong đó : C (mol/L) ε (L.mol-1
.cm-1)
Hệ số tắt phân tử gam hay hệ số hấp phụ phân tử ε thể hiện bản chất của khả năng hấp thụ của dung dịch nên ε không phụ thuộc vào nồng độ C, bề dày lớp dung dịch I và thể tích của dung dịch mà chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất màu, bản
chất dung môi, độ dài sóng của bƣớc sóng ánh sáng chiếu tới, chiết suất của dung dịch hay chỉ số khúc xạ và nhiệt độ của dung dịch.
Ngƣời ta thƣờng dùng ε là đại lƣợng khách quan để đánh giá độ nhạy của phản ứng màu, vì ε và C tỷ lệ nghịch với nhau nghĩa là hợp chất màu có ε càng lớn ta sẽ đo đƣợc đến giá trị Cmin càng nhỏ, phản ứng càng nhạy. Đồng thời ε còn dùng để so sánh giữa các chất màu với nhau.
1.4.4.4. Phổ hấp thu
Ánh sáng là một chùm bức xạ có độ dài sóng khác nhau, có vùng sử dụng từ 2000 Ao – 11000 Ao. Sự hấp thu mang tính chất chọn lọc, mỗi một chất có khả năng hấp thu cực đại ở một bƣớc sóng nhất định. Những hợp chất có màu có nghĩa là những hợp chất đó hấp thu ánh sáng trong vùng nhìn thấy đƣợc từ 350 – 800 nm, chất không nhìn thấy màu nghĩa là hợp chất đó hấp thu ngoài vùng thấy đƣợc.
1.4.5. Nguyên tắc và cơ sở định lượng của phương pháp trắc quang 1.4.5.1. Nguyên tắc chung
Hòa tan chất phân tích vào trong một dung môi thích hợp, tác dụng định lƣợng với một thuốc thử chọn lọc với chất cần xác định trong một dung môi và điều kiện thích hợp để tạo ra một hợp chất có phổ hấp thu phổ có độ nhạy và độ chọn lọc cao. Nếu là mẫu khí thì thu trực tiếp khí vào trong cuvet đóng kín thích hợp hoặc hấp thụ khí đó vào một dung dịch hấp thụ thích hợp rồi tiến hành đo phổ. Chiếu vào dung dịch mẫu chứa hợp chất cần xác định một chùm tia photon đơn sắc, có bƣớc sóng phù hợp, có cƣờng độ đủ dƣ và ổn định để cho chất phân tích hay sản phẩm của nó hấp thu bức xạ, thực hiện các bƣớc chuyển để tạo ra phổ. Thu, phân ly phổ đó và chọn vùng sóng hấp thu cực đại của chất phân tích và đo độ hấp thu A của chất đó.
1.4.5.2. Cơ sở định lượng
Cơ sở định lƣợng trong phƣơng pháp trắc quang là dựa vào định luật Bougher - Lampere - Beer: Khi chiếu một chùm photon đơn sắc qua dung dịch thì mức độ hấp thụ của dung dịch tỉ lệ thuận với công suất chùm photon và nồng độ các phân tử hấp thụ. Công thức: A = .l.C
1.4.6. Các phương pháp phân tích định lượng dùng trong trắc quang 1.4.6.1. Phương pháp đường chuẩn
Dùng một đƣờng chuẩn so sánh không có chất cần xác định, cùng với một dãy các dung dịch chứa các chất cần xác định có nồng độ khác nhau đƣợc biết chính xác (gọi là dãy dung dịch chuẩn). Tiến hành đo mật độ quang dãy dung dịch này. Dựa vào C và A để dùng phƣơng pháp bình phƣơng cực tiểu để xây dựng đƣờng chuẩn theo dạng y = ax + b là C = a + b.A hay A = a + b.C
Ƣu điểm: Với một đƣờng chuẩn cho phép phân tích hàng loạt mẫu. Dung dịch cũng không đòi hỏi phải tuân theo định luật Beer một cách nghiêm ngặt
Nhƣợc điểm: Độ chính xác của phƣơng pháp không cao. Không loại đƣợc ảnh hƣởng của nền mẫu.
1.4.6.2. Phương pháp thêm chuẩn
Theo phƣơng pháp này thì mật độ quang của dung dịch mẫu chứa chất cần xác định đƣợc so sánh với chính dung dịch đó có thêm những lƣợng xác định của chất cần xác định. Trong phƣơng pháp thêm chuẩn, ta thêm vào dung dịch xác định một lƣợng dung dịch tiêu chuẩn. Ứng dụng cho trƣờng hợp chất cần xác định có nồng độ nhỏ. Thực hiện một bình dung dịch so sánh và hai dung dịch xác định với một thể tích chính xác chất cần xác định đã biết rõ nồng độ. Cũng tiến hành đo mật độ quang cho cả ba bình này. Có hai cách thực hiện:
- Dùng công thức tính: Pha một dung dịch có thể V chứa ion cần xác định có hàm lƣợng rất nhỏ. Sau đó tiến hành pha 3 dung dịch nhƣ sau:
Công thức tính: x x a (x+a) x A C = C A -A
Trong đó: A(x+a): độ hấp thụ của các dung dịch thêm Ax: Độ hấp thu của các dung dịch xác định
Ca: Nồng độ dung dịch chuẩn thêm vào bình định mức 50mL Cx: Nồng độ của Titan trong dung dịch kiểm tra sau khi xác định lại
- Dùng đồ thị: Pha một dãy chuẩn cũng chính là dung dịch nghiên cứu có cho thêm những lƣợng chính xác ai của chất cần xác định để nồng độ của dãy chuẩn là Cx + Ca1, Cx + Ca2… ít nhất là 3 dung dịch và một dung dịch so sánh. Đo mật độ quang A tƣơng ứng. Dựng đồ thị Ax + ai – Ci
Kết quả càng chính xác nếu Cai càng bé để Ax + ai càng gần nhau và gần Ax
1.4.6.3. Phương pháp vi sai
Nguyên tắc: phƣơng pháp vi sai là một biến dạng của phƣơng pháp so sánh. Trong phƣơng pháp, dung dịch so sánh chính là 1 trong các dung dịch :
- Nếu lấy dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ thấp nhất là dung dịch so sánh thì C0 < Cx, gọi là phƣơng pháp vi sai nồng độ lớn.
- Nếu lấy dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ cao nhất là dung dịch so sánh thì C0 > Cx, gọi là phƣơng pháp vi sai nồng độ nhỏ.
1.4.6.3.1. Phương pháp vi sai nồng độ lớn
Pha ba dung dịch gồm: dung dịch chuẩn có nồng độ Ca, dung dịch chứa chất cần xác định Cx, dung dịch so sánh có nồng độ C0.
Đo mật độ quang của dung dịch chuẩn và dung dịch nghiên cứu so với dung dịch so sánh(dung dịch có nồng độ C0), ta có: ' x x 0 x 0 ' tc tc 0 tc 0 A =A -A =εl(C -C )>0 A =A -A =εl(C -C )>0 Công thức tính: ' x x 0 ' tc 0 tc A C = C + (C -C ) A 1.4.6.3.2. Phương pháp vi sai nồng độ nhỏ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Pha ba dung dịch gồm: dung dịch chuẩn có nồng độ Ca, dung dịch chứa chất cần xác định Cx, dung dịch so sánh có nồng độ C0. Đo mật độ quang của dung dịch chuẩn Ca so với dung dịch so sánh (dung dịch có nồng độ C0) và dung dịch chuẩn C0 so sánh với dung dịch so sánh (dung dịch có nồng độ Cx), ta có:
' x x 0 ' tc 0 tc A C =C - (C -C ) A
1.4.6.4. Phương pháp thêm vi sai
Pha ba dung dịch gồm: dung dịch chứa chất cần xác định Cx, dung dịch nghiên cứu nhƣ trên nhƣng có một lƣợng chính xác chất chuẩn để có nồng độ Cx +a = Cx + Ca; dung dịch nghiên cứu có đƣợc pha loãng n lần để có nồng độ Cx/n
Đo mật độ quang của dung dịch Cx so với dung dịch so sánh (dung dịch có nồng độ Cx/n) và dung dịch chuẩn Cx +a so với dung dịch so sánh (dung dịch có nồng độ Cx), ta có:
1.4.6.5. Phương pháp chuẩn độ trắc quang
Chuẩn độ trắc quang là phƣơng pháp xác định nồng độ của chất thuộc vào phƣơng pháp định lƣợng thể tích, trong đó điểm tƣơng đƣơng đƣợc xác định bởi sự thay đổi của mật độ quang phụ thuộc vào thể tích của thuốc thử VR khi chuẩn độ