Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu trắc quang sự tạo phức đa ligan trong hệ 1 - (2 - pyridylazo) - 2 - naphthol (PAN-2) - Fe(III) - CHCl2COOH và khả năng ứng dụng phân tích

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:107

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác định được hàm lượng sắt trong 5 mẫu nước khu công nghiệp Gang thép Thái Nguyên Từ kết quả phân tích ta thấy: Một số mẫu nước vùng này đã bị ô nhiễm ion sắt so với tiêu chuẩn Việt Nam. Do đó phải thải ra đúng quy định. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu trắc quang sự tạo phức đa ligan trong hệ 1 - (2 - pyridylazo) - 2 - naphthol (PAN-2) - Fe(III) - CHCl2COOH và khả năng ứng dụng phân tích

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  NGUYỄN TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU TRẮC QUANG SỰ TẠO PHỨC ĐA LIGAN TRONG HỆ 1 - (2 - PYRIDYLAZO) - 2 - NAPHTHOL (PAN-2) - Fe(III) - CHCl2COOH TRONG HỖN HỢP DUNG MÔI NƢỚC – AXETON VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH CHUYÊN NGÀNH: HÓA PHÂN TÍCH MÃ SỐ: 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS. HỒ VIẾT QUÝ THÁI NGUYÊN - 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
i LỜI CẢM ƠN Các thí nghiệm trong luận văn đƣợc hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hóa học khoa hoá thuộc Trường Đại học Sư Phạm Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên Để hoàn thành luận văn này: Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến GS.TS. Hồ Viết Quý ngƣời đã tận tâm, nhiệt tình hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn tới Thầy PGS.TS Lê Hƣ̃u Thiềng cùng các Thầy giáo, Cô giáo trong Khoa Hóa học Trƣờng ĐHSP Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Xin cảm ơn tất cả những ngƣời thân trong gia đình, bạn bè, các đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho tôi thực hiện và hoàn thành luận văn. Thái Nguyên, tháng 05 năm 2013 NGUYỄN TRUNG KIÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực. Những kết luận của luận văn chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Thái Nguyên, tháng 05năm 2013 XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN TÁC GIẢ LUẬN VĂN NGUYỄN TRUNG KIÊN XÁC NHẬN CỦA TRƢỞNG KHOA HOÁ HỌC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iii MỤC LỤC Trang MỤC LỤC .............................................................................................................. i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT .................................................. ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................ iii DANH MỤC CÁC HÌ NH VẼ, ĐỒ THỊ .............................................................. iv MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 NHỮNG NHIỆM VỤ ĐẶT RA CHO ĐỀ TÀI .................................................... 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 4 1.1. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ SẮT ........................................................ 4 1.1.1. Vị trí, cấu tạo và trạng thái oxi hoá của sắt .......................................... 4 1.1.2. Tính chất vật lý của sắt ......................................................................... 5 1.1.3. Tính chất hóa học của sắt ...................................................................... 5 1.1.4. Một số ứng dụng của sắt ....................................................................... 6 1.1.5. Các phƣơng pháp xác định sắt .............................................................. 7 1.1.6. Các phản ứng tạo phức của sắt với các thuốc thử ................................ 9 1.2. TÍNH CHẤT VÀ KHẢ NĂNG TẠO PHỨC CỦA THUỐC THỬ PAN-2 .............................................................................................................. 16 1.2.1. Cấu tạo, tính chất của PAN-2 ............................................................ 16 1.2.2. Khả năng tạo phức của PAN-2. .......................................................... 17 1.3. AXIT ĐICLOAXETIC CHCl2COOH. ..................................................... 18 1.4. SỰ HÌNH THÀNH PHỨC ĐA LIGAN VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ TRONG HÓA PHÂN TÍCH. ........................................................................... 20 1.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHIẾT PHỨC ĐA LIGAN. ..... 20 1.5.1. Một số vấn đề chung về chiết. ............................................................ 20 1.5.2. Các đặc trƣng định lƣợng của quá trình chiết ..................................... 22 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1.6. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN PHỨC ĐA LIGAN TRONG DUNG MÔI HỮU CƠ ........................................................ 24 1.6.1. Phƣơng pháp tỷ số mol (phƣơng pháp đƣờng cong bão hoà). ............ 24 1.6.2. Phƣơng pháp hệ đồng phân tử mol (phƣơng pháp biến đổi liên tục - phƣơng pháp Oxtromƣxlenko - Job)............................................................. 25 1.6.3. Phƣơng pháp Staric - Bacbanel (phƣơng pháp hiệu suất tƣơng đối) ................................................................................................................ 26 1.6.4. Phƣơng pháp chuyển dịch cân bằng. ................................................. 29 1.7. CƠ CHẾ TẠO PHỨC ĐA LIGAN........................................................... 31 1.8. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ HẤP THỤ PHÂN TỬ CỦA PHỨC ..................................................................................................... 33 1.8.1. Phƣơng pháp Komar xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức. ........ 33 1.8.2. Phƣơng pháp xử lý thống kê đƣờng chuẩn. ........................................ 35 1. 9. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ..................................................... 35 CHƢƠNG 2 : KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM ................................................... 40 2.1. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU. ............................................ 40 2.1.1. Hóa chất…………………………………………………… 2.1.2. Dụng cụ. .............................................................................................. 40 2.1.3. Thiết bị nghiên cứu. ............................................................................ 41 2.2. PHA CHẾ HOÁ CHẤT. ........................................................................... 41 2.2.1. Dung dịch Fe3+ (10 - 3M) .................................................................... 41 2.2.2. Dung dịch PAN-2 (10 - 3M)................................................................. 41 2.2.3. Dung dịch CHCl2COOH: 1M ............................................................ 41 2.2.4. Các dung môi: ..................................................................................... 41 2.2.5. Các dung dịch khác: ............................................................................ 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.3. CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM. ....................................................... 42 2.3.1. Chuẩn bị dung dịch so sánh PAN-2.................................................... 42 2.3.2. Chuẩn bị dung dịch phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH .................... 42 2.3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................... 43 2.4. XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM....................................................... 43 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN ........................ 44 3.1. NGHIÊN CỨU SỰ TẠO PHỨC ĐA LIGAN PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH TRONG DUNG MÔI NƢỚC-AXETON. ................................ 44 3.1.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức đa ligan. ............................................. 44 3.1.2. Các điều kiện tạo phức đa ligan PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH .......... 44 3.2. XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CỦA PHỨC. .............................................. 55 3.2.1. Phƣơng pháp tỷ số mol xác định tỷ lệ Fe3+: PAN-2 ........................... 55 3.2.2. Phƣơng pháp hệ đồng phân tử xác định tỷ lệ Fe3+:PAN-2 ................. 58 3.2.3. Phƣơng pháp Staric - Bacbanel. ......................................................... 58 3.2.4. Phƣơng pháp chuyển dịch cân bằng xác định tỷ số Fe3+: CHCl2COO. ................................................................................................. 64 3.3. NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TẠO PHỨC PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COO - ...... 65 3.3.1. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của Fe3+ và các ligan theo pH ....... 68 3.3.2. Cơ chế tạo phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH .................................. 73 3.4. TÍNH CÁC THAM SỐ ĐỊNH LƢỢNG CỦA PHỨC PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COO THEO PHƢƠNG PHÁP KOMAR. ........................................... 76 3.4.1. Tính hệ số hấp thụ  của phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COO theo phƣơng pháp Komar. .................................................................................... 76 3.4.2. Tính các hằng số Kcb, Kkb,  của phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COO theo phƣơng pháp Komar. ........................................................................... 77 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.5. XÂY DỰNG PHƢƠNG TRÌNH ĐƢỜNG CHUẨN PHỤ THUỘC MẬT ĐỘ QUANG VÀO NỒNG ĐỘ CỦA PHỨC. ....................................... 79 3.6. XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG SẮT TRONG MẪU NHÂN TẠO BẰNG PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG. ................................................................ 80 3.7. XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG Fe(III) TRONG MẪU NƢỚC THẢI Ở NHÀ MÁY GANG THÉP THÁI NGUYÊN VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM BỞI Fe(III) TRONG CÁC MẪU NƢỚC THẢI ............................... 81 3.7.1. Lấy mẫu .............................................................................................. 81 3.7.2. Xử lý mẫu ........................................................................................... 81 3.7.3. Phƣơng pháp phân tích ......................................................................... 82 3.7.4. Cách tiến hành .................................................................................... 82 3.7.5. Xác định hamg lƣợng Fe3+ bằng phƣơng pháp thêm nhiều mẫu chuẩn trong phân tích trắc quang................................................................................ 83 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 91 Tiếng việt ......................................................................................................... 92 Tiếng Anh......................................................................................................... 93 Tiếng Nga ......................................................................................................... 94 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT AAS : Atomic Absorption Spectrometry ( Phổ hấp thụ nguyên tử) Abs : Absorbance (Độ hấp thụ) AES : Atomic Emission Spectrometry (Phổ phát xạ nguyên tử) PA : Pure chemical analysis (Hoá chất sạch tinh khiết phân tích) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1: Một số hằng số vật lí quan trọng của Fe .......................................... 5 Bảng 1.2: Xác định sắt bằng phƣơng pháp trắc quang .................................... 8 Bảng 1.3: Các tham số định lƣợng phức sắt(III) - PAR ................................ 9 Bảng 1.4: Xây dựng đƣờng cong sự phụ thuộc - lgB = f(pH) ....................... 32 Bảng 3.1: Số liệu phổ hấp thụ phân tử của phức đaligan PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH ................................................................................................... 44 Bảng 3.2: Bƣớc sóng hấp thụ cực đại của PAN-2 và phức đa ligan ............... 48 Bảng 3.3: Mật độ quang của phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH vào tỉ lệ hỗn hợp dung môi nƣớc -axeton ........................................................................... 49 Bảng 3.4: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH trong dung môi nƣớc hữu cơ vào pH ...................................... 50 Bảng 3.5: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN-2 - Fe3+ -CHCl2COOH trong hỗn hợp dung môi nƣớc – axeton vào nồng độ CHCl2COOH ............. 52 Bảng 3.6: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH vào thời gian trong dung môi nƣớc – axeton ................................................. 54 Bảng 3.7: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH C PAN  2 vào ....................................................................................................... 51 C Fe3 Bảng 3.8: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COO C Fe3 vào ...................................................................................................... 56 C PAN  2 Bảng 3.9: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COO C PAN  2 vào ....................................................................................................... 59 C Fe3 Bảng 3.10: Sự phụ thuộc mật độ quang vào CPAN-2 và C Fe ........................... 60 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iv Bảng 3.11: Kết quả xác định thành phần phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH ......................................................................................................................... 60 ΔA i Bảng 3.12: Sự phụ thuộc lg vào lg(C CHCl COO ) ........................... 63 ΔA gh  ΔA i  2 Bảng 3.13: Phần trăm các dạng tồn tại của Fe3+ theo pH………………........66 Bảng 3.14: Phần trăm các dạng tồn tại thuốc thử PAN (HR) theo pH 69 Bảng 3.15: Phần trăm các dạng tồn tại của CHCl2COOH theo pH .............. 72 Bảng 3.16: Kết quả tính nồng độ các dạng tồn tại của ion Fe3+ ..................... 74 Bảng 3.17: Kết quả tính - lgB ......................................................................... 74 Bảng 3.18: Kết quả xác định PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COO bằng phƣơng pháp Komar ………………………………………………………………....75 Bảng 3.19: Kết quả tính lgKcb ......................................................................... 77 Bảng 3.20: Kết quả tính lg ............................................................................ 77 Bảng 3.21: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH vào nồng độ của phức ……………………………………….78 Bảng 3.22: Kết quả xác định hàm lƣợng sắt trong mẫu nhân tạo bằng phƣơng pháp trắc quang .............................................................................................. 80 Bảng 3.23: Các giá trị đặc trƣng của tập số liệu thực nghiệm ....................... 81 3+ Bảng 3.24: Giá trị độ hấp thụ quang của các dung dịch(có thêm Fe chuẩn) ............................................................................................. 84 Bảng 3.25: Phƣơng trình sự phụ thuộc độ hấp thụ quang dung dịch đo vào nồng độ Fe3+ chuẩn cho thêm vào dung dịch và kết quả tính đƣợc hàm lƣợng Fe3+ trong các mẫu…………………………………………………………...87 Bảng 3.26: Sai số của phép đo quang so với phép đo HTNT………………………………………………………….....87 Bảng 3.27: So sánh kết quả phân tích so với tiêu chuẩn…………………….88 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iv DANH MỤC CÁC HÌ NH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 : Đồ thị xác định tỉ lệ M:R theo phƣơng pháp tỷ số mol ................ 25 Hình 1.2 : Đồ thị xác định thành phần phức theo phƣơng pháp hệ đồng phân tử......…………………………………………………………………………27 Hình 1.3: Đồ thị biễu diễn các đƣờng cong hiệu suất tƣơng đối xác ............ 29 ΔA i Hình 1.4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lg vào lgCHR' ............ 33 ΔA gh  ΔA i Hình 1.5: Đồ thị phụ thuộc - lgB vào pH ........................................................ 35 Hình 3.1: Phổ hấp thụ phân tử của thuốc thử PAN-2, phức đa ligan PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH ......................................................................... 47 Hình 3.2: Phổ hấp thụ phân tử của phức đa ligan PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH trong các dung môi nƣớc – axeton ………………...49 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH trong dung môi nƣớc- axeton cơ vào pH ……51 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào nồng độ CHCl2COOH .................................................................................................. 53 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức ..................................................... 54 C PAN  2 Hình 3.6: Đồ thị xác định tỉ lệ theo phƣơng pháp tỉ số mol................ 57 C Fe3 C Fe3 Hình 3.7: Đồ thị xác định tỉ lệ theo phƣơng pháp tỉ số mol ............. 58 C PAN  2 C PAN  2 Hình 3.8: Đồ thị xác định tỉ lệ theo phƣơng pháp hệ đồng phân tử .. 59 C Fe3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn các đƣờng cong hiệu suất tƣơng đối để xác định m và n của phức Fem( PAN)n (CHCl2COOH)p .................................................. 62 ΔA i Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lg vào lgC CHCl COÔ ...64  ΔA gh  ΔA i 2 Hình 3.11: Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của Fe3+ theo pH .................... 67 Hình 3.12: Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của thuốc thử PAN-2 theo pH 70 Hình 3.13: Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của CHCl2COOH theo pH…...72 Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc - lgB=f(pH) của phức PAN - Fe3+ - CHCl2COOH………………………………………………………………...74 Hình 3.15: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COOH vào nồng độ Fe3+ ............................................................ 79 Hình 3.16: Đồ thị của phƣơng pháp thêm tiêu chuẩn ..................................... 82 Hình 3.17: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của mẫu M1 (1,00 ml) có thêm chất chuẩn (với các lƣợng khác nhau) so với mẫu phân tích vào nồng độ tiêu chuẩn 84 Hình 3.18: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của mẫu M2 (1,00 ml) có thêm chất chuẩn (với các lƣợng khác nhau) so với mẫu phân tích vào nồng độ tiêu chuẩn 84 Hình 3.19: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của mẫu M3 (1,00 ml) có thêm chất chuẩn (với các lƣợng khác nhau) so với mẫu phân tích vào nồng độ tiêu chuẩn 85 Hình 3.20: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của mẫu M4 (1,00 ml) có thêm chất chuẩn (với các lƣợng khác nhau) so với mẫu phân tích vào nồng độ tiêu chuẩn 85 Hình 3.21: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của mẫu M5 (1,00 ml) có thêm chất chuẩn (với các lƣợng khác nhau) so với mẫu phân tích vào nồng độ tiêu chuẩn 86 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1 MỞ ĐẦU Sắt là nguyên tố đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp cũng nhƣ trong đời sống sinh hoạt và phát triển của con ngƣời. Giới y học cho rằng sắt là một nguyên tố vi lƣợng không thể thiếu đƣợc trong cấu tạo cũng nhƣ quá trình sinh hoá của động thực vật nói chung và con ngƣời nói riêng. Việc thiếu sắt có thể gây ra một số bệnh nhƣ đau đầu mất ngủ...hoặc là giảm độ phát triển và trí thông minh của trẻ em. Vì vậy họ cho rằng nếu cơ thể thừa sắt thì cũng không sao. Tuy nhiên những năm gần đây các nhà khoa học mới phát hiện ra đƣợc việc thừa sắt trong cơ thể là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến hàng loạt bệnh nguy hiểm nhƣ đái đƣờng, huyết áp...Việc thừa sắt có thể gây ra những tác động trực tiếp tới sinh hoạt con ngƣời nhƣ gây mùi khó chịu, những vết ố trên vải, quần áo... mặt khác, sắt đi vào cơ thể theo hai đƣờng ăn và uống trong đó sắt cần bổ sung cho cơ thể thông qua đƣờng nƣớc uống đóng một vai trò quan trọng, vấn đề đƣợc đặt ra là: việc nguồn nƣớc cung cấp cho sinh hoạt có bị thừa hoặc thiếu sắt gây tác hại sức khoẻ hay không? Từ đó có biện pháp phòng ngừa kịp thời Do tầm quan trọng của sắt nên việc xác định hàm lƣợng sắt với hàm lƣợng nhỏ trong mọi đối tƣợng đặc biệt là trong nƣớc vẫn đƣợc sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học với mục đích kiểm soát hàm lƣợng sắt trong các đối tƣợng. Có nhiều phƣơng pháp để xác định sắt. Tuy nhiên tuỳ từng loại mẫu hàm lƣợng cao hay thấp mà ngƣời ta sử dụng các phƣơng pháp thích hợp nhƣ : Phƣơng pháp thể tích, phƣơng pháp hấp thụ nguyên tử (AAS), phƣơng pháp trắc quang và một số phƣơng pháp khác. Nhƣng phƣơng pháp trắc quang thƣờng đƣợc sử dụng nhiều vì phƣơng pháp này có nhiều ƣu điểm nổi bật nhƣ : Có độ lặp, độ chính xác và độ nhạy cao đạt yêu cầu phân tích ; mặt khác phƣơng pháp này với thiết bị không quá đắt, dễ bảo quản cho giá thành Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2 phân tích rẻ và phù hợp với yêu cầu cũng nhƣ điều kiện của các phòng thí nghiệm của nƣớc ta hiện nay. Có khá nhiều công trình nghiên cứu phép xác định sắt bằng phƣơng pháp trắc quang. Tuy nhiên, các công trình đó hoặc có độ chọn lọc thấp hoặc có độ nhạy không đạt yêu cầu phân tích một số đối tƣợng. Do đó cần có những giải pháp thích hợp với mục đích tăng độ nhạy và độ chọn lọc của phép xác định sắt. Thông thƣờng ngƣời ta sử dụng các loại thuốc thử tạo phức màu với sắt, đặc biệt là thuốc thử hữu cơ và thuốc thử vô cơ. Những công trình nghiên cứu sự tạo phức (đơn ligan) có độ chọn lọc chƣa cao, độ nhạy chƣa đạt yêu cầu đối với phép phân tích vi lƣợng. Xuất phát từ tình hình thực tế này, chúng tôi đã chọn đề tài '' Nghiên cứu trắc quang sự tạo phức đa ligan trong hệ 1 - (2 - pyridylazo) - 2 - naphthol (PAN-2) - Fe(III) - CHCl2COOH và khả năng ứng dụng phân tích '' để làm luận văn thạc sĩ với hi vọng tìm đƣợc phƣơng pháp xác định hàm lƣợng sắt có độ chọn lọc và độ nhạy thoả mãn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3 NHỮNG NHIỆM VỤ ĐẶT RA CHO ĐỀ TÀI 1. Khảo sát đƣợc hiệu ứng tạo phức đơn ligan PAN-2 - Fe3+ và phức đa ligan PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COO - . 2. Nghiên cứu khả năng tạo phức PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COO - trong dung môi nƣớc - axeton 3. Xác định đƣợc các điều kiện tối ƣu của sự tạo phức đa ligan PAN-2 - Fe - CHCl2COO - : 3+ 4. Xác định thành phần, cơ chế phản ứng và các tham số định lƣợng của phức trong hỗn hợp dung môi nƣớc – axeton - Bằng bốn phƣơng pháp độc lập: tỉ số mol, hệ đồng phân tử , Staric - Bacbanel và phƣơng pháp chuyển dịch cân bằng, - Nghiên cứu cơ chế phản ứng đã xác định đƣợc các dạng cấu tử đi vào phức là: 5. Xác định các tham số định lƣợng của phức đa ligan PAN-2 - Fe3+ - CHCl2COO theo phƣơng pháp Komar thu đƣợc kết quả: 6. Xây dựng phƣơng trình đƣờng chuẩn phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ của phức: 7. Xác định đƣợc hàm lƣợng sắt trong 5 mẫu nƣớc khu công nghiệp Gang thép Thái Nguyên Từ kết quả phân tích ta thấy: Một số mẫu nƣớc vùng này đã bị ô nhiễm ion sắt so với tiêu chuẩn Việt Nam. Do đó phải thải ra đúng quy định Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ SẮT Sắt là kim loại đƣơc biết đến từ thời cổ xƣa, là nguyên tố kim loại phổ biến thứ hai (sau nhôm) trong tự nhiên và đứng thứ tƣ về hàm lƣợng trong vỏ trái đất (chiếm 1,5% về khối lƣợng), nó có 4 đồng vị bền: 54 Fe, 56 Fe ( chiếm 57 58 91,68%) Fe và Fe. Các khoáng vật quan trọng của sắt : Manhetit (Fe3O4) chứa 72% sắt, Hematit (Fe2O3) chứa 60% sắt, Pirit (FeS2) và Xiđerit chứa 35% sắt. Ngoài những mỏ lớn tập trung khoáng vật của sắt, sắt còn ở phân tán trong khoáng vật của những nguyên tố phổ biến nhƣ Al, Ti, Mn...Sắt còn có trong nƣớc thiên nhiên và trong thiên thạch sắt... 1.1.1. Vị trí, cấu tạo và trạng thái oxi hoá của sắt Kí hiệu : Fe Số thứ tự : 26 Khối lƣợng nguyên tử: 55,847 Cấu hình electron: [Ar]3d 64s2 Bán kính nguyên tử (A0): 1,26 Trạng thái oxi hóa: +2, +3, +6 Mức năng lƣợng ion hoá I1 I2 I3 I4 I5 I6 Năng lƣợng ion hoá(eV) 7,9 16,18 30,63 561 792 103 1, 2 Các giá trị chƣa đủ độ tin cậy. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5 1.1.2. Tính chất vật lý của sắt Sắt là nguyên tố kim loại chuyển tiếp thuộc phân nhóm phụ nhóm VIII ( nhóm VIII B ) trong chu kỳ 4 của Bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev. Sắt là kim loại có màu trắng xám, dễ rèn và dễ dát mỏng. Bảng 1.1 : Một số hằng số vật lí quan trọng của Fe Nhiệt độ Nhiệt độ Nhiệt Tỉ khối Độ cứng Độ dẫn điện nóng sôi,0C thăng hoa (thang ( Hg=1) chảy, 0C kJ/mol Moxơ) 1536 2880 418 7,91 4-5 10 Sắt có 4 dạng thù hình (dạng  ,  ,  ,  ) bền ở những nhiệt độ nhất định: Feỏ 700   Feõ 911   Feó 1390   Feọ 1536   Fe lỏng 0 0 0 0 C C C C Những dạng  và  có kiến trúc tinh thể kiểu lập phƣơng tâm khối nhƣng có kiến trúc electron khác nhau nên Feỏ có tính sắt - từ và Feõ có tính thuận từ: Feỏ khác với Feõ là không hoà tan cacbon, Feó có kiến trúc kiểu lập phƣơng tâm diện và tính thuận từ, Feọ có cấu trúc tinh thể lập phƣơng tâm khối nhƣ Feỏ nhƣng tồn tại đến nhiệt độ nóng chảy 1.1.3. Tính chất hóa học của sắt Sắt tác dụng với nhiều nguyên tố không kim loại nhƣ O2, Cl2, S... Tác dụng với các dung dịch axít HCl, H2SO4 loãng...tạo thành muối Fe (II), tác dụng với axít HNO3, H2SO4 đặc nóng tạo thành muối Fe(III) và khử đƣợc nhiều ion kim loại Ag+, Cu2+, Pb2+,...). Trong dung dịch kiềm, khi đun nóng Fe khử đƣợc H+ của H2O thành H2 và các sản phẩm chính là Fe3O4 hoặc là Fe(FeO2)2... Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
6 Trong môi trƣờng axit Fe3+ có tính oxi hoá và Fe2+ có tính khử, Fe3+ có thể oxi hoá đƣợc nhiều chất khử (H2S, I - , Sn2+, SO2, S2O32 - ...) và Fe2+ có thể khử đƣợc nhiều chất oxi hoá ( MnO4 - , Cr2O72 - , O2, HNO3...). Khi có các chất tạo phức mạnh với Fe3+, tính khử của Fe2+ tăng lên, tính oxi hoá của Fe3+ giảm xuống. Ngoài ra sắt còn tạo nhiều muối ít tan, muối có màu và muối không màu. Số phối trí của Fe(III) là 4, 6 với sự phân bố 4 mặt. Trong dung dịch nƣớc Fe(III) rất dễ thuỷ phân và tồn tại dƣới dạng phức hiđroxo: Fe3+ + H2O Fe(OH)2+ + H+ Fe 3+ + 2H2O Fe (OH)2+ + 2H+ Fe 3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ 2 Fe 3+ + 2H2O Fe2(OH)24+ + 2H+ Trong môi trƣờng axit có pH = 2 sắt tạo phức hiđroxo. Sắt(III) có phản ứng axit mạnh, Fe(III) có tính oxi hoá mạnh. Vì số phối trí của sắt là 4, 6 nên phân bố theo hình tứ diện và bát diện. Fe(H2O)63+ + H2O → [Fe(H2O)5OH]2+ + H3O+ Sắt(III) có nhiều khả năng hình thành phức nhiều nhân do hiện tƣợng polime hoá Fe có tính khử mạnh : Fe2+ + 2e → Fe có E0 = - 0,44V 1.1.4. Một số ứng dụng của sắt Sắt là một nguyên tố vi chất dinh dƣỡng quan trọng cho sức khoẻ con ngƣời. Hầu hết lƣợng sắt có trong cơ thể đều tồn tại trong các tế bào máu, chúng kết hợp với protein tạo thành hemoglobin. Hemoglobin mang oxy tới các tế bào của cơ thể và chính ở các tế bào này lƣợng đƣợc giải phóng. Do vậy khi thiếu sắt hàm lƣợng hemoglobin bị giảm làm cho lƣợng oxy tới các tế Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
7 bào cũng giảm theo. Bệnh này gọi là bệnh thiếu máu do thiếu hụt sắt. Các triệu chứng của bệnh thiếu máu do thiếu sắt là: Mệt mỏi, tính lãnh đạm, yếu ớt, đau đầu, ăn không ngon và dễ cáu giận. Việc thừa sắt trong cơ thể cũng có những tác hại nhƣ việc thiếu sắt. Nếu lƣợng sắt trong cơ thể thừa nhiều, chúng gây ảnh hƣởng có hại cho tim, gan, khớp và các cơ quan khác, nếu tích trữ quá nhiều có thể gây nguy cơ bị ung thƣ. Những triệu chứng biểu hiện sự thừa sắt nhƣ :Tƣ tƣởng bị phân tán hoặc mệt mỏi, mất khả năng điều khiển sinh lí, bệnh về tim hoặc tim bị loạn nhịp đập, chứng viêm khớp hoặc đau các cơ, bệnh về gan hoặc ung thƣ gan... Trong hầu hết các ngành kỹ thuật hiện đại đều có liên quan tới việc sử dụng sắt và hợp kim của sắt. Nhƣ chúng ta biết, trong công nghiệp các hợp kim của sắt đóng vai trò chủ chốt trong các lĩnh vực: xây dựng, giao thông vận tải, quốc phòng, chế tạo máy, dụng cụ sản xuất và đồ dùng hàng ngày. FeSO4 đƣợc dùng để chống sâu bọ có hại cho thực vật, nó đƣợc dùng trong việc sản xuất mực viết, sơn vô cơ và trong nhuộm vải, dùng để tẩy gỉ kim loại và có khả năng hoà tan Cu2S tạo thành CuSO4 nên đƣợc sử dụng để điều chế Cu bằng phƣơng pháp thuỷ luyện. Sắt là nguyên tố quan trọng cho sự sống và cho công nghiệp. Vì vậy con ngƣời đã tìm nhiều phƣơng pháp để tách và làm giàu nguyên tố này. 1.1.5. Các phƣơng pháp xác định sắt 1.1.5.1. Phƣơng pháp khối lƣợng Nhiều tác giả đã đƣa ra phƣơng pháp kết tủa sắt (III) dƣới dạng hidroxit để tách sắt ra khỏi một số kim loại kiềm, kiềm thổ, Zn, Pn, Cd và một số kim loại khác. Các hidroxit của các kim loại này kết tủa ở pH cao hơn so với hidroxit sắt (III) hoặc nó bị giữ lại khi có mặt NH3 trong dung dịch. Các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
8 ion tactrat, xitrat, oxalat, pyrophotphat có thể ảnh hƣởng đến quá trình kết tủa sắt hoàn toàn. Khi có mặt các ion đó, ngƣời ta cho kết tủa với ion S 2 - trong đó có lƣợng nhỏ Cadimi. Nhƣng phƣơng pháp này không đƣợc đánh giá cao vì sunfua các kim loại ít tan trong (NH4)2S dƣ. Khi kết tủa sắt bằng (NH4)2S có mặt tactrat ta có thể tách sắt ra khỏi titan, uran, vanadi, photphat và một số nguyên tố khác. 1.1.5.2. Phƣơng pháp trắc quang Có nhiều phƣơng pháp để xác định sắt.Tuy nhiên tuỳ từng loại mẫu mà ngƣời ta sử dụng các phƣơng pháp nhƣ : Phƣơng pháp thể tích, phƣơng pháp khối lƣợng, phƣơng pháp trắc quang và một số phƣơng pháp hoá lý khác. Nhƣng trong điều kiện và yêu cầu thực nghiệm hiện nay, phƣơng pháp trắc quang là phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến để xác định sắt. Dƣới đây chúng tôi thống kê một số thuốc thử dùng trong phƣơng pháp trắc quang mà các nhà phân tích đã nghiên cứu. Bảng 1.2. Xác định sắt bằng phƣơng pháp trắc quang ảnh Độ max pH xác Thời gian hƣởng Thuốc thử dƣ nhạy (nm) định biến màu thuốc thử dƣ ,’ đipyridyl 0,007 522 3-9 1 năm Không 2,2’,2’’ – terpyridyl 0,005 552 3 - 10 1 năm Không 3,5 - đisunfonyl 0,015 610 2,7 - 3,7 1 – 2 tuần Không ferron Marcapto axetic axit 0,014 540 7 - 12 Vài giờ Không Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn