Giáo trinh : Thí nghiệm hóa phân tích part 1

Chia sẻ: Ajfak Ajlfhal | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

946
lượt xem 255
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

LỜI NÓI ĐẦU BUỔI THÍ NGHIỆM 1 BÀI MỞ ĐẦU A. Vấn đề lấy mẫu và chuẩn bị mẫu trước khi định lượng B. Vấn đề biểu diễn số liệu trong Hóa phân tích BÀI CHUẨN BỊ I. Mục đích II. Nội dung II.1. Một số điều cần lưu ý khi tiến hành phân tích định lượng II.1.1. Chuẩn bị thí nghiệm II.1.2. Tiến hành thí nghiệm II.2. Chú ý khi thao tác với các dụng cụ đo chính xác trong Hóa phân tích định lượng II.2.1. Cân phân tích II.2.2. Dụng cụ đo thể tích...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trinh : Thí nghiệm hóa phân tích part 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH Khoa Môi trường và Công nghệ sinh học BÀI GIẢNG HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM ThS. Võ Hồng Thi Dùng cho sinh viên ngành Môi trường và Công nghệ sinh học Năm xuất bản: 2009
MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU 5 BUỔI THÍ NGHIỆM 1 6 BÀI MỞ ĐẦU 6 A. Vấn đề lấy mẫu và chuẩn bị mẫu trước khi định lượng 7 B. Vấn đề biểu diễn số liệu trong Hóa phân tích 8 BÀI CHUẨN BỊ 11 I. Mục đích 11 II. Nội dung 11 II.1. Một số điều cần lưu ý khi tiến hành phân tích định lượng 11 II.1.1. Chuẩn bị thí nghiệm 11 II.1.2. Tiến hành thí nghiệm 11 II.2. Chú ý khi thao tác với các dụng cụ đo chính xác trong Hóa phân tích định lượng 11 II.2.1. Cân phân tích 12 II.2.2. Dụng cụ đo thể tích 13 II.3. Cách xử lý số liệu và biểu diễn kết quả phân tích 15 II.3.1. Khái niệm về sai số của phép đo 16 II.3.2. Trình tự đánh giá sai số 17 II.3.3. Chữ số có nghĩa và cách ghi kết quả phân tích 18 II.4. Cách pha các dung dịch chuẩn 19 II.4.1. Chất gốc 19 II.4.2. Pha dung dịch loãng từ dung dịch đặc 20 Câu hỏi cuối buổi 20 BUỔI THÍ NGHIỆM 2 22 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC (PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG) 22 I. Mục đích 22 II. Nội dung 22 GV: Võ Hồng Thi 2
III. Thực hành: Xác định hàm lượng nước kết tinh trong BaCl2.2H2O 22 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC (PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH) 23 I. Mục đích 23 II. Nội dung 23 III. Một số thao tác cần chú ý khi tiến hành phản ứng chuẩn độ 24 IV. Thực hành: Chuẩn độ dung dịch NaOH bằng dung dịch HCl 25 V. Câu hỏi của bài thực hành 26 BUỔI THÍ NGHIỆM 3 27 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC (PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH – tiếp theo) 27 I. Thực hành: Chuẩn độ oxy hóa khử dùng KMnO4 27 II. Thực hành: Chuẩn độ tạo phức với Complexon 28 III. Thực hành: Chuẩn độ tạo tủa theo phương pháp Volhard 29 IV. Câu hỏi của bài thực hành 31 BUỔI THÍ NGHIỆM 4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ (PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN) Phương pháp phân tích đo điện thế - Chuẩn độ điện thế 32 I. Mục đích 32 II. Nội dung 32 III. Thực hành: Chuẩn độ dung dịch Na2CO3 bằng dung dịch HCl 33 theo phương pháp điện thế IV. Câu hỏi của bài thực hành 34 BUỔI THÍ NGHIỆM 5 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ (PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG – Phương pháp phổ hấp thu phân tử vùng sóng UV-VIS) 35 I. Mục đích 35 GV: Võ Hồng Thi 3
II. Nội dung 35 III. Thực hành: Xác định nồng độ của SiO32- hòa tan trong mẫu nước bằng phương pháp đường chuẩn 37 IV. Câu hỏi của bài thực hành 38 PHỤ LỤC 39 Phương pháp bình phương cực tiểu trong xác định các I. hệ số của đường hồi quy 39 Phương pháp nội suy số liệu từ kết quả chuẩn độ điện thế II. 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 GV: Võ Hồng Thi 4
LỜI NÓI ĐẦU Trong hệ thống các môn học của sinh viên Khoa Môi trường và Công nghệ sinh học nói chung, Hóa phân tích là một môn học bắt buộc trong các năm đầu tiên. Đối với sinh viên của cả hai ngành Môi trường cũng như Công nghệ sinh học, Hóa Phân tích là môn học cơ sở quan trọng, làm tiền đề cho các môn chuyên ngành như Hóa kỹ thuật Môi trường (đối với ngành Môi trường), Phân tích và Đánh giá chất lượng thực phẩm (đối với ngành Công nghệ sinh học) … và một số môn học khác sau này. Hóa học phân tích vốn được xem là môn khoa học thực nghiệm, vì thế để có thể nắm vững và phát triển các kiến thức hóa học ứng dụng trong phân tích xác định thành phần các mẫu chất thì cần phải tiến hành các thí nghiệm với các kỹ năng thực hành căn bản cần thiết được rèn luyện từng bước trong phòng thí nghiệm. Với mục tiêu trên, giáo trình “Hướng dẫn thí nghiệm Hóa Phân tích” được soạn ra nhằm giúp các sinh viên khoa Môi trường và Công nghệ sinh học – Đại học kỹ thuật công nghệ TpHCM - hiểu và nắm chắc các kiến thức lý thuyết cũng như thực hành của môn Hóa Phân tích. Bài đầu tiên của giáo trình củng cố lại một số kiến thức sử dụng thường xuyên trong Hóa phân tích, đặc biệt là khái niệm về Nồng độ đương lượng và trình tự đánh giá sai số của dãy kết quả thí nghiệm là những vấn đề sinh viên hay nhầm lẫn. Bốn bài tiếp theo lần lượt giới thiệu cho sinh viên các ví dụ tiêu biểu về ứng dụng cụ thể của phương pháp phân tích hóa học (bao gồm phương pháp khối lượng và phương pháp thể tích) cũng như phương pháp phân tích công cụ (bao gồm phương pháp đo điện thế và phương pháp phổ hấp thu phân tử vùng sóng UV-VIS). Đó là các phương pháp phân tích cơ bản mà sinh viên của Khoa Môi trường và Công nghệ sinh học đã được học trong môn Hóa phân tích trên giảng đường. Các bài thí nghiệm được sắp xếp với mức độ phức tạp tăng dần nhằm rèn luyện kỹ năng thao tác thí nghiệm, đồng thời chúng lại được thiết kế một cách tương đối độc lập cho phép độ linh hoạt nhất định khi dạy và học các bài trên. Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp trong Khoa đã góp ý và hiệu đính các sai sót cho giáo trình. Tác giả mong rằng sẽ tiếp tục nhận được ý kiến đóng góp để giáo trình được hoàn chỉnh và phù hợp hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin vui lòng gửi cho tác giả theo địa chỉ vohongthi@yahoo.com. Tác giả GV: Võ Hồng Thi 5
BUỔI THÍ NGHIỆM 1 BÀI MỞ ĐẦU Nhiệm vụ cơ bản của Hóa học phân tích ngày nay là phân tích định tính, định lượng, xác định cấu trúc, tách, phân chia làm sạch… Đối với phần ứng dụng của Hóa phân tích trong ngành Môi trường cũng như ngành Công nghệ sinh học nói riêng, phân tích định lượng đóng vai trò chủ yếu. Phân tích định lượng có nhiệm vụ xác định hàm lượng một chất, thường là trong một hỗn hợp và ở thể rắn hay thể hòa tan trong các dung dịch. Trước khi tiến hành phân tích định lượng, phải biết thành phần định tính của đối tượng phân tích. Nói chung, đối với các mẫu cần phân tích trong ngành môi trường hay trong ngành công nghệ sinh học, mục tiêu đặt ra là phải xác định được cụ thể một chất hay một cấu tử nào đó cần được biết với hàm lượng hiện diện trong mẫu là bao nhiêu. Công tác phân tích định tính thường được kết hợp với công tác phân tích định lượng, cùng với các thông tin thu thập được có liên quan để dự đoán sự hiện diện của các cấu tử trong mẫu. Vì vậy trong giới hạn của giáo trình này, thuật ngữ “Hóa phân tích” được hiểu đồng nhất với thuật ngữ “Hóa phân tích định lượng”. Có thể phân chia các phương pháp phân tích định lượng thành 2 loại: các phương pháp hóa học và các phương pháp hóa lý và vật lý (hay công cụ hoặc dụng cụ). Các phương pháp hóa học: chủ yếu dựa trên việc áp dụng các phản ứng hóa học có - liên quan đến cấu tử phân tích. Phương pháp này đã có từ lâu, đơn giản và dễ ứng dụng ở mọi nơi mà sự chính xác chỉ đạt tới mức độ nhất định phụ thuộc vào phản ứng hóa học. Các phương pháp hóa học gồm: + Phương pháp phân tích khối lượng: tách cấu tử cần xác định ra khỏi hỗn hợp với các cấu tử khác trong mẫu một cách gián tiếp hay trực tiếp. Dựa vào khối lượng của hợp chất mới (tạo thành sau) và khối lượng của mẫu ban đầu mà tính ra hàm lượng cấu tử cần phân tích. Phương pháp phân tích thể tích: căn cứ vào thể tích thuốc thử đã tác dụng vừa + hết với chất cần xác định mà tính ra hàm lượng chất cần định lượng. Hiện nay, các phương pháp hóa học vẫn được sử dụng rất rộng rãi và phổ biến. Các phương pháp này còn có tên gọi là các phương pháp kinh điển. Các phương pháp vật lý và hóa lý (phương pháp công cụ, phương pháp dụng - cụ): dựa trên việc đo một tính chất vật lý nào đó (độ hấp thu ánh sáng, độ dẫn điện, khả năng dẫn nhiệt…) của đối tượng cần phân tích trong mẫu. Tính chất này là một hàm số của nồng độ cấu tử cần xác định, từ đó căn cứ vào kết quả đo để suy ra hàm lượng chất cần định lượng. Hầu hết các phương pháp vật lý và hóa lý đều là các phương pháp đòi hỏi dùng máy đo ngoài các dụng cụ thông thường nên nó còn được gọi dưới tên khác rất thường gặp trong các giáo trình về Hóa học phân tích là các phương pháp dụng cụ hay công cụ. Trong thời gian gần đây, các phương pháp vật lý và hóa lý đã phát triển mạnh nhờ các ưu điểm như độ nhạy cao, tốc độ phân GV: Võ Hồng Thi 6
tích nhanh, có thể phân tích với lượng mẫu rất nhỏ (dạng vết). Tuy vậy, nó cũng có một số nhược điểm như phải dùng mẫu chuẩn, công tác tiền xử lý trước khi đo đạc đôi khi khá phức tạp... Vì vậy, các phương pháp hóa học vẫn đóng vai trò quan trọng và cần thiết trong phân tích hiện đại, và tùy theo từng trường hợp cụ thể để lựa chọn phương pháp phân tích phù hợp. Các bước của quá trình phân tích mẫu bất kỳ bao gồm: Chọn mẫu đại diện, làm sao để chỉ với một phần nhỏ mẫu mà có thể đại diện cho toàn - bộ đối tượng phân tích. Chuyển chất cần phân tích vào dung dịch: khi tiến hành phân tích bằng phương - pháp hóa học cần hòa tan hoàn toàn mẫu trong dung môi thích hợp và tiến hành phân tích trong dung dịch. Khi sử dụng phương pháp vật lý có thể không cần hòa tan mẫu nhưng phải có một số động tác xử lý hóa học trước. Tiến hành phân tích bằng phương pháp hóa học hay hóa lý. Việc che hay loại bỏ các - cấu tử cản trở khi phân tích cấu tử chính (nếu cần) bằng các phương pháp hóa học, hóa lý và vật lý có thể được thực hiện trước hay đồng thời với quá trình phân tích. Ghi nhận kết quả của phép phân tích: đo thể tích thuốc thử đã dùng khi phản ứng - hoặc ghi nhận kết quả tín hiệu trên máy đo. Tính toán kết quả phân tích bao gồm đánh giá kết quả và độ chính xác của kết quả - phân tích. A. VẤN ĐỀ LẤY MẪU VÀ CHUẨN BỊ MẪU TRƯỚC KHI ĐỊNH LƯỢNG Các bước lấy mẫu và chuẩn bị mẫu thường hay bị xem nhẹ hơn tầm quan trọng của nó. Thực tế thì kết quả phân tích chỉ có ý nghĩa khi mẫu thí nghiệm mang tính đại diện cho quần thể và trước khi phân tích, mẫu phải được xử lý về dạng thích hợp. Theo khảo sát, có đến 70% các trường hợp bị sai lệch trong kết quả phân tích bắt nguồn từ khâu lấy mẫu và chuẩn bị mẫu. 1. Khái niệm một số loại mẫu thường dùng: Mẫu riêng: được chọn ngẫu nhiên, thường từ các vị trí khác nhau hoặc từ các bao gói - riêng lẻ khác nhau. Mẫu chung hay mẫu tổ hợp: các mẫu riêng được nhập chung lại với nhau tạo thành - mẫu tổ hợp. Mẫu trung bình thí nghiệm: mẫu chung được nghiền nhỏ đến độ mịn thích hợp hay - hòa trộn thật đều, sau đó lấy ra một phần làm mẫu thí nghiệm. Mẫu trung bình thí nghiệm được chia thành 2 phần bằng nhau: phần đem phân tích (đủ để thực hiện 3 thí nghiệm), và phần lưu lại tại PTN để có thể kiểm tra lại khi cần. 2. Một số chú ý khi chuẩn bị mẫu: Đa số các trường hợp đòi hỏi phải hòa tan để chuyển mẫu dạng rắn thành dạng dung dịch có nồng độ xác định trước khi phân tích. Cũng có trường hợp dù mẫu đã ở trạng GV: Võ Hồng Thi 7
thái lỏng nhưng vẫn cần phải xử lý mẫu trước khi tiến hành phân tích, ví dụ phân tích một số kim loại bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS, phân tích chỉ tiêu nhu cầu oxy hóa học (COD) trong nước thải … Khi hòa tan xử lý mẫu, không được làm mất mẫu và không đưa thêm quá nhiều - cấu tử vào mẫu sẽ gây ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Dung môi và hóa chất được lựa chọn để hòa tan mẫu thường theo thứ tự: nước - cất  axit mạnh  baz mạnh  chất oxy hóa mạnh. Với mỗi cấu tử cần xác định trong đối tượng mẫu nhất định có thể đòi hỏi cách thức chuẩn bị mẫu riêng, do đó cần tra cứu tài liệu để tìm được thủ tục chuẩn bị mẫu phù hợp. Các phương thức chuẩn bị mẫu thường được áp dụng hiện nay gồm: - + Vô cơ hóa mẫu: hòa tan mẫu trong một axit hay hỗn hợp nhiều axit (như HCl, HNO3 + HCl, HNO3 + HClO4 + HF..) + Tro hóa mẫu: nung mẫu ở 550oC rồi hòa tan tro thu được trong axit. + Phân hủy mẫu bằng vi sóng trong thiết bị vi sóng: nhanh, an toàn và phù hợp với các cấu tử dễ bay hơi. B. VẤN ĐỀ BIỂU DIỄN SỐ LIỆU TRONG HÓA PHÂN TÍCH 1. Biểu diễn hóa học: Người ta thường biểu diễn cấu tử phân tích theo dạng tồn tại của nó trong chất phân tích. Ví dụ, Nitơ thường được biểu diễn dưới các dạng NO3-, NO2-, NH3, NH4+… , các muối thường được biểu diễn dưới dạng ion như K+, SO42-…, các ion kim loại trong các hợp chất khác nhau thường được biểu diễn dưới dạng tổng như tổng Fe, tổng Mn… 2. Biểu diễn số học: Hàm lượng cấu tử có trong mẫu thường được biểu diễn dưới dạng hàm lượng %, hàm lượng phần triệu (mg/l hay ppm), hàm lượng phần tỉ (g/l hay ppb). 3. Biểu diễn nồng độ trong phân tích định lượng: a) Nồng độ % (C%): khối lượng chất tan có trong 100g dung dịch. b) Nồng độ khối lượng trên thể tích (C g/l): khối lượng chất tan trong 1 đơn vị thể tích dung dịch (g/l, mg/l). c) Nồng độ mol (CM hay mol/l): số mol chất tan trong 1 L dung dịch. d) Nồng độ phần triệu (ppm = part per million) và nồng độ phần tỉ (ppb = part per billion): khối lượng chất tan chứa trong 106 lần (đối với ppm) và 109 lần (đối với ppb) khối lượng mẫu có cùng đơn vị. Hai loại nồng độ này được sử dụng rất phổ biến trong kỹ thuật đo lường nồng độ các chất gây ô nhiễm môi trường hay một số độc chất hiện diện trong thực phẩm. + 1ppm = 1mg/106mg = 1mg/kg = 1g/106g = 1g/1000kg GV: Võ Hồng Thi 8
+ 1ppb = 1mg/109mg = 1mg/103kg = 1g/kg Do các loại nước thiên nhiên và nước thải có khối lượng riêng  1(kg/l), do vậy một cách gần đúng thì: 1ppm = 1mg/106mg = 1mg/kg  1mg/l 1ppm = 1g/106g = 1g/1000kg  1g/m3 1ppb = 1g/kg  1g/l = 1mg/m3 e) Nồng độ đương lượng (CN hay N): là số đương lượng gam (số Đ) hay số đương lượng (số đ) chất tan trong 1 L dung dịch (hay số mili đương lượng gam / số mili đương đượng chất tan trong 1L/1ml dung dịch). Loại nồng độ này được sử dụng phổ biến nhất trong Hóa phân tích định lượng. a CN  ĐA là khối lượng đương lượng của chất A (một số tài liệu gọi là ĐA đương lượng gam hay mol đương lượng của chất A) a là số g của chất tan A trong 1L dung dịch Sinh viên cần xem lại trong phần lý thuyết các khái niệm: đương lượng, khối lượng đương lượng (hay đương lượng gam/mol đương lượng) và nồng độ đương lượng để phân biệt rõ. Xem lại cách tính khối lượng đương lượng (hay đương lượng gam/mol đương lượng) của chất trong các phản ứng khác nhau. Quy tắc đương lượng: trong một phản ứng hóa học tổng số đương lượng của các - chất phản ứng phải bằng nhau: mA + nB = pC + qD số đA = số đB = số đC = số đD Quy tắc này được sử dụng rộng rãi để tính toán kết quả trong các phép phân tích thể tích. Để tìm số đương lượng, có thể: + Nhân nồng độ đương lượng với thể tích dung dịch hóa chất tiêu thụ. (CN)A.VA = (CN)B.VB + Chia số g chất phản ứng cho khối lượng đương lượng của chất. aA a =B ĐA ĐB aA aB Suy ra (CN)B.VB = hay (CN)A.VA = ĐA ĐB Trong đó (CN)A và (CN)B là nồng độ đương lượng của A và B. VA và VB là thể tích A và B đã tham gia phản ứng (l). aA và aB là số g của A và B đã tham gia phản ứng (g). Chú ý: Nếu V tính theo ml thì CN.V chính là số mili đương lượng = số đương GV: Võ Hồng Thi 9