CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1. Phương pháp phân tích trắc quang
2.2.1.1. Cơ sở của phương pháp phan tích trắc quang [1, 3]
Phân tích trắc quang là tên gọi chung của các phương pháp phân tích quang học
dựa trên sự tương tac chọn lọc giữa chất cần xác định với năng lượng bức xạ thuộc
vùng tứ ngoại, khả kiến hoặc hồng ngoại.
Khi chiếu các bức xạ điện tử qua dung dich của các chất thì chit sẽ hắp thy chon
lọc một phan năng lượng bức xạ làm cho phân tử bị kích thích lên trang thai năng
lượng cao hơn. Ở trạng thải kích thích, phân tử không bén vững và sau một thời gian
ngắn (khoảng 10° giây) phân tử sẽ giải phóng năng lượng thừa dé trở ve trạng thai ban
đầu bén hơn. Năng lượng thừa sẽ được giải phỏng ra dudi một trong ba dang: hóa
năng. quang năng và nhiệt ning. Trong đó quá trình quang năng chuyên thành nhiệt
SVTH: Nguyễn Bình Trang 20
Khéa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoang Oanh
năng được sử dung lam cơ sở cho phương pháp phân tích trắc quang dé xác định nồng độ các chất dya trên định luật cơ bản vẻ hap thụ ánh sáng.
Phương trình của định luật cơ bản về hap thụ ánh sáng (định luật Bouguer -
Lambert — Beer):
A= log”? = elC, trong đó:
A: độ hap thụ quang (mật độ quang).
I,: cường độ tia sáng chiều đến dung dịch.
I; cường độ tia sáng ló ra sau khi di qua lớp dung địch.
s: hệ số hap thụ phân tử gam (cm ”/mol). là đại lượng xác định, phụ thuộc vào ban chất của chất hap thụ, vào bước sóng À. của bức xạ đơn sắc và vào nhiệt độ.
I: chiều day lớp dung dịch (em).
€›: nông độ mol/lít của chất cần xác định.
Giá trị A được xác định bằng máy trắc quang, sau đỏ đựa vào phương trình trên để suy ra nông độ chất cần xác định.
2.2.1.2. Phương pháp đường chuẩn trong phân tích trắc quang [3]
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 chế một day dung dịch chuẩn có nồng độ chất chuẩn tăng dan. Thêm lượng thuốc thir, điều chỉnh pH, dung môi, muỗi vào cả day dung dịch với lượng như nhau. Dem đo độ hap thụ quang của ca đãy dung địch rồi lập đồ thị A =
f{C) gọi là đường chuẩn.
SVTH: Nguyễn Binh Trang 21
Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh
Hình 2.1. Dạng đường chuẩn trong phân tích trắc quang
2.2.1.3. Phương pháp định lượng niken bằng trắc quang [11, 12]
Nguyên tắc của phương pháp này là khi có mặt chất oxi hóa thì Ni” sẽ bị oxi hóa đến trạng thải oxi hóa cao hon 14 Ni” (nêu chất oxi hóa là iot) hoặc Ni** (nếu chat oxi hóa là amoni pesunfat). Niken ở trang thai oxi hóa cao Ni?" hoặc NỈ" sẽ tạo phức với
dimetylglyoxim (HDim). Các phức tan được trong nước có mau nâu đỏ, hap thụ cực
đại ở bước sóng À = 470 nm và có hệ số hap thụ £ = 1300. Thông thường dùng chất oxi
hóa là 1, trong KI vì lạ không oxi hóa HDim, là phối tử tạo phức với ion niken.
H.C go
š Log
Mm
H,C & 4 CH,
H
Hình 2.2. Phức niken dimetylglyoxim
Trong khóa luận nảy chúng tôi chọn phương pháp đường chuẩn dé định lượng niken trong dung dịch. Các dung địch chứa niken có nòng độ xác định khác nhau sẽ được đo mật độ quang, sau đó dang phương pháp hồi quy tuyến tính để xây dựng đường chuẩn A - C¡
A =a+ b€
Trong đó: A: mật độ quang
SVTH: Nguyễn Binh Trang 22
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS, Phan Thị Hoang Oanh
C: nông độ của Ni”
a, b: các hing số tinh được
Đường chuẩn A - C,thu được dùng dé tinh nông độ của Ni?” trong các thi nghiệm
sau nảy. Dung dịch Ni?” sau khi khuấy với VLHP được lọc bằng giấy lọc đem đi đo
mật độ quang A dé xác định nông độ.
2.2.2. Phương pháp phố hong ngoại [8]
Phương pháp phổ hong ngoại là một chuyên dé khá rộng trong các phương pháp phỏ ứng dung trong hóa học. Trong luận văn nảy, chúng tôi chi trình bày một số nội dung của phương pháp phô này nhằm phục vụ cho việc biện luận các kết quả thực
nghiệm ở chương sau.
Phd hỏng ngoại (IR) là một trong các kĩ thuật phân tích quan trong, Một trong các lợi thé của phô IR lả hau như bat ki mẫu nao va ở trạng thai nao cũng cỏ thé
nghiên cứu được (chất lỏng, dung dịch, bột nhão, bột khô, phim, sợi, khí và các bể mặt...). Phổ kế IR đã có từ những năm 1940 - 1950. va hiện nay phê kế IR do gắn với
máy tính nên đã cái thiện đáng kê chất lượng phổ IR và giảm bớt thời gian đo mẫu.
Phô IR là một kĩ thuật dựa vao sự dao động va quay của các nguyên tử trong phân tử. Nói chung, phô IR nhận được bằng cách cho tia bức xạ IR đi qua mẫu và xác định phan tia tới bị hắp thy với năng lượng xác định. Năng lượng tai pic bat kì trong
phê hap thụ xuất hiện tương img với tần số dao động của một phan của phân tử mẫu.
2.2.2.1. Sự hap thụ IR
Khi phân tử hap thụ các bức xa IR, chúng bj kích thích và chuyển lên mức năng lượng cao hơn. Sự hap thu này được lượng tử hỏa: phân tử chi hap thụ các tin sé (năng
lượng) được lựa chọn của bức xạ IR, do đó mỗi loại dao động trong phân tử hap thụ ở
một tan số xác định. Bức xa IR được chia thành 3 vùng: vùng IR xa (400 - 50 em”);
vùng IR trung bình (4000 - 400 cm") và vùng IR gần (12500 - 4000 cm"). Trong phan tích hữu cơ thi IR trung bình là vùng IR quan trọng nhất.
SVTH: Nguyễn Binh Trang 23
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoang Oanh
2.2.2.2. Sử dụng pho IR
Do mỗi dang liên kết có tan số dao động khác nhau và do hai dang liên kết như nhau trong hai hợp chất khác nhau, 6 môi trường xung quanh cũng có khác nhau, nên không có hai phân từ với cấu trúc khác nhau có các hip thụ IR (hay phd IR) gidng nhau. Mặc dù một vai tân số hap thụ trong hai trường hợp có thé giếng nhau, nhưng
không có trường hợp nao ma phô IR của hai phân tứ khác nhau lại đông nhất được.
Bằng cách so sánh phé IR của hai hợp chất ta có thể xác định chúng có giống nhau hay không. Nếu phé của chúng trùng nhau vẻ các pic, nhất là trong vùng 1500 - 650 em”, được gọi là vùng “vân ngón tay”, thì trong hau hết các trường hợp hai chất là đồng
nhất,
Cỏc hap thụ của mỗi dang liờn kết (N-H, C-H, O-H, C-X, C=O, C-O, C-C, CôC, C=C, C=N,...) chỉ xuất hiện trong vùng nhỏ của phd IR. Mỗi vùng phé IR có thể xác định cho mỗi dạng liên kết, ngoải vùng nay, hấp thụ thưởng thuộc vé dạng liên kết khác. Chang han, bắt ki hap thụ trong vùng 3000 + 150 cmˆ” luôn thuộc về liên kết C- H trong phân tử, hap thụ trong vùng 1715 - 1750 cm” là do sự có mặt cua liên kết
C=O (nhóm cacbonyl) trong phân tử.
Cường độ hap thụ IR được biểu diễn theo tung độ của phô IR, trong đó sử dụng
độ truyền qua (%T) hoặc độ hap thụ (A).
Trong khóa luận này, chúng tôi sử dụng phương pháp phô IR với mục đích xác
nhận sự có mặt của nhóm cacbonyl (C=O) trong gốc -COOH, trong vùng hấp thụ khoáng 1715 - 1750 em”.
2.2.3. Phương trình đẳng nhiệt Langmuir [5]
Quá trình hap phụ [a một quá trinh thuận nghịch. Các phân tử chất bị hap phụ khi đã hap phụ trên bẻ mặt chat hap phụ vẫn có thẻ di chuyển ngược lại pha mang. Theo thời gian, lượng chất bị hap phụ tích tụ trên bé mặt chat ran cảng nhiều thi tốc độ di chuyển ngược lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nao đó, tốc độ hap phụ bằng
tốc độ giải hap thi quá trình hap phụ dat cân bảng,
SVTH: Nguyễn Bình Trang 24
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh
Trong đẻ tải nay, chúng tôi nghiên cứu cân bảng hap phụ của VLHP va cua CBHT đối với ion Ni?” trong môi trường nước theo mô hình đường đăng nhiệt hip phụ
Langmuir.
Phương trình ding nhiệt hấp phy Langmuir được xảy dựng dựa trên các giả
thuyét:
e - Tiểu phan bị hap phụ liên kết với bể mat tại những trung tâm xác định.
© Mỗi trung tâm chi hap phụ một tiểu phân.
e© Bé mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là nang lượng hấp phụ trên các tiêu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiêu phân hap phụ
trên các trung tâm bên cạnh.
© Phương trình ding nhiệt Langmuir được xây dựng cho hệ hap phụ ran - khí.
Tuy nhiên, phương trình trên cũng có thé áp dụng cho hap phụ trong mỗi trường nước. Khi đỏ phương trình Langmuir được biểu điền như sau:
Trong đó:
4, q„ạ' dung lượng hấp phụ, dung lượng hap phụ cực đại (mg/g)
b: hãng số Langmuir
Cy: ndng độ chất bị hắp phụ khi dat cần bằng hip phy (mg/l)
Đẻ xác định các hằng số trong phương trình đăng nhiệt Langmuir, ta đưa phương trình (1) về dạng phương trình đường thẳng:
Ce ử 1 + 1
Q ĐqQmax max Cop (2)
Xây dựng đỗ thị sự phụ thuộc của ` vao Cy, sẽ xác định được các hằng sé b và Gna trong phương trình (2). Đỏ thị sự phụ thuộc của h vao Cạụ có dạng như sau:
SVTH: Nguyễn Bình Trang 25
Khóa luận tốt nghiệp
cạo
q
18)
GVHD: TS. Phan Thi Hoang Oanh
Ccp (mes)
Hình 2.3. Sự phụ thuộc của = vào Co,
Theo phương trình (2). ta có hệ số góc của phương trình là:
tga = 1
8 Qmax
2.3. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 2.3.1. Dụng cụ, thiết bị
Cân điện tử
Máy đo quang May do pH
Máy khuấy từ Tủ sấy
Binh định mức 50 ml, 1000 ml Binh tam giác 250 ml
Buret và pipct các loại
Phéu lọc và giấy lọc 2.3.2. Hóa chất
NaOH tinh thé
NiSO,.6H,0 tinh thé 1, tinh thé
KI tinh the
H;SO, đặc 98%
SVTH; Nguyễn Bình
> Quay = +
tga
Trang 26
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS, Phan Thị Hoàng Oanh
———}—__ỄỮềỄ
`
- Axit xitric tinh thé
- Dimetylglyoxim
- Cacbon hoạt tinh
SVTH: Nguyễn Bình
Khoa luận tt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoang Oanh