Đang tải... (xem toàn văn)
Theo phương pháp này thì mật độ quang của dd mẫu chứa chất cần xác định được so sánh với chính dung dịch đó có thêm những lượng xác định của chất cần xác định.. Trong phương pháp thêm ch[r]
(1)BÀI TIỂU LUẬN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KIM LOẠI NẶNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Đồng Thị Kim Loan Học viên: - Nguyễn Tú Oanh - Vũ Hồng Nhung - Nguyễn Mai Phong - Phạm Trường Sơn - Trần Đình Minh (2) MỤC LỤC Phương pháp hóa học Phương pháp trắc quang (3) I Phương pháp hóa học I.1 Phương pháp khối lượng Nguyên tắc: là phương pháp định lượng cấu tử X dựa trên phép đo khối lượng Việc thực có thể tiến hành theo phương pháp: • phương pháp trực tiếp • phương pháp gián tiếp • phương pháp kết tủa ( đóng vai trò quan trọng và ứng dụng rộng rãi nhất) (4) Phöông phaùp keát tuûa Hòa tan mẫu để chuyển X thành ion DD; dùng thuốc thử C kết tủa và tách X dạng hợp chất ít tan CX: AX →A+ X X + C →CX↓ Dựa trên kết tủa chất cần phân tích với thuốc thử phù hợp Lọc, rửa, sấy nung cân và từ đó xác định hàm lượng chất phân tích VD: Asen thường kết tủa dạng Ag3AsO4, As2S3, Mg(NH4)AsO4 hay Ag2HAsO4, sau đó kết tủa lọc, rửa, sấy đem cân từ đó xác định hàm lượng chất phân tích (5) Một số điều kiện quan trọng quá trình phân tích khối lượng: - Sự kết tủa hoàn toàn: Chọn điều kiện thích hợp để kết tủa hoàn toàn chất cần xác định (kết tủa điều kiện tối ưu) nhiệt độ, dung môi, kích thước hạt kết tủa tạo thành, lượng thuốc kết tủa, pH dung dịch, tồn chất điện li lạ - Độ kết tủa: Kết tủa tạo thành phải có độ tinh khiết cao, đó cần chú ý đến hấp phụ và cộng kết kết tủa (6) Ưu điểm và nhược điểm phương pháp khối lượng Phương pháp phân tích khối lượng là phương pháp cổ điển, độ chính xác có thể đạt tới 0,1% Phương pháp này không đòi hỏi dụng cụ đắt tiền quá trình phân tích lâu, nhiều giai đoạn phức tạp đặc biệt phân tích lượng vết các chất Vì phương pháp này không dùng phổ biến thực tế để xác định lượng vết các chất mà dùng phân tích hàm lượng lớn (7) I Phương pháp hóa học I.2 Phương pháp thể tích Nguyên tắc: là phương pháp định lượng cấu tử X dựa trên phép đo thể tích • Đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính xác (dung dịch chuẩn) thêm vào dung dịch chất định phân để tác dụng đủ toàn lượng chất định phân tích đó Thời điểm thêm lượng thuốc thử tác dụng với toàn chất định phân gọi là điểm tương đương Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng các chất gây tượng có thể quan sát mắt gọi là các chất thị (8) Phương pháp thể tích CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH TRUNG HÒA OXY HÓA –KHỬ KẾT TỦA TẠO PHỨC (9) Phương pháp thể tích VD: Ta có thể xác định Cadimi EDTA môi trường pH = 9-10 với thị ETOO môi trường pH=6 với thị xylendacam Khi đó chất thị chuyển từ màu đỏ sang màu vàng : H6F + Cd2+ H4FCd + 2H+ H4FCd + H2Y2- CdY2- + H6F (đỏ) (vàng) Phương pháp phân tích thể tích có ưu điểm là nhanh chóng và dễ thực hiện, nhiên giống phương pháp phân tích khối lượng, phương pháp này không sử dụng phân tích lượng vết, vì phải thực quá trình làm giàu phức tạp (10) II Phương pháp trắc quang 10 Định nghĩa – Nguyên tắc Phân tích trắc quang là tên gọi chung các phương pháp phân tích quang học dựa trên tương tác chọn lọc chất cần xác định với lượng xạ thuộc vùng tử ngoại, khả kiến hồng ngoại Nguyên tắc phương pháp trắc quang là dựa vào lượng ánh sáng đã bị hấp thu chất hấp thu để tính hàm lượng chất hấp thu c (11) Phân loại các phương pháp phân tích trắc quang 11 Phương pháp UV-VIS Phương pháp so màu quang điện Phương pháp quang kế lửa (12) Phương pháp UV-VIS 12 Đặc trưng lượng miền phổ (13) Phương pháp UV-VIS 13 Đặc trưng lượng miền phổ Ánh sáng vùng UV có bước sóng khoảng: 200 – 400 nm Ánh sáng vùng IR có bước sóng khoảng: 800 – 2000 nm Ánh sáng vùng VIS có bước sóng khoảng: 396 – 760 nm Trong phương pháp trắc quang – phương pháp hấp thu quang học, chúng ta thường sử dụng vùng phổ UV – VIS có bước sóng từ 200 – 800 nm (14) Đặc trưng lượng miền phổ 14 Đỏ Da cam Vàng Lục 739 - 610 610 - 590 590 - 560 560 - 510 Lam Chàm Tím 510 - 490 490 - 430 430 - 400 (15) Cở sở lý thuyết phương pháp 15 Nếu dung dịch hấp thu xạ vùng tử ngoại, ánh sáng trắng truyền suốt hoàn toàn đến mắt, dung dịch không màu Dung dịch có màu chứa cấu tử có khả hấp thu xạ vùng thấy được, đó định lượng phương pháp quang phổ hấp thu thấy còn gọi là phương pháp so màu hay đo màu Dung dịch mẫu có nồng độ càng cao, khả hấp thu mẫu càng mạnh, cường độ ánh sáng đến mắt càng yếu, dung dịch có màu càng sẫm (16) Định luật Bouguer – Lambert – Beer 16 Chiếu xạ đơn sắc có bước sóng I có cường độ I0 qua dung dịch chứa cấu tử khảo sát có nồng độ C Bề dày dung dịch là l Tại bề mặt cuvet đo, phần xạ bị phản xạ có cường độ IR, phần xạ bị hấp thu có cường độ IA Bức xạ khỏi dung dịch có cường độ I (17) Định luật Bouguer – Lambert – Beer 17 IR I0 IA I Do đó : I0 = IR + IA + I Chọn cuvet đo có bề mặt nhẵn, truyền suốt để IR = I0 = IA + I (18) Định luật Bouguer – Lambert – Beer 18 I0 log =A= l.C I Trong đó : là số tỉ lệ có tên độ hấp thu phân tử biểu thị độ hấp thu dung dịch có nồng độ chất tan là 1M đựng bình dày 1cm và có đơn vị là l.mol-1cm-1 Bây ta có thể áp dụng dễ dàng định luật Beer vào việc xác định nồng độ các chất tan cách đo độ hấp thu A chúng (19) Cường độ hấp thu xạ cấu tử xác định đại lượng 19 Độ truyền suốt T (Transmittance) I I T = hay T% = ×100 I0 I0 Độ hấp thu A (Absorbance) hay mật độ quang OD (optical density) I0 100 A = log = log = log = - logT% I T T% (20) Các nguyên nhân gây sai lệch khỏi định luật Beer Mức độ đơn sắc ánh sáng tới Ánh sáng không đơn sắc thường dẫn đến độ lệch âm Chất màu hấp thu cực đại max và max có tuyến tính Aimax – Ci và đồ thị Aimax – Ci là đường thẳng, đó mật độ quang là cực đại Mức độ đơn sắc càng lớn, khả tuân theo định luật Lambert – Beer càng lớn Nồng độ lớn dung dịch khảo sát: Nồng độ dung dịch lớn xảy tương tác điện, đại lượng thay đổi, thông thường tăng nồng độ dung dịch, giá trị giảm Sự sai lệch khỏi định luật06/23/21 Lambert – Beer thường là sai số âm 20 (21) 21 Sự trùng hợp khử trùng hợp phân tử, solvat hoá hay hydrat hoá xảy thay đổi nồng độ chất hấp thu; tạo thành các hợp chất trung gian, phức phụ, các hợp chất đồng phân, tạo hệ keo hay có mặt các chất điện ly mạnh, pH có khả làm thay đổi độ hấp thu dung dịch, làm sai lệch khỏi định luật Beer (22) Phân tích định lượng phương pháp trắc quang UV-VIS 22 Phương pháp đường chuẩn Phương pháp thêm chuẩn Phương pháp vi sai Phương pháp chuẩn độ trắc quang Phương pháp so sánh (23) Phương pháp đường chuẩn QUI TRÌNH 23 - Pha loạt dung dịch chuẩn có Ctc tăng dần cách đặn (thường – Ctc) (Các dung dịch chuẩn phải có cùng điều kiện dung dịch xác định) - Tiến hành đo A T dãy chuẩn đã chọn - Dựng đồ thị AX = f(Cx) Viết PTHQ tuyến tính đường chuẩn - Tiến hành pha chế dung dịch xác định - Do A T mẫu - Căn vào PTHQ tuyến tính dãy chuẩn và AX mà xác định nồng độ chất X mẫu (24) Phương pháp đường chuẩn 24 - Đồ thị A = f(Ctc) tuỳ theo cách đo ta thu dạng đường chuẩn: + Dạng 1: qua gốc tọa độ + Dạng 2: không qua gốc tọa độ - Khi chọn vùng nồng độ để xây dựng đường chuẩn phải chú ý: + Vùng nồng độ dãy chuẩn phải bao gồm CX + Với vùng nồng độ đã chọn dung dịch phải tuân theo định luật Beer + Các giá trị Atc ứng với nồng độ đã chọn phải cho đo trên máy có độ lặp lại cao và bảo đảm tuyến tính A = f(C) (25) Phương pháp đường chuẩn 25 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP ƯU ĐIỂM - Với đường chuẩn cho phép phân tích hàng loạt mẫu - Dung dịch không đòi hỏi phải tuân theo định luật Beer cách nghiêm ngặt NHƯỢC ĐIỂM - Độ chính xác phương pháp không cao - Không loại ảnh hưởng mẫu (26) Phương pháp so sánh So sánh chuẩn -Pha dung dịch chuẩn có Ctc -Tiến hành đo A T dd chuẩn so với dd so sánh (Atc) Theo định luật Lambert – Beer: AAtc = lCtc CX = X A tc ×C tc -Pha dung dịch mẫu với nồng độ cần xác định CX (chưa biết) -Tiến hành đo A T dd mẫu so với dd so sánh (AX) Theo định luật Lambert – Beer: AX = lCX Khi dung dịch xác định và dd chuẩn có cùng chất, có thể xem nhau, và l = const 26 (27) Phương pháp so sánh - Dung dịch cần xác định và dung dịch tiêu chuẩn phải nằm khoảng tuân theo định luật Lambert – Beer - Thuận lợi số lượng mẫu ít - So sánh với nhiều mẫu chuẩn - Để kết chính xác thì Ctc1,Ctc2 và Cx phải có nồng độ gần 27 (28) Phương pháp thêm chuẩn 28 Theo phương pháp này thì mật độ quang dd mẫu chứa chất cần xác định so sánh với chính dung dịch đó có thêm lượng xác định chất cần xác định Trong phương pháp thêm chuẩn, ta thêm vào dd xác định lượng dd tiêu chuẩn Có cách thực hiện: -Dùng dung dịch chuẩn và áp dụng công thức tính -Dùng đồ thị để biểu diễn (29) Phương pháp thêm chuẩn 29 (30) Phương pháp thêm chuẩn Phạm vi ứng dụng phương pháp thêm chuẩn Phương pháp thêm chuẩn thường áp dụng nồng độ chất phân tích nhỏ (vi lượng) Ưu điểm phương pháp thêm chuẩn là có thể loại ảnh hưởng mẫu Tuy nhiên, áp dụng dung dịch tuân theo định luật Lambert – Beer 30 (31) Máy đo quang 31 Cuvet chứa dung dịch phức màu (32) Phương pháp so màu quang điện 32 Phương pháp so màu quang điện là phương pháp phân tích dựa trên so sánh cường độ màu dung dịch nghiên cứu với cường độ màu dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định Phương pháp này dùng chủ yếu để xác định lượng nhỏ các chất, tốn ít thời gian so với các phương pháp hoá học khác (33) Định luật phương pháp so màu: 33 Nếu chiếu dòng sáng (cường độ I0) vào cuvet đựng dung dịch thì phần nó (cường độ Ir) bị phản xạ từ mặt cuvet, phần khác (cường độ Ia) bị dung dịch hấp thụ, phần còn lại (cường độ It) qua cuvet Ta có: Io = Ia + Ir + It Khi sử dụng loại cuvet có thể xem cường độ dòng ánh sáng phản xạ là không đổi, và thường không lớn nên có thể bỏ qua Khi đó phương trình trên có dạng: I0 = Ia + It I0 và It có thể đo trực tiếp còn I a tìm theo công thức I a = I - I t Dựa trên nghiên cứu thực nghiệm Bugơ (Bougueur) và Lămbe (Lambert) đã thiết lập định luật và phát biểu sau: Những lớp chất có chiều dày đồng điều kiện khác nhau, luôn hấp thụ tỉ lệ chùm sáng chiếu vào lớp chất đó (34) Phương pháp so màu quang điện 34 Biểu thức toán học định luật là: It = I0 e -kl Trong đó: l : Chiều dày lớp hấp thụ k : Hệ số tắt, hệ số này phụ thuộc vào chất chất tan và bước sóng ánh sáng chiếu vào dung dịch Do đó định luật hấp thụ ánh sáng Bugơ - Lămbe đúng cho tia đơn sắc Khi nghiên cứu hấp thụ ánh sáng dung dịch, Bia (Beer) đã thiết lập mối tương quan hệ số tắt k với nồng độ chất hấp thụ theo phương trình: k = ε' C Kết hợp nghiên cứu Bugơ - Lămbe - Bia thì: It = I0 10 - ε Cl Nếu nồng độ C tính theo mol/l; chiều dày lớp dung dịch (l) đo cm thì ε gọi là hệ số tắt phân tử hay hệ số hấp thụ phân tử; ε là đại lượng không đổi phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng, chất chất tan, nhiệt độ dung dịch (35) Phương pháp quang kế lửa 35 Phương pháp quang kế lửa là dạng phân tích quang phổ phát xạ Nguyên lý phương pháp sau: Dưới tác dụng nhiệt độ lửa các nguyên tử, phân tử ion chất bị kích thích chuyển sang trạng thái các dao động điện tử phát xạ Cường độ phát xạ này đo dụng cụ quang học từ đó tính nồng độ chất cần xác định Phạm vi sử dụng quang kế lửa lớn Rất nhiều nguyên tố có thể dùng phương pháp này để xác định trực tiếp gián tiếp với tốc độ nhanh và có độ chính xác cao (36) Phương pháp quang kế lửa 36 Cơ sở lí thuyết : Sự hấp thụ phát xạ lượng ánh sáng làm cho nguyên tử (hoăc phân tử, ion) chuyển từ trạng thái bình thường sang trạng thái kích thích và ngược lại trạng thái bình thường nguyên tử có lượng nhỏ nhất, hấp thụ lượng chúng chuyển sang trạng thái kích thích Thời gian nguyên tử trạng thái kích thích ngắn (thường là 10 -8 giây) lại chuyển trạng thái cân kèm theo phát xạ Sự phát xạ phụ thuộc vào mức lượng chúng trạng thái bình thường và trạng thái kích thích ∆E = E2 – E2 = hv Như nguyên tử hay ion biến đổi từ trạng thái bình thường sang trạng thái kích thích đặc trưng trị số lượng định Vì vậy, phát xạ nguyên tử bất kì nguyên tố nào có thành phần quang phổ ñặc trưng hay cấu tạo vạch quang phổ đặc trưng (37) Phương pháp quang kế lửa 37 Nguồn phát xạ: gồm máy bơm không khí nối với ống phun mù để chuyển dung dịch sang trạng thái sol khí đưa vào lửa, phận cấp đốt đưa vào đèn Thiết bị đơn sắc: thường là các kính lọc phân lập, nguyên tố có kính lọc màu riêng, thường có các kính lọc natri, kali, canxi Máy thu phát xạ: đo cường độ phát xạ đa số các nước thường dùng tế bào quang điện Điện kế nhạy (đến 10 -10 A) đó là kiểu điện kế gương quay (38) 38 (39)