Phương pháp chuẩn độ là phương pháp có thể áp dụng để xác định cả Nitơ- hữu cơ và Nitơ- vô cơ trong các mẫu nghiên cứu. Phương pháp được áp dụng trong khoảng nồng độ từ 5-100 mg N- amoni/l. Trong phương pháp này người ta sử dụng axit boric như một chất hấp thụ để chuẩn độ.
Nguyên tắc: Điều chỉnh pH của mẫu thử đến khoảng 6,2- 7,6. Thêm magiê oxit để tạo môi trường kiềm yếu, chưng cất amoniac được giải phóng và thu vào bình có chứa sẵn axit boric. Chuẩn amoni trong phần cất được bằng dung dịch chuẩn axit boric/ chỉ thị.
Thiết bị, dụng cụ bao gồm: Hệ thống chưng cất, ống đong, bình erlen, buret và hóa chất: nước không chứa NH3, dung dịch chuẩn HCl 0,1M hoặc 0,2M, dung dịch axit boric, dung dịch chỉ thị bromthymol xanh, dung dịch NaOH 0,1M và MgO.
Với quy trình phân tích:
+ Lấy một lượng mẫu đo thêm vài giọt chỉ thị bromthymol xanh, điều chỉnh pH= 6-7,4 bằng NaOH hoặc HCl
+ Thêm 0,25 gam MgO lắp ráp nhanh vào hệ thống và chưng cất + Lấy 50ml axit boric cho vào bình erlen
+ Đem dung dịch trong bình hứng chuẩn độ bằng dung dịch HCl, đến khi dung dịch có màu hồng, ghi lại thể tích V1
Chuẩn mẫu trắng V2
Thay vào công thức:
1 2 HCl
N
m
(V V ).C
C .14.1000
V
= −
(1.1) V1: Thể tích axit HCl dùng trong chuẩn độ mẫu phân tích V2: Thể tích axit HCl dùng trong chuẩn độ mẫu trắng 1.4.2. Phương pháp điện cực chọn lọc.
Phạm vi ứng dụng: Dùng để xác định hàm lượng amoni trong nước, có nồng độ amoni – nitơ (NH3 - N) trong khoảng từ 0,03 mg/l đến1400 mg/l.
Nguyên tắc: Điện cực chọn lọc amoniac sử dụng màng thấm khí không ưa nước để tách dung dịch mẫu khỏi dung dịch amoni clorua trong điện cực.
Amoniac hòa tan (NH3 và NH4+) được chuyển thành NH3 bằng cách dùng kiềm mạnh tăng pH lớn hơn 11. Sử dụng điện cực chọn lọc ion clorua có nồng độ clorua xác định làm điện cực so sánh.
Thiết bị, dụng cụ: Thiết bị đo pH có thang đo milivol chính xác đến 0,1mV hoặc thiết bị đo ion cụ thể .
Xây dựng đường chuẩn: Sử dụng giấy đồ thị bản logarit, vẽ đồ thị theo nồng độ NH3 – N tính bằng mg/l trên trục tung, điện thế tính bằng milivol trên trục hoành bắt đầu với nồng độ thấp nhất của thang chia. Khi nồng độ NH3 – N thay đổi mười lần mà điện thế thay đổi 59mV thì điện cực hoạt động bình thường.
1.4.3. Phương pháp trắc quang hoặc so màu. [28]
a. Phương pháp Nessler
* Nguyên tắc: Amoni trong môi trường kiềm phản ứng với thuốc thử Nessler (K2HgI4), tạo thành phức có màu vàng hay vàng nâu sẫm phụ thuộc vào hàm lượng amoniac có trong nước.
Ta có phản ứng:
2K2HgI4 + NH3 + 3KOH → Hg(HgIONH2) + 7KI + 2H2O (màu vàng)
2K2HgI4 + NH3 + KOH → Hg(HgI3NH2) + 5KI + H2O (màu vàng nâu)
Nhưng trong nước thiên nhiên chứa các ion Ca2+, Mg2+ ( nước cứng), trong môi trường bazơ mạnh các ion này sẽ tạo thành các hidroxit ở dạng keo, làm cho dung dịch bị vẩn đục cản trở quá trình so màu. Để khắc phục hiện tượng trên, phải dùng muối Seignett (KNaC4H4O6), hay EDTA cho vào mẫu nước phân tích, để các muối này kết hợp với các ion Ca2+, Mg2+ hình thành các hợp chất hòa tan, không màu trong dung dịch.
M 2++ KNaC4H4O6→ K+ + Na+ + MC4H4O6
M 2++ Na2H2I → Na2MI + 2H+
Ảnh hưởng cản trở: Các ion sắt, độ cứng cao của nước gây cảm trở phản ứng. Yếu tố này được loại bỏ bằng dung dịch Xe-nhiet. Xử lý nước bị
đục bằng dung dịch kẽm sunfat 5%. Loại trừ clo dư trong nước bằng dung dịch natri thiosunfat 5%.
* Dụng cụ: Máy đo quang có kính lọc màu tím ứng với bước sóng 400 - 425nm. Bình định mức 100ml, bình nón, pipet 1ml, 5ml, 20ml .
* Thuốc thử:
Nước cất không có Amoniac.
Dung dịch muối Xe-nhiet (Natri Kalitactract): Hòa tan 50g muối Kalitactract (KNaC4H4O6) trong 100ml nước cất.
Thuốc thử Nessler:
- Nessler A: Kali Iotdua (KI) 36g pha trong 100ml nước cất. Thủy ngân II Clorua (HgCl2) 13,55g pha trong bình định mức 1000ml với nước cất.
Pha hai dung dịch trên lại với nhau.
- Nessler B: Cân chính xác 50g NaOH hòa tan trong bình định nước 100ml với nước cất vừa đủ 100ml.
- Dung dịch hỗn hợp A và B: Nessler A(100ml) + Nessler B (30ml).
Lắc đều hỗn hợp này, gạn phần nước trong. Dung dịch bảo quản trong chai nâu, nút nhựa hay cao su, tránh ánh sáng.
Dung dịch NaOH 6N: Cân 24g NaOH rồi hòa tan với một ít nước cất, cho thêm 0,5ml Butanol, định mức thành 100ml.
Dung dịch kẽm sunfat 5%: Cân 5g ZnSO4 cho hòa tan vào trong nước cất và định mức thành 100ml.
Dung dịch natri thiosunfat 5%: Cân 5g NaS2O3.5H2O cho hòa tan vào trong nước cất và định mức thành 100ml.
Dung dịch Amoniac chuẩn (1ml = 1mg NH3): Hòa tan 3,130g NH4Cl đã sấy khô ở 1000C trong 1h rồi định mức thành1000ml.
Dung dịch Amoniac làm việc (1ml = 10àg NH3): Pha loóng dung dịch amoniac chuẩn 100 lần. Lưu ý cân và pha loãng thật chính xác.
* Xây dựng đường chuẩn:
Chuẩn bị một dãy gồm tối thiểu 5 dung dịch với 5 nồng độ theo thứ tự tăng dần 5, 10, 15, 20, 25 mM NH4+
Sau 10 phút đo độ hấp thụ quang trên máy đo quang, ở bước sóng bằng 400 - 425nm, Cu-vet có bề dày 1 hoặc 5cm.
Xây dựng đường chuẩn trong hệ tọa độ A - C.
* Tiến hành phân tích:
Định tính:
- Lấy 10ml nước mẫu vào ống nghiệm, thêm 3 giọt Nessler. Nếu thấy kết tủa vàng hay đỏ nâu là có NH4 + . Sau đó tiếp tục định lượng. Loại màu đục.
- Lấy 100ml nước mẫu, thêm 1ml ZnSO4 5%, cho thêm 0,5ml dung dịch 6N (để được pH = 10,5). Trọn đều, lắc. Để yên 5 – 10 phút, cặn sẽ lắng xuống đáy. Lọc lấy phần nước trong để phân tích định lượng.
Định lượng: Trong bình nón chứa - Nước kiểm nghiệm: 50ml
- Dung dịch Xe-nhiet: 0,5ml - Thuốc thử Nessler: 1ml
- Lắc đều, sau 10 phút đem so màu trên máy so màu.
* Cách tính kết quả: Từ kết quả đo được, dựa vào đồ thị đường chuẩn.
Tính kết quả theo công thức sau:
C.1000
X (mg / l)
= V
Trong đó: X: Số mg NH4 + trong 1 lít
V: Số ml nước mẫu lấy để phân tích 1000: Số lượng nước mẫu 1000ml C: Hàm lượng NH4 + trên đường chuẩn b. Phương pháp phenat.
Phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử indophenol màu xanh và tiến hành đo mẫu ở bước sóng 640 nm (phương pháp xác định amoni trong nước bằng phương pháp phenat theo tiêu chuẩn SMEWW 4500-NH3F: 2012)
Nguyên tắc: Dựa vào việc đo mẫu ở bước sóng 640nm của hợp chất màu xanh indophenol được tạo thành giữa amoni, hipoclorit và phenol. Phản ứng được xúc tác bởi natri nitroprusit. Phương pháp phenat được áp dụng để xác định amoni cả trong nước ngọt và nước biển.
Thiết bị, dụng cụ bao gồm: máy đo trắc quang sử dụng ở bước sóng λ=
640nm, cuvet có bề dày 1cm, các dụng cụ thủy tinh để pha chế và bảo vệ mẫu.
Và các hóa chất: phenol, rượu etylic (C2H5OH), dung dịch natri nitroprusit, dung dịch citrate, dung dịch natri hypoclorit (NaOCl), dung dịch oxi hóa, dung dịch gốc amoni.
Quy trình phân tích: Lấy 25 ml mẫu vào bình định mức 50 ml, thêm 1 ml dung dịch phenol, 1 ml dung dịch natri nitroprusit; 2,5 ml dung dịch hypoclorit, thêm nước cất đến vạch định mức và trộn đều.Để trong bóng tối, ở nhiệt độ phòng (220C-270C) ít nhất trong một giờ sau đó đem phân tích.
Xây dựng đường chuẩn: Pha 5 mẫu chuẩn chứa NH4+ ở các nồng độ 1mM, 10 mM, 100 mM, 200 mM và 500 mM. Đo mật độ quang của 5 mẫu để xây dựng đường chuẩn A = f(ln[NH4+]). Sau đó đo mật độ quang của mẫu phân tích thay vào phương trình đường chuẩn xác định được [NH4+] trong mẫu phân tích.
1.4.4. Phương pháp quang phổ hấp thụ UV-VIS [29].
Có nhiều phương pháp xác định hàm lượng muối amoni trong nước trong đó phương pháp đo quang phổ hấp thụ UV-VIS được sử dụng rộng rãi để xác định hàm lượng nhỏ các chất (> 0,1 ppm) với các ưu điểm như: phương pháp đơn giản, xử lý mẫu đơn giản, dễ thực hiện, máy móc không quá đắt tiền, phạm vi ứng dụng rộng rãi. Phương pháp này có thể dùng để phân tích các chất hữu
cơ, phân tích thuốc, dược phẩm, sản phẩm nông nghiệp, phân tích các ion kim loại… Ngoài ra còn có thể sử dụng để xác định thành phần phức, hằng số phân li của phức, hằng số bền của phức.
Nếu chất phân tích có phổ hấp thụ UV-VIS thì ta phải hòa tan nó trong dung môi thích hợp, tạo ra dung dịch đồng thể.
Với chất cần phân tích mà không có phổ hấp thụ quang UV-VIS (chủ yếu là các ion kim loại), thì ta phải cho chất phân tích phản ứng với thuốc thử R ở một điều kiện thích hợp để tạo ra một hợp chất phức bền có phổ hấp thụ UV-VIS.
a. Sự xuất hiện của phổ hấp thụ quang phân tử UV-Vis
Vùng phổ UV-Vis nằm ở cận UV cho đến cận IR được xác định từ khoảng 180-1100nm
Vùng phổ này được chia làm ba vùng chủ yếu: cận UV(185-400nm), khả kiến (400-700nm) và cận hồng ngoại (700-1100nm).
Nguồn gốc của sự hấp thụ trong vùng này chủ yếu là sự tương tác năng lượng photon và năng lượng các điện tử ngoài cùng của ion hay phân tử hấp thụ.
b. Sự hấp thụ quang vùng UV-VIS của các hợp chất hữu cơ
Thông thường, trong các phân tử chứa liên kết σ, π, liên kết phối trí, ngoài ra còn có các cặp electron chưa liên kết.
Ở điều kiện bình thường, các phân tử, nhóm phân tử tồn tại ở trạng thái cơ bản, trạng thái này bền vững và có năng lượng thấp nhất.
Khi chùm sáng có năng lượng thích hợp chiếu vào dung dịch của chất, nó bị kích thích và các điện tử hóa trị trong các liên kết σ, liên kết pi và các điện tử tự do n trong phân tử sẽ hấp thụ năng lượng của chùm sáng và chuyển lên trạng thái kích thích có mức năng lượng cao Em.
Các nguyên tử nhẹ như H, C, N, O có sự chuyển mức năng lượng từ obitan chứa các điện tử π, σ hoặc điện tử không liên kết n lên các obitan phản liên kết.
+ Chuyển mức σ → σ*: Đòi hỏi một năng lượng khá lớn vì vậy quá trình chuyển vị trí nằm trong vùng tử ngoại xa UV
+ Chuyển mức π → π*: Các hợp chất đồng phân với etylen chứa liên kết đôi trong phân tử có khả năng hấp thu mạnh trong khoảng bước sóng bằng 170nm những hợp chất không màu thường có phổ hấp thụ trong vùng cận tử ngoại.
+ Chuyển mức n → π*: Đây là quá trình thường xảy ra trong phân tử có một nguyên tử chứa điện tử không liên kết như những phân tử chứa nhóm cacbonyl (C=O) và bước sóng hấp thụ từ 270nm→ 295nm có cường độ hấp thụ thấp
+ Chuyển mức n → σ*: Sự chuyển vị của các điện tử từ obital n lên các obital σ* trong các nguyên tử như O, N, S xảy ra ở vùng phổ tử ngoại gần có cường độ không lớn. Sự dịch chuyển này dao động ở 180nm cho ancol, 190nm cho dẫn xuất halogen, 220nm cho các amin. Như vậy với chất ức chế TBAB dự định nghiên cứu, ngưỡng hấp thụ nằm ở bước sóng λ ≈ 220nm cho mức chuyển n → σ*.
Các mức dịch chuyển điện tử của các hợp chất hữu cơ được tóm tắt trong hình 1.2.
Hình 1.2. Sự dịch chuyển điện tử của các hợp chất hữu cơ c. Nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ quang UV-VIS.
* Phương pháp phân tích phổ UV-Vis chủ yếu dựa vào định luật Buger- Lamber- Berr: Aλ= - log (I/I0) = εlC (1.2)
Trong đó:
Aλ: độ hấp thụ quang (λ ≈ 220nm)
I0 và I: cường độ chùm tia tới và chùm tia truyền qua ε: Hệ số hấp thụ mol phân tử
l: Chiều dày cuvet C: Nồng độ dung dịch
Với các giá trị ε và l là hằng số thì độ hấp thụ quang A phụ thuộc vào nồng độ dung dịch. Vì vậy xác định được A thì có thể suy ra được nồng độ C tương ứng.
Các thông số sau đây có thể xác định được:
- Đo độ hấp thụ quang của dung dịch.
- Ghi phổ xác định các cực đại hấp thụ hoặc sử dụng để xác định cấu trúc.
- Phân tích định lượng bằng phương pháp lập đường chuẩn.
- Nghiên cứu động học của phản ứng trong dung dịch.
Phổ hấp thụ quang phân tử vùng UV-VIS (190-800 nm) là phổ hấp thụ của các chất tan ở trạng thái dung dịch đồng thể của chất trong một dung môi nhất định như nước, etanol, metanol, benzen, toluen,… hay một số chất mà phân tử chất trong điều kiện bình thường là trạng thái hơi như khí NH3, CH4,… Do vậy, khi đó ta phải thực hiện một số nguyên tắc sau đây:
+ Chiếu vào cuvet có dung dịch mẫu của hợp chất cần phân tích một chùm tia sáng λ có năng lượng phù hợp với chất cần phân tích hay sản phẩm phức của nó hấp thụ năng lượng tia bức xạ λ để tạo ra phổ hấp thụ quang UV- Vis của nó.
+ Thu chùm tia sáng đi qua cuvet, phân li phổ đó và chọn một tia sáng có bước sóng λ ở vị trí hấp thụ cực đại bằng phổ chất phân tích và đo cường độ hấp thụ quang Aλ của chất trong điều kiện đã chọn.
+ Ghi giá trị mật độ quang Aλ.
- Thiết bị, dụng cụ bao gồm: máy quang phổ tử ngoại- khả kiến Cintra 40 (Hoa Kỳ) gồm: nguồn sáng, thiết bị tạo bức xạ đơn sắc, bộ phận chứa mẫu cuvet (cuvet bằng nhựa, thủy tinh hay thạch anh).
+ Các bước xây dựng đường chuẩn
Chuẩn bị một dãy các dung dịch chất cần phân tích X (ở luận văn này là TBAB) có nồng độ chính xác cùng trong điều kiện với mẫu phân tích (pH....).
Thông thường phải chuẩn bị một dãy gồm tối thiểu 5 dung dịch với 5 nồng độ (theo thứ tự tăng dần, ở luận văn này là 5, 10, 15, 20, 25 mM) nằm trong vùng tuyến tính giữa CX và AX. Còn tất cả các yếu tố khác phải giống nhau.
Chọn điều kiện thích hợp nhất để đo phổ UV-VIS của chất phân tích trong tất cả các mẫu dãy chuẩn và mẫu phân tích như: các thông số máy đo, điều kiện đo, thời gian đo, loại cuvet...
Đo độ hấp thụ quang của tất cả các mẫu chuẩn và mẫu phân tích theo các điều kiện đã chọn.
Từ các giá trị A - C tương ứng, xây dựng đường chuẩn trong hệ tọa độ A - C.
+ Xác định hàm lượng chất ức chế TBAB trong vữa xi măng sau khi xử lý EICI.
Chuẩn bị mẫu phân tích hàm lượng TBAB trong các mẫu vữa xi măng sau khi xử lý EICI.
Đo mật độ quang A của các mẫu phân tích, thay vào phương trình đường chuẩn nồng độ TBAB từ đó tính được hàm lượng chất ức chế [TBA+] trong các mẫu vữa xi măng sau khi xử lý EICI.
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP