®¹i c−¬ng vÒ hãa ph©n tÝch ®Þnh l−îng
môc tiªu
1. Tr×nh bµy ®−îc vÞ trÝ, ®èi t−îng cña m«n häc.
2. Nªu ®−îc c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ®Þnh l−îng, nguyªn t¾c chung cña c¸c
ph−¬ng ph¸p hãa häc dïng trong ph©n tÝch ®Þnh l−îng.
3. Tr×nh bµy ®−îc c¸c lo¹i sai sè trong ph©n tÝch ®Þnh l−îng vµ c¸ch kh¾c phôc.
BiÕt c¸ch ghi d÷ liÖu thùc nghiÖm theo qui t¾c vÒ ch÷ sè cã nghÜa.
1. §èi t−îng cña ph©n tÝch ®Þnh l−îng
Ph©n tÝch ®Þnh l−îng lµ mét mÆt cña c«ng t¸c ph©n tÝch cã nhiÖm vô
x¸c ®Þnh hµm l−îng (khèi l−îng, thµnh phÇn %, sè mol...) cña mét nguyªn
tè, ion, nhãm nguyªn tè, mét chÊt (nguyªn chÊt hay hçn hîp) ë thÓ r¾n hay
hßa tan trong c¸c dung dÞch cã trong mÉu thö cÇn ph©n tÝch.
Ph©n tÝch ®Þnh l−îng ®−îc øng dông vµ cã vÞ trÝ quan träng trong
nhiÒu ngµnh khoa häc: hãa häc, sinh häc, ®Þa chÊt, n«ng nghiÖp, thùc
phÈm... vµ ®Æc biÖt trong ngµnh D−îc.
Trong ch−¬ng tr×nh ®µo t¹o cña ngµnh D−îc, ph©n tÝch ®Þnh l−îng võa
lµ m«n häc c¬ së võa lµ m«n häc nghiÖp vô. Häc tèt ph©n tÝch ®Þnh l−îng
gióp cho viÖc häc vµ sau nµy ra lµm tèt c¸c lÜnh vùc: kiÓm nghiÖm thuèc vµ
mü phÈm, kiÓm nghiÖm thùc phÈm, x¸c ®Þnh c¸c ho¹t chÊt trong c¸c
nguyªn liÖu, d−îc liÖu, c¸c d¹ng bµo chÕ, hãa d−îc, ph©n tÝch n−íc, x¸c
®Þnh chÊt ®éc, lµm c¸c xÐt nghiÖm sinh ho¸, hç trî ®¾c lùc cho viÖc nghiªn
cøu, tæng hîp vµ s¶n xuÊt thuèc...
2. Ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ®Þnh l−îng
Dùa vµo b¶n chÊt c¸c ph−¬ng ph¸p sö dông trong ph©n tÝch ®Þnh
l−îng cã thÓ chia thµnh hai nhãm ph−¬ng ph¸p.
2.1. C¸c ph−¬ng ph¸p hãa häc
Dùa trªn mèi liªn quan gi÷a tÝnh chÊt hãa häc vµ thµnh phÇn hãa häc
cña chÊt cÇn ph©n tÝch. C¸c ph−¬ng ph¸p nµy chia thµnh hai nhãm:
131
2.1.1. Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch khèi l−îng
Dùa vµo viÖc x¸c ®Þnh khèi l−îng chÊt cÇn x¸c ®Þnh ®· ®−îc t¸ch ra
khái c¸c chÊt kh¸c cã trong mÉu ph©n tÝch d−íi d¹ng tinh khiÕt.
2.1.2. Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch thÓ tÝch
−
Ph−¬ng ph¸p chuÈn ®é: Dùa vµo viÖc x¸c ®Þnh thÓ tÝch mét dung dÞch
thuèc thö cã nång ®é ®· biÕt gäi lµ dung dÞch chuÈn ®é cho t¸c dông
víi chÊt cÇn x¸c ®Þnh theo ph¶n øng hãa häc thÝch hîp. Tuú theo ph¶n
øng hãa häc sö dông cã tªn gäi c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch t−¬ng øng;
c¸c ph−¬ng ph¸p th«ng dông lµ: Ph−¬ng ph¸p ®Þnh l−îng acid-base;
ph−¬ng ph¸p ®Þnh l−îng oxy hãa - khö; ph−¬ng ph¸p t¹o tña; ph−¬ng
ph¸p t¹o phøc; ph−¬ng ph¸p t¹o cÆp ion.
−
Ph−¬ng ph¸p thÓ tÝch khÝ: Dùa vµo viÖc ®o thÓ tÝch cña chÊt khÝ ®−îc
sinh ra tõ chÊt thö (nh− CO2 gi¶i phãng tõ muèi carbonat) hoÆc do sù
gi¶m thÓ tÝch cña hçn hîp khÝ do mét phÇn ®· bÞ hÊp thô (nh− CO2 bÞ
hÊp thô vµo dung dÞch KOH).
2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p vËt lý vµ hãa lý
§©y lµ c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch dùa vµo mèi quan hÖ gi÷a thµnh
phÇn hãa häc vµ c¸c tÝnh chÊt vËt lý hoÆc ®Æc tÝnh hãa lý cña c¸c chÊt. C¸c
ph−¬ng ph¸p vËt lý vµ hãa lý th−êng chia lµm ba nhãm lín:
2.2.1. C¸c ph−¬ng ph¸p ph©n chia (ph−¬ng ph¸p t¸ch)
Ph−¬ng ph¸p chiÕt, ph−¬ng ph¸p s¾c ký...
2.2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch quang häc
Ph−¬ng ph¸p ®o ®é khóc x¹, ph−¬ng ph¸p ®o n¨ng suÊt quay cùc,
ph−¬ng ph¸p ®o quang phæ hÊp thô, ph−¬ng ph¸p ®o quang phæ ph¸t x¹...
2.2.3. C¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ®iÖn hãa
Ph−¬ng ph¸p ®o thÕ, ph−¬ng ph¸p cùc phæ....
Nh×n chung c¸c ph−¬ng ph¸p vËt lý vµ hãa lý cã ®é nh¹y vµ ®é chÝnh
x¸c cao, thêi gian ph©n tÝch nhanh, nhiÒu khi cã thÓ x¸c ®Þnh trùc tiÕp chÊt
cÇn ph©n tÝch cã trong mÉu ph©n tÝch mµ kh«ng ph¶i chiÕt t¸ch tr−íc. Tuy
nhiªn ®ßi hái ph¶i cã thiÕt bÞ, m¸y mãc ®¾t tiÒn.
Trong ph¹m vi ch−¬ng tr×nh, häc phÇn ph©n tÝch ®Þnh l−îng chñ yÕu
giíi thiÖu c¸c ph−¬ng ph¸p: Ph©n tÝch khèi l−îng, ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch
thÓ tÝch víi néi dung chñ yÕu lµ ph−¬ng ph¸p chuÈn ®é: acid-base, oxy hãa
- khö, t¹o tña, t¹o phøc.
132
3. Nguyªn t¾c chung cña c¸c ph−¬ng ph¸p hãa häc dïng
trong ®Þnh l−îng
Lµ dùa trªn c¬ së c¸c ph¶n øng hãa häc, c¸c ®Þnh luËt hãa häc vµ c¸c
hiÖn t−îng x¶y ra trong qu¸ tr×nh ph¶n øng (nh− sù t¹o kÕt tña, t¹o mµu,
®æi mµu...) ®Ó x¸c ®Þnh hµm l−îng cña chÊt cÇn x¸c ®Þnh trong mÉu thö.
§Ó x¸c ®Þnh chÊt X, ta cho chÊt X ph¶n øng víi thuèc thö R theo
ph−¬ng tr×nh tæng qu¸t:
X + R + ... = P + Q + ....
Tuú theo kü thuËt thùc hiÖn ta cã thÓ x¸c ®Þnh X th«ng qua s¶n phÈm
P (hay Q) cña ph¶n øng hoÆc thuèc thö R.
−
NÕu ph¶n øng t¹o ra kÕt tña: Ta cã thÓ t¸ch riªng kÕt tña vµ ®em c©n,
tõ khèi l−îng s¶n phÈm kÕt tña tÝnh ®−îc hµm l−îng chÊt X.
ThÝ dô:
§Ó x¸c ®Þnh hµm l−îng FeCl3 ta cho ph¶n øng víi NaOH d−:
FeCl3 + 3 NaOH = ↓Fe(OH)3 + 3 NaCl
Sau ®ã ®em läc lÊy kÕt tña Fe(OH)3, röa s¹ch, ®em nung kh«:
2 Fe(OH)3 Fe
⎯→⎯o
t2O3 + 3 H2O
Tõ khèi l−îng Fe2O3 tÝnh ra ®−îc hµm l−îng FeCl3 cã trong mÉu ph©n tÝch.
−
NÕu ph¶n øng t¹o ra chÊt khÝ: Ta cã thÓ x¸c ®Þnh thÓ tÝch cña khÝ d−íi
mét ¸p suÊt nhÊt ®Þnh (hoÆc dïng mét chÊt hÊp thô khÝ), tõ l−îng khÝ
ta cã thÓ tÝnh ®−îc hµm l−îng chÊt X.
ThÝ dô:
§Ó x¸c ®Þnh CaCO3, ta cho t¸c dông víi HCl:
CaCO3 + 2 HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O
Cho khÝ CO2 hÊp thô vµo dung dÞch Ba(OH)2 ta x¸c ®Þnh ®−îc l−îng CO2:
CO2 + Ba(OH)2 = BaCO3↓ + H2O
Tõ ®ã ta sÏ tÝnh ®−îc hµm l−îng CaCO3 trong mÉu thö.
−
Dùa vµo l−îng thuèc thö R tiªu thô trong ph¶n øng, tÝnh ®−îc hµm
l−îng chÊt X cã trong mÉu ph©n tÝch. Kü thuËt nµy ®−îc øng dông
kh¸ nhiÒu vµ ®−îc gäi lµ c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch thÓ tÝch.
133
4. Sai sè trong ph©n tÝch ®Þnh l−îng hãa häc
4.1. Mét sè kh¸i niÖm
−
Khi ph©n tÝch, ng−êi ta th−êng thùc hiÖn toµn bé qui tr×nh ph©n tÝch
(hoÆc x¸c ®Þnh mét ®¹i l−îng nµo ®ã) mét sè lÇn trªn mÉu thö vµ thu
®−îc c¸c kÕt qu¶ t−¬ng øng x1, x2,...xn
Gi¸ trÞ trung b×nh n
xxx
xn
+
+
+
=...
21 lµ ®¸ng tin cËy h¬n c¶ vµ ®−îc lÊy
lµm kÕt qu¶ cña phÐp ph©n tÝch.
Gi¸ trÞ trung b×nh x th−êng kh¸c víi gi¸ trÞ thùc µ cña ®¹i l−îng cÇn
x¸c ®Þnh, sù sai kh¸c ®ã chÝnh lµ sai sè cña phÐp ph©n tÝch (hoÆc phÐp
x¸c ®Þnh).
−
KÕt qu¶ cña phÐp ph©n tÝch ®−îc ®¸nh gi¸ ë tÝnh ®óng (®é ®óng:
accuracy) vµ tÝnh chÝnh x¸c (precision).
TÝnh ®óng ph¶n ¸nh sù phï hîp gi÷a kÕt qu¶ thùc nghiÖm thu ®−îc
(x) víi gi¸ trÞ thùc (µ) cña ®¹i l−îng cÇn x¸c ®Þnh.
TÝnh chÝnh x¸c (®é lÆp l¹i) ph¶n ¸nh sù phï hîp gi÷a c¸c kÕt qu¶ thu
®−îc (x1, x2,...xn) trong c¸c thÝ nghiÖm lÆp l¹i trong cïng ®iÒu kiÖn thùc
nghiÖm qui ®Þnh cña phÐp ph©n tÝch (c¸c phÐp ph©n tÝch song song).
−
Cã thÓ biÓu thÞ sai sè d−íi d¹ng sai sè tuyÖt ®èi vµ sai sè t−¬ng ®èi.
+ Sai sè tuyÖt ®èi ε = x - µ (gi¸ trÞ d−¬ng lµ sai sè thõa, gi¸ trÞ ©m lµ
sai sè thiÕu).
+ Sai sè t−¬ng ®èi .100
x
µx−(%)
4.2. C¸c lo¹i sai sè
4.2.1. Sai sè th«
Th−êng lµ nh÷ng sai lín, hÇu hÕt do sù cÈu th¶, sù nhÇm lÉn hoÆc sù
cè ý gian lËn, sù trôc trÆc bÊt ngê (do háng thiÕt bÞ, mÊt ®iÖn, mÊt n−íc..)...
Sai sè th« cã thÓ chØ lµm háng mét d÷ liÖu nh−ng còng cã khi lµm sai c¶
mét tËp hîp d÷ liÖu. Trong ph©n tÝch cÇn ph¶i tr¸nh vµ lo¹i bá sai nµy
b»ng c¸ch thËn träng, t¨ng sè thÝ nghiÖm, xö lý thèng kª lo¹i bá c¸c d÷ liÖu
ngo¹i lai...
4.2.2. Sai sè hÖ thèng
−
Lµ sai sè do nh÷ng nguån gèc mµ trªn nguyªn t¾c cã thÓ x¸c ®Þnh
®−îc, nã lµm cho c¸c kÕt qu¶ ph©n tÝch cã xu h−íng nhÊt ®Þnh: cao,
134
thÊp hoÆc biÕn ®æi theo qui luËt nµo ®ã. ThÝ dô: khi c©n Na2CO3 trong
mét chÐn c©n kh«ng ®Ëy n¾p th× kÕt qu¶ c©n sÏ t¨ng dÇn theo thêi
gian v× Na2CO3 lµ chÊt hót Èm m¹nh, sai sè nµy t¨ng theo thêi gian
c©n vµ bÒ mÆt mÆt tiÕp xóc cña hãa chÊt víi khÝ quyÓn.
−
Sai sè hÖ thèng lµm gi¶m tÝnh ®óng cña kÕt qu¶ ph©n tÝch.
Nguyªn nh©n dÉn ®Õn sai sè hÖ thèng cã thÓ lµ:
−
Do sö dông dông cô, thiÕt bÞ cã sai sè, hãa chÊt vµ thuèc thö cã lÉn
t¹p chÊt l¹... (thÝ dô dïng c©n kh«ng ®óng, c¸c dông cô ®o thÓ tÝch
kh«ng chÝnh x¸c...). Cã thÓ kh¾c phôc sai sè nµy b»ng c¸ch hiÖu chØnh
l¹i, thay hãa chÊt thuèc thö ®¹t tiªu chuÈn...
−
Sai sè do c¸ nh©n ng−êi lµm: Cã thÓ do chñ quan ng−êi ph©n tÝch g©y
ra v× thiÕu kinh nghiÖm, lµm viÖc thiÕu suy nghÜ, kh«ng cÈn thËn dÉn
®Õn c¸c thao t¸c kh«ng chuÈn (cã thÓ kh¾c phôc b»ng c¸ch lµm viÖc
cÈn thËn, nghiªm tóc, rÌn luyÖn kü n¨ng, chÞu khã häc tËp...); cã thÓ
do t©m lý tøc lµ khuynh h−íng cña ng−êi ph©n tÝch khi lÆp l¹i thÝ
nghiÖm muèn chän gi¸ trÞ phï hîp víi gi¸ trÞ ®· ®o tr−íc, hoÆc gÇn víi
gi¸ trÞ cña ng−êi kh¸c.
−
Sai sè do ph−¬ng ph¸p: Nguyªn nh©n nµy khã ph¸t hiÖn vµ lµ nguyªn
nh©n quan träng dÉn ®Õn sai sè hÖ thèng. Sai sè ph−¬ng ph¸p cã liªn
quan víi tÝnh chÊt hãa häc hoÆc hãa lý cña hÖ ®o. ThÝ dô: ph¶n øng
ph©n tÝch x¶y ra kh«ng hoµn toµn hoÆc cã ph¶n øng phô x¶y ra lµm
sai lÖch tÝnh hîp thøc cña ph¶n øng chÝnh... Sai sè ph−¬ng ph¸p cã
liªn quan víi thao t¸c cña ng−êi lµm. Trong nhiÒu tr−êng hîp nÕu
thao t¸c tèt cã thÓ lµm gi¶m sai sè ph−¬ng ph¸p vµ ng−îc l¹i. (ThÝ dô
trong ph©n tÝch khèi l−îng, nÕu röa kÕt tña víi thÓ tÝch n−íc röa thÝch
hîp sÏ lµm gi¶m sù mÊt tña do ®é tan).
4.2.3. Sai sè ngÉu nhiªn
−
Lµ nh÷ng sai sè lµm cho d÷ liÖu ph©n tÝch dao ®éng ngÉu nhiªn quanh
gi¸ trÞ trung b×nh. Nguån gèc cña nã lµ do c¸c biÕn ®æi nhá kh«ng
kiÓm so¸t ®−îc (kh«ng ph¸t hiÖn vµ kh«ng ®o ®−îc), nh−ng nh÷ng
biÕn ®æi nhá nµy cã thÓ kÕt hîp víi nhau theo nhiÒu c¸ch t¹o ra sai sè
lín thÊy ®−îc, lµm ¶nh h−ëng ®Õn ®é lÆp l¹i cña kÕt qu¶ ®o vµ lµm
gi¶m ®é chÝnh x¸c cña phÐp ph©n tÝch.
−
Sai sè ngÉu nhiªn lu«n lu«n xuÊt hiÖn dï phÐp ph©n tÝch ®−îc thùc
hiÖn hÕt søc cÈn thËn vµ ®iÒu kiÖn thùc nghiÖm ®−îc gi÷ cè ®Þnh
nghiªm ngÆt. Cã thÓ lµm gi¶m sai sè ngÉu nhiªn b»ng c¸ch tiÕn hµnh
ph©n tÝch cÈn thËn, t¨ng sè thÝ nghiÖm vµ xö lý c¸c sè liÖu b»ng
ph−¬ng ph¸p thèng kª (theo c¸c luËt thèng kª cña c¸c biÕn thiªn ngÉu
nhiªn).
135