CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp phân tích trắc quang
2.2.1.1. Cơ sở của phương pháp phân tích trắc quang
Phân tích trắc quang là tên gọi chung của các phương pháp phân tích quang học dựa trên sự tương tác chọn lọc giữa chất cần xác định với năng lượng bức xạ thuộc vùng tử ngoại, khả kiến hoặc hồng ngoại.
Khi chiếu các bức xạ điện từ qua dung dịch của các chất thì chất sẽ hấp thụ chọn lọc một phần năng lượng bức xạ làm cho phân tử bị kích thích lên trạng thái năng lượng cao hơn. Ở trạng thái kích thích, phân tử không bền vững và sau một thời gian ngắn (khoảng 10-8 giây) phân tử sẽ giải phóng năng lượng thừa để trở về trạng thái ban đầu bền hơn. Năng lượng thừa sẽ được giải phóng ra dưới một trong ba dạng: hóa năng, quang năng và nhiệt năng. Trong đó quá trình giải phóng quang năng được sử dụng làm cơ sở cho phương pháp phân tích trắc quang để xác định nồng độ các chất dựa trên định luật cơ bản về hấp thụ ánh sáng.
Phương trình của định luật cơ bản về hấp thụ ánh sáng (định luật Bouguer - Lambert - Beer):
Trong đó:
A = log Io = εlC I A: độ hấp thụ quang (mật độ quang).
Io: cường độ tia sáng chiếu đến dung dịch.
I: cường độ tia sáng ló ra sau khi đi qua lớp dung dịch.
15
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh
ε: hệ số hấp thụ phân tử gam (cm2/mol), là đại lượng xác định, phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ, vào bước sóng λ của bức xạ đơn sắc và vào nhiệt độ.
l: chiều dày lớp dung dịch (cm).
C: nồng độ mol/lít của chất cần xác định.
Giá trị A được xác định bằng máy trắc quang, sau đó đựa vào phương trình trên để suy ra nồng độ chất cần xác định [6, 10].
2.2.1.2. Phương pháp đường chuẩn trong phân tích trắc quang
Khi phân tích hàng loạt mẫu, để rút ngắn thời gian chuẩn bị và thời gian tính toán kết quả, ta dùng phương pháp đường chuẩn.
Trước hết phải pha một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chất chuẩn tăng dần.
Thêm lượng thuốc thử, điều chỉnh pH, dung môi vào cả dãy dung dịch với lượng như nhau. Đem đo độ hấp thụ quang của cả dãy dung dịch, lập đồ thị A = f(C) gọi là đường chuẩn.
A
A
x
Cx C
Hình 1.7. Dạng đường chuẩn trong phân tích trắc quang 2.2.1.3. Phương pháp định lượng niken bằng trắc quang
Nguyên tắc của phương pháp này là khi có mặt chất oxi hóa thì Ni2+ sẽ bị oxi hóa đến trạng thái oxi hóa cao hơn là Ni3+ (nếu chất oxi hóa là iot) hoặc Ni4+ (nếu chất oxi hóa là amoni pesunfat). Niken ở trạng thái oxi hóa cao (Ni3+ hoặc Ni4+) sẽ tạo phức với đimetylglyoxim (HDim). Tạo các phức tan trong nước có màu nâu đỏ, hấp thụ cực đại ở bước sóng λ = 470 nm và có hệ số hấp thụ ε = 1300. Thông thường dùng chất oxi hóa là I2 trong KI vì I2 không oxi hóa HDim, là phối tử tạo phức với ion Niken.
16
Hình 1.8. Phức Niken đimetylglyoxim
Trong khóa luận này chúng tôi chọn phương pháp đường chuẩn để định lượng niken trong dung dịch. Các dung dịch chứa niken có nồng độ xác định khác nhau sẽ được đo mật độ quang, sau đó dùng phương pháp hồi quy tuyến tính để xây dựng đường chuẩn A - Ci:
A = a + bC Trong đó:
A: mật độ quang C: nồng độ của Ni2+
a, b: các hằng số tính được
Đường chuẩn A - Ci thu được dùng để tính nồng độ của Ni2+ trong các thí
nghiệm sau này. Dung dịch Ni2+ sau khi khuấy với VLHP được lọc bằng giấy lọc đem đi đo mật độ quang A để xác định nồng độ [3, 6, 10, 21].
Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành đo trắc quang xác định nồng độ trên máy V - 630 UV - Vis Spectrophotometer tại phòng Phân tích trung tâm 1 của khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm TP.HCM.
2.2.2. Phương pháp phổ hồng ngoại
Phương pháp phổ hồng ngoại là một chuyên đề khá rộng trong các phương pháp phổ ứng dụng trong hóa học. Trong luận văn này, chúng tôi chỉ trình bày một số nội dung của phương pháp phổ này nhằm phục vụ cho việc biện luận các kết quả thực nghiệm ở chương sau [16].
Phổ hồng ngoại (IR) là một trong các kĩ thuật phân tích quan trọng. Một trong các lợi thế của phổ IR là hầu như bất kì mẫu nào và ở trạng thái nào cũng có thể nghiên cứu được (chất lỏng, dung dịch, bột nhão, bột khô, phim, sợi, khí và các bề
17
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh
mặt…). Phổ kế IR đã có từ những năm 1940 - 1950, và hiện nay phổ kế IR do gắn với máy tính nên đã cải thiện đáng kể chất lượng phổ IR và giảm bớt thời gian đo mẫu.
Phổ IR là một kĩ thuật dựa vào sự dao động và quay của các nguyên tử trong phân tử. Nói chung, phổ IR nhận được bằng cách cho tia bức xạ IR đi qua mẫu và xác định phần tia tới bị hấp thụ với năng lượng xác định. Năng lượng tại pic bất kì trong phổ hấp thụ xuất hiện tương ứng với tần số dao động của một phần của phân tử mẫu.
2.2.2.1. Sự hấp thụ IR
Khi phân tử hấp thụ các bức xạ IR, chúng bị kích thích và chuyển lên mức năng lượng cao hơn. Sự hấp thụ này được lượng tử hóa: phân tử chỉ hấp thụ các tần số (năng lượng) được lựa chọn của bức xạ IR, do đó mỗi loại dao động trong phân tử hấp thụ ở một tần số xác định. Bức xạ IR được chia thành 3 vùng: vùng IR xa (400 - 50 cm-1);
vùng IR trung bình (4000 - 400 cm-1) và vùng IR gần (12500 - 4000 cm-1). Trong phân tích hữu cơ thì IR trung bình là vùng IR quan trọng nhất.
2.2.2.2. Sử dụng phổ IR
Do mỗi dạng liên kết có tần số dao động khác nhau và do hai dạng liên kết như nhau trong hai hợp chất khác nhau, ở môi trường xung quanh cũng khác nhau, nên không có hai phân tử với cấu trúc khác nhau có các hấp thụ IR (hay phổ IR) giống nhau. Mặc dù một vài tần số hấp thụ trong hai trường hợp có thể giống nhau, nhưng không có trường hợp nào mà phổ IR của hai phân tử khác nhau lại đồng nhất được.
Bằng cách so sánh phổ IR của hai hợp chất ta có thể xác định chúng có giống nhau hay không. Nếu phổ của chúng trùng nhau về các pic, nhất là trong vùng 1500 - 650 cm-1, được gọi là vùng "vân ngón tay", thì trong hầu hết các trường hợp hai chất là đồng nhất.
Các hấp thụ của mỗi dạng liên kết (N-H, C-H, O-H, C-X, C=O, C-O, C-C, C=C, C≡C, C≡N,…) chỉ xuất hiện trong vùng nhỏ của phổ IR. Mỗi vùng phổ IR có thể xác định cho mỗi dạng liên kết, ngoài vùng này, hấp thụ thường thuộc về dạng liên kết khác. Chẳng hạn, bất kì hấp thụ trong vùng 3000 ± 150 cm-1 luôn thuộc về liên kết C- H trong phân tử, hấp thụ trong vùng 1715 - 1750 cm-1 là do sự có mặt của liên kết C=O (nhóm cacbonyl) trong phân tử.
Cường độ hấp thụ IR được biểu diễn theo tung độ của phổ IR, trong đó sử dụng độ truyền qua (%T) hoặc độ hấp thụ (A).
18
Trong khóa luận này, chúng tôi sử dụng phương pháp phổ IR với mục đích xác nhận sự có mặt của nhóm cacbonyl (C=O) trong gốc -COOH, trong vùng hấp thụ khoảng 1715 - 1750 cm-1.
Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành đo Phổ IR tại phòng Phân tích trung tâm 1 của khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm TP.HCM.