Nghiên cứu khả năng xác định ion nitrit bằng các thuốc thử I - Và Griess - Llosvay

- 1 - MỞ ðẦU 1.1. Lí do chọn ñề tài: Như chúng ta ñã biết NO2- là chất gây ñộc nhất do tác dụng chuyển từ NO3- sang NO2- của vi khuẩn. Một liều nhỏ muối NaNO2 cũng có thể gây tử vong trong vài phút do trụy tim mạch, có thể có các triệu chứng kèm theo khác như: ñau bụng, ói mửa, tím tái. NO3- vào cơ thể sẽ tham gia phản ứng ở dạ dày và ñường ruột do tác dụng cuả các men tiêu hoá sinh ra NO2-, NO2- sinh ra phản ứng với hemoglobin tạo thành methemoglobin làm mất khả năng vận chuyển oxi cuả hemoglobin. Khi dùng thực phẩm hay nguồn nước chứa hàm lượng nitrit vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây ngộ ñộc nên việc xác ñịnh ion này có ý nghĩa rất quan trọng trong việc ñánh giá chất lượng nước, chất lượng nông sản và rau quả. Một phương pháp phân tích nhanh ñể xác ñịnh NO2- là phương pháp trắc quang. Phương pháp này có ưu ñiểm là: kết quả mang tính khả quan cao, thuận lợi, thiết bị ñơn giản, tự ñộng hoá. Ngoài phương pháp này ra chúng ta còn có thể sử dụng các phương pháp khác như: phương pháp iốt(phương pháp oxi hoá- khử)…… Do ñó chúng tôi quyết ñịnh chọn ñề tài “Nghiên cứu khả năng xác ñịnh ion nitrit bằng các thuốc thử I- và Griess-Ilosvay” ñể làm khoá luận cho mình. 1.2.Mục tiêu của ñề tài: - Biết ñược vai trò quan trọng của phương pháp trắc quang trong hoá học phân tích. - Nghiên cứu ñược khả năng xác ñịnh ion nitrit bằng phương pháp trắc quang. - Nghiên cứu ñược khả năng xác ñịnh ion nitrit bằng phương pháp chuẩn ñộ oxi hoá – khử. - So sánh giữa hai phương pháp xác ñịnh nitrit trên. 1.3. Nhiệm vụ của ñề tài: - Nghiên cứu khả năng xác ñịnh ion nitrit bằng thuốc thử Griess. - Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số ion ñến việc xác ñịnh ion nitrit bằng thuốc thử Griess (phương pháp trắc quang). PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 2 - - Nghiên cứu ñược khả năng xác ñịnh ion nitrit bằng phương pháp Iốt (phương pháp chuẩn ñộ oxi hoá – khử). 1.4. Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu bằng phương pháp trắc quang - Kết hợp với một số phương pháp khác như: phương pháp oxi hoá –khử.... PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 3 - CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về thuốc thử Griess: Thuốc thử Griess là hỗn hợp axit sunfanilic và α-naphtylamin hoà tan trong axit axetic 12%. 1.1.1. Axit sunfanilic: 1.1.1.1.Tính chất: Axit sunfanilic có nhiệt ñộ nóng chảy cao, bị phân hủy ở 250-3000C, không tan trong dung môi hữu cơ mà cũng không tan trong nước, không tan trong dung dịch axit, tan trong benzen. Axit sunfanilic còn có tên axit p-aminobenzensunfonic. Axit sunfanilic có cấu trúc ion lưỡng cực. Trong dung dịch axit, cấu trúc axit sunfanilic không ñổi, axit có −3SO là bazơ yếu có khuynh hướng nhận proton từ +OH 3 rất nhỏ. 1.1.1.2.ðiều chế: Cho 50g(0,5mol H2SO4ñ) vào bình cầu ñáy tròn khô cỡ 250ml và thêm dần từng ít một 15,5g anilin vừa mới cất. ðun cách dầu bình cầu 5h ở nhiệt ñộ 1850C. ðể tin chắc ñã hoàn toàn tạo thành axit sunfanilic, người ta thêm dung dịch NaOH vào mẫu thử nhỏ của hỗn hợp phản ứng, nếu không có mùi anilin chứng tỏ phản ứng kết thúc. Sau khi làm lạnh, rót khối phản ứng ra cốc 100ml nước, axit sunfanilic tách ra dưới dạng kết tủa không màu. 1.1.2.α -naphtylamin: 1.1.2.1.Tính chất: Là amin thơm ñiển hình, nhiệt ñộ nóng chảy 500C. Tinh thể không màu ñể lâu sẽ bị thẩm màu do bị oxi hóa, ít tan trong nước, tan nhiều trong axit, cất ñược bằng hơi nước. 1.1.2.2.ðiều chế: ðiều chế từ naphtalen sau khi nitro hóa và khử hóa bằng sắt trong axit clohiñric. 1.1.3. Các tiêu chuẩn của một thuốc thử hữu cơ dùng trong phân tích trắc quang: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 4 - - Khoảng cách giữa các cực ñại εMR và εHnR càng lớn càng tốt. ðối với thuốc thử hữu cơ tốt thì ∆λ = λMR – λHnR > 100nm. (*) - Hiệu giữa các hệ số hấp thụ phân tử (∆ε = εMR – εHnR) càng lớn càng tốt (**). Hiệu này càng lớn thì ñộ nhạy của phép xác ñịnh càng cao. - Thực nghiệm và lý thuyết về sai số cho biết ở λtư nếu giá trị εMR/εHnR khác nhau không quá 2 lần thì xác suất sai số tăng lên ñáng kể. ðối với các thuốc thử hữu cơ tốt thì εMR/εHnR phải gấp từ 2 ñến 10 (***). 1.2. Tổng quan về NO2-: 1.2.1.Tính chất của −2NO : AXIT NITRƠ Axit nitrơ chỉ tồn tại ở trạng thái khí và trong dung dịch nước. Ở trong pha khí có cân bằng: 2 OHNONOHNO 222 ++⇔ Dung dịch nước của axit nitrơ không bền, nhanh chóng bị phân huỷ, nhất là khi ñun nóng: OHNOHNOHNO 232 23 ++= Bởi vậy khi khí NO2 tan trong nước thì thực tế tạo nên HNO3 và NO theo phản ứng: NOHNOOHNO +=+ 322 23 Trong dung dịch nước, axit nitrơ là một axit yếu (Ka= 4,5.10-4), hơi mạnh hơn axit cacbonic. Do không bền, axit nitrơ rất hoạt ñộng về hoá học. Nó vừa có tính oxi hoá vừa có tính khử. Tuy không phải là chất oxi hoá mạnh như axit nitric, axit nitrơ với nitơ có số oxi hoá thấp hơn tỏ ra có khả năng phản ứng cao hơn, nghĩa là nó có thể phản ứng ở nhiệt ñộ thấp hơn và với tốc ñộ lớn hơn. Axit nitrơ oxi hoá ñược axit iothiñric(HI) ñến I2, dung dịch SO2 ñến H2SO4, ion Fe2+ ñến ion Fe3+…..còn bản thân nó biến thành NO. VD: OHINOHNOHI 222 2222 ++=+ Với những chất oxi hoá mạnh như KMnO4, MnO2, PbO2, axit nitrơ bị oxi hoá ñến axit nitric. OHHNOMnHNOHMnO 23224 352562 ++=++ ++ − PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 5 - MUỐI NITRIT - Muối nitrit bền hơn axit nitrơ nhiều. Hầu hết muối nitrit dễ tan trong nước, ña số muối nitrit không màu. - Nhờ có cặp electron tự do ở nitơ, ion NO2- có khả năng tạo nên liên kết cho- nhận với ion kim loại. Một phức chất thường gặp là natri cobantinitrit Na3[Co(NO2)6]. ðây là thuốc thử dùng ñể phát hiện ion K+ nhờ tạo thành kết tủa K3[Co(NO2)6] màu vàng. - Nitrit kim loại kiềm bền với nhiệt, chúng không phân huỷ khi nóng chảy mà chỉ phân huỷ ở trên 5000C. Nitrit của các kim loại khác kém bền hơn, bị phân huỷ khi ñun nóng, chẳng hạn như AgNO2 phân huỷ ở 1400C, Hg(NO2)2 ở 750C. Trong môi trường axit, muối nitrit có tính oxi hoá và tính khử như axit nitrơ. 1.2.2.Vai trò, tác hại −2NO : Trong hệ tiêu hóa của con người, NO3- sẽ bị khử thành NO2- một trong những chất chuyển biến oxihemoglobin thành methemoglobin làm giảm hô hấp tế bào, ảnh hưởng ñến họat ñộng tuyến giáp, gây ñột biến và kích thích các khối u phát triển. NO2- ở nồng ñộ cao có thể gây phản ứng với amin tạo thành chất nitroamin, tác nhân chính gây bệnh ung thư ở người. Ngoài ra, cá nước ngọt ñặc biệt là dòng cá trê rất dễ mắc phải bệnh máu nâu, nguyên nhân do tích lũy quá mức NO2- trong nước. Bên cạnh ñó NO2- cũng có vai trò là: làm cho thịt có màu bền vững, cung cấp ñạm cho cây trồng. 1.3. Phương pháp trắc quang: Phương pháp trắc quang là phương pháp phổ biến, thường ñược sử dụng, tuy nó chưa là một phương pháp hoàn toàn ưu việt nhưng nó có nhiều ưu ñiểm: ðộ chính xác, ñộ chọn lọc cao, thực hiện nhanh, thiết bị ñơn giản và tự ñộng hoá. 1.3.1. Phương pháp trắc quang là gì? Phương pháp trắc quang là các phương pháp phân tích quang học dựa trên việc ño ñộ hấp thụ năng lượng ánh sáng của một chất xác ñịnh ở một vùng quang phổ nhất ñịnh. 1.3.2. Chức năng của phương pháp trắc quang: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 6 - Phương pháp trắc quang dùng ñể xác ñịnh các nguyên tố, các chất và hợp chất có hàm lượng bé, trung bình và lớn trong nhiều ñối tượng khác nhau do nó có ñộ nhạy, ñộ chính xác và ñộ chọn lọc cao. 1.3.3. Ứng dụng của phương pháp trắc quang: Phương pháp phân tích trắc quang ñược dùng rộng rãi trong phòng thí nghiệm, trong nghiên cứu khoa học do phương pháp này thực hiện ñược nhanh, thuận lợi, thiết bị ñơn giản và tự ñộng hoá. 1.3.4. Phân loại các phương pháp trắc quang: Phương pháp trắc quang dùng ñể xác ñịnh nồng ñộ hợp chất màu ñược chia làm 3 nhóm: 1.3.4.1 Phương pháp so màu bằng mắt: - Cách tiến hành: Chuẩn bị một dung dịch tiêu chuẩn có nồng ñộ ñã biết và so màu của dung dịch nghiên cứu với dung dịch tiêu chuẩn cho ñến lúc có sự cân bằng về cường ñộ màu của hai dung dịch, từ ñó suy ra nồng ñộ của chất cần xác ñịnh. - Phương pháp này: + Ưu ñiểm: Thực hiện nhanh, ñơn giản không ñòi hỏi các thiết bị phức tạp. + Nhược ñiểm: Kết quả không thật sự khách quan vì phụ thuộc nhiều vào mắt người quan sát, ñộ nhạy, ñộ chọn lọc và ñộ chính xác không cao. 1.3.4.2. Phương pháp so màu quang ñiện: - Phương pháp dùng các máy có tế bào quang ñiện gọi tắt là các phương pháp so màu quang ñiện. Trong phương pháp này có sự cân bằng cường ñộ dòng sáng dựa trên hiệu ứng quang ñiện. - Phương pháp này: +Ưu ñiểm: ðộ chọn lọc, ñộ chính xác và ñộ nhạy cao. Kết quả mang tính khả quan cao. +Nhược ñiểm: Phụ thuộc vào thiết bị máy phân tích do ñó ñòi hỏi thiết bị hiện ñại. 1.3.4.3. Phương pháp so màu quang phổ Phương pháp này: + Ưu ñiểm: ðộ chọn lọc, ñộ chính xác và ñộ nhạy cao. Kết quả mang tính khả quan cao. + Nhược ñiểm: Phụ thuộc vào thiết bị máy phân tích do ñó ñòi hỏi thiết bị hiện ñại. 1.3.5. Các ñịnh luật cơ sở của sự hấp thụ ánh sáng PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 7 - 1.3.5.1. Các ñịnh luật cơ sở - ðịnh luật Buge-Lambe: “Lượng tương ñối của dòng sáng bị hấp thụ bởi môi trường mà nó ñi qua không phụ thuộc vào cường ñộ của tia tới. Mỗi một lớp bề dày như nhau hấp thụ một phần dòng sáng ñơn sắc ñi qua dung dịch như nhau”. Biểu thức của ñịnh luật: A = lg(Io/I) = k. l A: là mật ñộ quang của dung dịch l: Số phần của lớp dung dịch k: phụ thuộc vào bản chất của chất màu và bước sóng λ của ánh sáng ñi qua dung dịch. - ðịnh luật Bia : “ðộ hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu (gọi là mật ñộ quang) tỉ lệ bậc nhất với nồng ñộ của dung dịch chất hấp thụ ánh sáng”. Biểu thức ñịnh lượng của ñịnh luật Bia : A = lg(Io/I) = K. C Với K là hệ số tỉ lệ C là nồng ñộ của hợp chất màu - ðịnh luật hợp nhất Buge-Lambe-Bia : "Khi chiếu một chùm ánh sáng ñơn sắc ñi qua dung dịch màu thì mức ñộ hấp thụ của dung dịch màu tỉ lệ thuận với cường ñộ dòng sáng và nồng ñộ các chất hấp thụ". Biểu thức của ñịnh luật : A = ε. l. C ε là hệ số hấp thụ phân tử gam (ε ≤ 1,2. 105) C là nồng ñộ (mol/l) l là chiều dày của lớp hấp thụ (cm) - ðịnh luật cộng tính : Ở bước sóng λ nhất ñịnh mật ñộ quang của hỗn hợp các cấu tử không tương tác hoá học với nhau bằng tổng mật ñộ quang của các cấu tử riêng biệt. Biểu thức ñịnh luật cộng tính : A = ε1. l. C1 + ε2. l. C +... + εn. l. Cn 1.3.5.2. Các nguyên nhân làm sai lệch ñịnh luật Bia: + Sự có mặt của chất lạ trong dung dịch màu + Sự Solvat hoá PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 8 - + Hiệu ứng liên hợp + Ảnh hưởng của pH của dung dịch + Ảnh hưởng của ñơn sắc của ánh sáng + Ảnh hưởng của sự phân li của phức màu 1.3.5.3. Các phương pháp ñịnh lượng trắc quang: a). Phương pháp dãy tiêu chuẩn: - ðặc ñiểm của phương pháp: + Có thể xác ñịnh ñược ñồng thời một số dung dịch phân tích. + Nồng ñộ dung dịch không cần nằm trong khoảng tuân theo ñịnh luật Bia. + Nhược ñiểm của phương pháp là dãy dung dịch tiêu chuẩn thường không bền màu. ðể khắc phục ñiều này ta dùng kính màu hoặc ñiều chế một số chất vô cơ bền màu. - Nội dung của phương pháp: + Chuẩn bị 10 dung dịch chuẩn có nồng ñộ phức màu lần lượt là: C1< C2<…< C10 ở cùng các ñiều kiện như nhau (pH, dung môi, lực ion…) + Chuẩn bị dung dịch mẫu phân tích cũng ở cùng ñiều kiện như trên. ðem so sánh màu của dung dịch mẫu phân tích với màu của dung dịch dãy chuẩn. + Nếu dung dịch phân tích có màu bằng với màu của dung dịch thứ i thì Cx = Ci. + Nếu màu của dung dịch phân tích nằm trung gian giữa màu của hai dung dịch thứ i và (i+1), tức là Ci < Cx < Ci+1 → Cx = (Ci + Ci+1)/2. b). Phương pháp so sánh với dung dịch tiêu chuẩn: - ðặc ñiểm của phương pháp: + Phương pháp này khá ñơn giản và nhanh chóng. + ðiều kiện áp dụng: Nồng ñộ nằm trong khoảng tuân theo ñịnh luật Bia. - Nội dung của phương pháp: * So sánh với 1 dung dịch tiêu chuẩn: + Chuẩn bị 2 dung dịch phức màu: Dung dịch tiêu chuẩn (CTC ñã biết) và dung dịch nghiên cứu (Cx) ở các ñiều kiện tối ưu như nhau + ðo mật ñộ quang 2 dung dịch trên → ATC và Ax. Ta có: ATC = ε.l.CTC và Ax = ε.l.Cx → Cx = CTC.Ax/ATC PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 9 - * So sánh với 2 dung dịch tiêu chuẩn: + Chuẩn bị 3 dung dịch phức màu: 2 dung dịch tiêu chuẩn (C1, C2 ñã biết) và dung dịch nghiên cứu (C1< Cx< C2) ở các ñiều kiện tối ưu như nhau. + ðo mật ñộ quang 3 dung dịch trên → A1, A2 và Ax. Ta có: A1 = ε.l.C1; A2 = ε.l.C2 và Ax = ε.l.Cx → x 1 x 1 2 1 2 1 A - A C - C = A - A C - C → Cx = ? c).Phương pháp ñường chuẩn: - ðặc ñiểm của phương pháp: + Phương pháp ñường chuẩn áp dụng thuận tiện cho phép phân tích hàng loạt mẫu và cho phép tính kết quả nhanh. + ðiều kiện áp dụng: Xác ñịnh nồng ñộ nằm trong khoảng tuân theo ñịnh luật Bia - Nội dung của phương pháp: + Pha chế một dãy dung dịch chuẩn có nồng ñộ tăng dần, còn lượng thuốc thử và các ñiều kiện khác như nhau (pH, dung môi, lực ion, bước sóng…). ðo mật ñộ quang của dãy dung dịch chuẩn và xây dựng phương trình ñường chuẩn A = f(C) xử lý bằng toán học thống kê, ñường chuẩn thu ñược phải có dạng: A = (a ± εa) + (b ± εb).C (*) + Nếu ñường chuẩn thu ñược có những ñiểm ñầu hoặc ñiểm cuối (nồng ñộ) bị lệch khỏi ñường thẳng của (*) trên ñồ thị thì phải loại bỏ các giá trị ñó. Tiến hành xây dựng lại phương trình ñường chuẩn (nếu cần). + Pha chế dung dịch phân tích trong các ñiều kiện như trên rồi ñem ño mật ñộ quang (Ax). Thay Ax vào (*) ta sẽ tính ñược Cx. - Việc xử lý thống kê có thể ñược thực hiện tính toán bằng tay hoặc sử dụng các phần mềm chuyên dụng như Origin hay MS-Excel của Microsoft. d).Phương pháp thêm (phương pháp pha loãng): - ðặc ñiểm của phương pháp: + Phương pháp thêm cho phép xác ñịnh chất phân tích kể cả khi có mặt các ion cản trở. + Phương pháp thêm cũng chỉ cho kết quả chính xác trong khoảng nồng ñộ tuân theo ñịnh luật Bia. - Nội dung của phương pháp: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 10 - + Cho cùng một lượng dung dịch phân tích (Cx) vào hai bình ñịnh mức 1 và 2. Thêm vào bình 2 một lượng dung dịch chuẩn của chất phân tích (Ca). Thực hiện phản ứng tạo phức trong cả hai bình với các ñiều kiện tối ưu như nhau và ñịnh mức ñến vạch. ðem ño mật ñộ quang của hai dung dịch ở bước sóng tối ưu (λmax) và cùng một loại cuvet. + Tính kết quả: Theo ñịnh luật Buge – Lambe – Bia và ñịnh luật cộng tính ta có: Ax = ε.l.Cx (dung dịch 1: không thêm dung dịch chuẩn) Aa = ε.l.Cx + ε.l.Ca (dung dịch 2: có thêm dung dịch chuẩn) Từ ñó ta có: x x a a x AC C A A = - e). Phương pháp vi sai: - ðặc ñiểm của phương pháp: + Phương pháp vi sai có thể cho phép xác ñịnh nồng ñộ chất phân tích có nồng ñộ ngoài vùng ñịnh luật Bia nhưng vẫn cho kết quả chính xác. +Phương pháp vi sai cũng hạn chế những sai sót gây ra bởi các ion lạ có trong dung dịch + Phương pháp vi sai hạn chế ñược sai số gây ra do lượng thuốc thử dư. - Nội dung của phương pháp: * Phương pháp vi sai nồng ñộ lớn: + Chuẩn bị 3 dung dịch phức màu: 2 dung dịch chuẩn (C1< C2) và dung dịch nghiên cứu (Cx) ở các ñiều kiện tối ưu. + ðo mật ñộ quang của dung dịch C2 so với C1 → ∆A = ε.l.(C2 – C1) + ðo mật ñộ quang của dung dịch Cx so với C1→ ∆Ax = ε.l.(Cx – C1) Từ ñó ta có: x 2 1 x 1 + A C CC C A ( - ) = ∆ ∆ * Phương pháp vi sai nồng ñộ bé: + Chuẩn bị 3 dung dịch phức màu: 2 dung dịch chuẩn có nồng ñộ C0, C1 (C0 << C1) và dung dịch nghiên cứu (Cx) ở các ñiều kiện tối ưu + ðo mật ñộ quang của dung dịch C1 so với C0 → ∆A = ε.l.(C1 – C0) + ðo mật ñộ quang của dung dịch C1 so với Cx→ ∆Ax = ε.l.(C1 – Cx) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 11 - Từ ñó ta có: x 1 0x 1 + A C CC C A ( - ) = - ∆ ∆ 1.3.5.4. Nghiên cứu các phản ứng tạo phức màu: Phức màu trong phân tích trắc quang cần thoả mãn các yêu cầu sau: - Phức màu phải có ñộ bền cao ñể chuyển hết ion kim loại cần xác ñịnh vào phức màu, phản ứng tạo phức xảy ra hoàn toàn. - Phức màu cần có thành phần không ñổi. - Phức màu cần có hệ số hấp thụ phân tử càng lớn càng tốt. 1.4. Phương pháp iốt(phương pháp phân tích thể tích): 1.4.1. Tính chất oxi hóa khử của iốt: Iốt là chất oxi hóa yếu và iôñua là chất khử yếu I2(rắn) + 2e ⇔ 2 −I VE 5345.00 = I2 có thể oxi hóa ñược chất khử trung bình ( H2S, H2SO3, Sn(II),….) Ion ioñua có thể khử ñược các chất oxi hóa trung bình trở lên ( +3Fe , H2O2, −72OCr , −4MnO …) Iốt ít tan trong nước nhưng dễ dàng tan trong KI do phản ứng tạo phức với ion ioñua: −− ⇔+ 32 )( IIddI (*) Thế chuẩn của cặp −− II 3/3 là 0.5355V Bởi vì iốt ít tan trong nước và lại dễ thăng hoa nên khi chuẩn ñộ iốt thường dùng dư KI và cân bằng oxi hóa khử chủ yếu trong dung dịch là cân bằng (*). 1.4.2. Phương pháp ñịnh lượng iốt: - Phương pháp Iốt thường ñược dùng ñể ñịnh lượng cả chất oxi hóa và chất khử. - Các chất khử có thể ñược chuẩn ñộ trực tiếp bằng iốt hoặc cho tác dụng với iốt lấy dư và sau ñó chuẩn ñộ lượng dư iốt bằng natrithiosunfat Na2S2O3. - Các chất oxi hóa ñược ñịnh lượng bằng cách cho tác dụng với KI dư trong môi trường axit và sau ñó chuẩn ñộ lượng iốt giải phóng ra bằng dung dịch natri thiosunfat Na2S2O3. 1.4.3. Chất chỉ thị dùng trong chuẩn ñộ iốt: - Khi cho hồ tinh bột vào dung dịch iốt loãng thì sẽ xuất hiện màu xanh ñặc trưng. Hồ tinh bột là chất chỉ thị rất nhạy, cho phép dễ dàng xác ñịnh iốt ñến nồng ñộ 10-5M. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 12 - - Hồ tinh bột có ít nhất hai hợp chất khác nhau là amilozơ và amilopectin. Amilozơ tạo phức màu xanh ñậm với −3I , còn amilopectin tạo phức màu tím nhạt. Tuỳ theo loại hồ tinh bột mà tỉ lệ giữa hai loại có khác nhau. Chẳng hạn khoai tây chứa khoảng 20% amilozơ và 80% amilopectin, còn hồ tinh bột hạt chứa hầu hết là amilopectin. - ðộ nhạy của chất chỉ thị tăng lên nhanh khi có lượng nhỏ ioñua. ðộ nhạy giảm khi tăng nhiệt ñộ, ở 500C ñộ nhạy giảm 10 lần so với ñộ nhạy ở 250C. ðộ nhạy cũng giảm khi có mặt rượu etylic và metylic. Khi tỉ lệ rượu etylic vượt quá 50% thì màu xanh không xuất hiện. - Dung dịch hồ tinh bột dễ bị vi khuẩn phân hủy, vì vậy chỉ nên pha chế trước khi dùng. Dung dịch chỉ thị ñã ñể lâu tạo với iốt màu tím hoặc hơi ñỏ, bị mất màu rất chậm khi tác dụng với Na2S2O3 và ñiểm tương ñương xuất hiện không rõ. Người ta thường thêm vào dung dịch này các chất bảo vệ như HgI2, thimol, glixêrin, fomamit. - Khi chuẩn ñộ iốt chỉ nên cho hồ tinh bột khi gần ñạt ñến ñiểm tương ñương, lúc dung dịch ñã chuyển sang màu vàng rơm, vì phức của iốt-hồ tinh bột ít tan trong nước. Cách pha chế dung dịch hồ tinh bột bền: Nghiền 2g tinh bột vào 10mg HgI2 với một ít nước. ðổ huyền phù này vào một lít nước sôi. ðun sôi tiếp dung dịch cho ñến trong suốt, làm nguội, bảo vệ trong bình có nút nhám. 1.4.4. Các nguồn gốc sai số khi chuẩn ñộ iốt: - Sự oxi hóa iốt bởi không khí: 4I- + 4H+ + O2 → 2I2 + 2H2O Phản ứng xảy ra rất chậm trong môi trường trung tính, nhưng phản ứng xảy ra nhanh khi nồng ñộ ion hiñro tăng và khi có ánh sáng. Phản ứng cũng xảy ra nhanh khi có các ion kim loại ña hoá trị làm xúc tác(ñặc biệt là ñồng). Do ñó, không nên ñể lâu dung dịch có chứa I- dư và axit quá thời gian cần thiết ñể phản ứng xảy ra hoàn toàn. ðặc biệt là không nên ñể ở chỗ có ánh sáng. Khi cần ñể lâu thì phải ñuổi hết oxi bằng một luồng khí trơ hoặc CO2. Các vết NO, −2NO cản trở phản ứng chuẩn ñộ vì NO2 - sẽ oxi hóa ion I- thành I2. - Sự mất mát iốt do thăng hoa: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 13 - Cần chuẩn ñộ khi có lượng dư KI ñể giảm nồng ñộ iốt xuống thấp hơn ñộ tan của nó trong nước. Không ñược ñun nóng dung dịch khi chuẩn ñộ và phải ñề phòng sự mất iốt do việc dùng khí trơ ñể ñuổi oxi không khí. 1.4.5. Phản ứng giữa iốt với thiosunfat: Trong dung dịch trung tính hoặc axit yếu, phản ứng giữa iốt và thiosunfat (khi có iốt dư) xảy ra nhanh chóng và theo ñúng quan hệ hợp thức tạo thành tetrathionat −264OS −−−− +⇔+ IOSIOS 32 2643232 (**) Phản ứng trên xảy ra qua các giai ñọan: −−−− −−−− +→+ +⇔+ IOSOSIOS IIOSIOS 2 64 2 3232 323 2 32 2 Chất trung gian không màu S2O3I- phản ứng ñược với ion ioñua: − − −− +⇔+ IOSIIOS 32 26432 Khi nồng ñộ ioñua bé (<0,003M) thì có thể tạo thành một số ion −24SO làm cho quan hệ hợp thức không còn ñúng nữa: −−−− +→++ ISOOHIIOS 10253 242332 ðiều này xảy ra ñáng kể lúc gần cuối chuẩn ñộ Tetrathionat có thể bị iốt dư oxi hoá thành sunfat nhưng tốc ñộ này xảy ra không ñáng kể trong ñiều kiện phân tích thông thường. Nguồn gốc của những sai số: + Có thể thu ñược kết quả chính xác khi chuẩn ñộ iốt bằng thiosunfat trong các dung dịch có pH 8 iốt phản ứng với ion OH- tạo thành axit hopoioñic: −− +⇔+ IHOIOHI 2 ( 1110−≈HOIK ) Và khi có kiềm dư thì tạo thành ion hipoioñua: OH- + HOI = H2O + OI- Hipoioñua oxi hóa thiosunfat một phần thành sunfat. Trong dung dịch kiềm thì sự oxi hóa xảy ra hoàn toàn tạo thành sunfat. Vì lí do trên cần axit hóa dung dịch khi chuẩn ñộ. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 14 - + Dung dịch natri thiosunfat có ñộ bền cao nhất ở khu vực pH từ 9-10. Trong dung dịch kiềm mạnh thiosunfat bị phân hủy: OHSOSOHOS 2232232 34263 ++⇔+ −−−− + Trong dung dịch nước chứa khí cacbonic, thì axit cacbonic cũng phân hủy chậm thiosunfat: Na2S2O3 + H2CO3 → NaHCO3 + NaHSO3 + S + Khi ñộ axit quá lớn thì thiosunfat bị phân hũy tạo thành axit sufurơ và lưu huỳnh: S2O32- + 2H+ → H2SO3 + S H2SO3 cũng khử iốt nhưng 1mol H2SO3 khử hết 1mol I3- H2SO3 + I3- + H2O → SO42- + 4H+ + 3I- trong khi theo (**) thì 1mol S2O32- chỉ khử 0,5mol I3-. Như vậy, khi 1mol thiosunfat chuyển thành 1mol axit sunfurơ thì phải tiêu tốn thêm 0.5mol iốt. Trong trường hợp phải chuẩn ñộ iốt khi có ñộ axit lớn thì phải nhỏ rất chậm dung dịch chuẩn thiosunfat và phải khuấy trộn mạnh. Nhưng không ñược chuẩn ñộ dung dịch thiosunfat trong axit mạnh bằng iốt. Kết luận: Khi chuẩn ñộ các chất oxi hóa mạnh cần ñể cho phản ứng giữa chất oxi hóa và ioñua xảy ra hoàn toàn rồi mới chuẩn ñộ bằng dung dịch thiosunfat, nếu không chất oxi hóa sẽ oxi hóa thiosunfat thành hỗn hợp tetrathionat, sunfat và lưu huỳnh. 1.4.6. Pha chế dung dịch chuẩn thiosunfat: Có thể tinh chế dễ dàng natri thiosunfat bằng cách làm kết tinh nhiều lần từ nước, làm khô ở không khí, nghiền thành bột và cuối cùng sấy khô trên CaCl2.6H2O. Tuy vậy natri thiosunfat rắn khi ñể lâu ở không khí thì bị phân hủy một phần thành S và một chất gần giống như natri sunfit. Các dung dịch natri thiosunfat khi bảo quản sẽ thay ñổi ñộ chuẩn. Do ñó, cần phải xác ñịnh ñộ chuẩn sau khi pha chế, cũng như phải kiểm tra ñộ chuẩn trong thời gian sử dụng. Khi pha chế dung dịch chuẩn thiosunfat phải chú ý một số ñiều kiện sau: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 15 - - Nước dùng ñể pha chế phải ñược diệt khuẩn bằng cách ñun sôi nước cất sạch rồi ñể nguội, bởi vì vi khuẩn có trong không khí và trong nước sẽ phân hủy thiosunfat tạo thành tetrathionat và sunfat. Hoạt ñộng của các vi khuẩn giảm ở pH từ 9-10. Vì vậy, khi pha chế nên kiềm hoá dung dịch bằng cách thêm một ít Na2CO3. Hoạt ñộng của vi khuẩn cũng tăng khi có chiếu sáng và khi tăng nhiệt ñộ. ðể diệt vi khuẩn người ta còn cho thêm một ít lượng chất bảo vệ (Clorofom, HgI2…..). Nước không ñược chứa các vết kim loại nặng ( Fe3+, Cu2+ ) vì chúng làm xúc tác cho quá trình oxi hoá thiosunfat thành sunfat bởi oxi không khí. - ðể pha chế dung dịch thiosunfat 0,1M cần cân 25g Na2S2O3.5H2O, rồi hoà tan trong 1lít nước cất sạch ñã ñược ñun sôi và làm nguội. Thêm 0,1g Na2CO3, có thể thêm vài giọt clorofom hoặc HgI2(10mg/l). Nên ñể lắng một ngày rồi mới chuẩn hoá. - Các dung dịch loãng hơn (C < 0,01M) ñược ñiều chế bằng cách pha loãng các dung dịch ñặc hơn, nhưng cần lưu ý các dung dịch này dễ bị phân hủy hơn và do ñó chỉ nên dùng trong vài tuần lễ là cùng và phải cho chất bảo vệ. 1.5. So sánh 2 phương pháp xác ñịnh NO2- : - Phương pháp trắc quang: + Ưu ñiểm: thực hiện nhanh, thuận lợi, thiết bị ñơn giản, tự ñộng hoá kết quả mang tính khả quan cao, ít sai số. + Nhược ñiểm: phụ thuộc vào thiết bị máy phân tích. - Phương pháp iốt: + Ưu ñiểm: Dụng cụ, hoá chất ñơn giản, rẻ tiền. + Nhược ñiểm: Dung dịch iốt dễ bị ảnh hưởng của các hợp chất vô cơ Xuất hiện sai số do: + Sự oxi hoá bởi không khí + Sự mất mát iốt do thăng hoa PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 16 - CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu: 2.1.1. Dụng cụ: - Các dụng cụ thuỷ tinh: pipet, buret, erlen, bình ñịnh mức, cốc thuỷ tinh có thể tích khác nhau, ñũa thuỷ tinh, phễu lọc. - Các dụng cụ khác: kim tiêm loại 1ml, chia ñộ ñến 0,1ml… 2.1.2. Thiết bị nghiên cứu: - Cân phân tích TE214S (ðức) ñộ chính xác ±0,1mg. - Máy ño quang Motic ño mật ñộ quang với tín hiệu 3 số lẻ sau dấu phẩy, Cuvet có bề dày 1,00cm. 2.2. Hoá chất: 2.2.1. Hoá chất cần dùng ñể xác ñịnh NO2-: - α-naphtylamin, axit sunfanilic. - NaNO2, KI. - Một số hoá chất khác: CH3COOH, K2SO3, NaNO3, H2SO4… 2.2.2. Pha chế dung dịch: Tất cả các hoá chất sử dụng trong khoá luận ñều thuộc loại tinh khiết hoá học hoặc tinh khiết phân tích. - Dung dịch axit sunfanilic: Hoà tan 0,5g axit sunfanilic trong 100ml dung dịch axit axetic 12%. Nước cất 1 lần. (dung dịch Griess A) - α-naphtylamin : Lấy 0,4g α-naphtylamin sạch hoà với vài giọt axit axetic ñặc rồi trộn với 300ml axit axetic 12%. (dung dịch Griess B) Hỗn hợp dung dịch A và dung dịch B theo tỉ lệ thể tích 1:1 gọi là thuốc thử Griess-Ilosvay (gọi tắt là thuốc thử Griess). - Axit axetic 12%: Lấy 125ml axit ñặc hoà với nước ñến 1000ml. - Dung dịch gốc KI 10-2M: Hoà tan 1,660g KI trong 1000ml nước cất, ñựng trong dụng cụ sẫm màu. Chuẩn ñộ lại hằng ngày bằng phương pháp chuẩn ñộ Iốt (chất chuẩn gốc là K2Cr2O7). PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 17 - - Dung dịch gốc NaNO2 10-2M: Hoà tan 0,69g NaNO2 tinh khiết ñã sấy khô ở 1050C trong một giờ bằng nước cất ñến vạch 1000ml. Chuẩn ñộ lại hằng ngày bằng phương pháp chuẩn ñộ Iốt (chất chuẩn là dung dịch K2Cr2O7 ở trên). - Các dung dịch chuẩn NaNO2, KI khác ñược pha từ dung dịch gốc. Dung dịch pha dùng trong ngày. 2.3. Cách tiến hành xác ñịnh NO2-: Dùng pipet chuyển phần mẫu thử ñược lấy vào bình ñịnh mức 50ml. Sau ñó thêm thuốc thử màu. Lắc ñều và pha loãng với nước tới vạch, ñể yên 30 phút. Quan sát sự xuất hiện màu. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 18 - CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu khả năng xác ñịnh ion nitrit bằng thuốc thử Iốt: 3.1.1. Nghiên cứu ñịnh tính NO2- bằng thuốc thử Iốt: Lấy và 2 ống nghiệm lần lượt cho các hóa chất sau: - 1ml CH3COOH 1M + 1ml KI 10-3M. Quan sát không thấy hiện tượng xảy ra, dung dịch không màu. - 1ml NaNO2 10-3M + 1ml CH3COOH 1M + 1ml KI 10-3M. Quan sát thấy mẫu có màu vàng của I2. 3I- + 4H+ +2NO2- → I3- + 2NO↑ + 2H2O Do ñó: có thể xác ñịnh NO2- bằng phương pháp iốt. 3.1.2. Xác ñịnh ñộ nhạy của phản ứng giữa NO2- và I-: Pha một loạt các dung dịch trong bình ñịnh mức 10ml như bảng 3.1: Bảng 3.1: Khảo sát ñộ nhạy của phản ứng giữa NO2- và I- STT bình 1 2 3 4 5 Dung dịch NaNO2 10-4M (ml) 0,1 0,2 0,50 1,0 1,5 Dung dịch CH3COOH 1M (ml) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Dung dịch KI 10-3M (ml) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 ðịnh mức bằng nước cất ñến 10ml. Nồng ñộ NaNO2 sau khi pha (M) 1,0.10-6 2,0.10-6 5,0.10-6 1,0.10-5 1,5.10-5 Quan sát thấy bình thứ 3 mới xuất hiện màu vàng. Vậy nồng ñộ NaNO2 tối thiểu tìm thấy với thuốc thử Iốt là 5,0.10-6M. Do I2 tạo hợp chất màu xanh thẫm với hồ tinh bột nên chúng tôi tiến hành thêm phép xác ñịnh tương tự nhưng có thêm hồ tinh bột. Kết quả thu ñược như bảng 3.2: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 19 - Bảng 3.2: Khảo sát ñộ nhạy của phản ứng giữa NO2- và I- với sự có mặt của hồ tinh bột STT bình 1 2 3 4 5 Dung dịch NaNO2 10-4M (ml) 0,1 0,2 0,50 1,0 1,5 Dung dịch CH3COOH 1M (ml) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Dung dịch KI 10-3M (ml) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Hồ tinh bột (giọt) 1 1 1 1 1 ðịnh mức bằng nước cất ñến 10ml. Nồng ñộ NaNO2 sau khi pha (M) 1,0.10-6 2,0.10-6 5,0.10-6 1,0.10-5 1,5.10-5 Quan sát thấy bình thứ 2 xuất hiện màu xanh. Vậy nồng ñộ NaNO2 tối thiểu tìm thấy với thuốc thử Iốt khi có thêm hồ tinh bột là 2,0.10-6M. Vậy khi có mặt hồ tinh bột làm tăng ñộ nhạy của phản ứng giữa NO2- với I-. 3.2. Nghiên cứu khả năng xác ñịnh ion nitrit bằng thuốc thử Griess- Ilosvay: 3.2.1. Nghiên cứu ñịnh tính NO2- bằng thuốc thử Griess: Lấy vào 2 ống nghiệm lần lượt cho các hóa chất sau: - 1ml axit sunfanilic (dung dịch Griess A) + 1ml α- naphtylamin (dung dịch Griess B). Quan sát không thấy hiện tượng xảy ra, dung dịch không màu. - 1ml NaNO2 10-3M + 1ml dung dịch Griess A + 1ml dung dịch Griess B. Quan sát thấy mẫu có màu hồng. ðầu tiên ion nitrit phản ứng với axit sunfanilic tạo thành muối ñiazo: Sau ñó muối này phản ứng với α - naphtylamin tạo thành hợp chất azo có màu hồng. Do ñó: có thể xác ñịnh NO2- bằng phương pháp trắc quang. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 20 - 3.2.2. Xác ñịnh ñộ nhạy của phản ứng giữa NO2- và thuốc thử Griess-Ilosvay: a) Quan sát bằng mắt thường: Pha một loạt các dung dịch trong bình ñịnh mức 10ml như bảng 3.3: Bảng 3.3: Khảo sát ñộ nhạy của phản ứng giữa NO2- và thuốc thử Griess (quan sát bằng mắt thường) STT bình 1 2 3 4 5 Dung dịch NaNO2 10-4M (ml) 0,1 0,2 0,50 1,0 1,5 Dung dịch Griess A (ml) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Dung dịch Griess B (ml) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 ðịnh mức bằng nước cất ñến 10ml. Nồng ñộ NaNO2 sau khi pha (M) 1,0.10-6 2,0.10-6 5,0.10-6 1,0.10-5 1,5.10-5 Quan sát thấy bình thứ 2 xuất hiện màu hồng. Vậy nồng ñộ NaNO2 tối thiểu tìm thấy với thuốc thử Griess – Ilosvay là 2,0.10-6M. b) Sử dụng máy ño quang Motic: Chúng tôi tiến hành ño mật ñộ quang của dãy dung dịch ở trên. Kết quả thu ñược như bảng 3.4: Bảng 3.4: Khảo sát ñộ nhạy của phản ứng giữa NO2- và thuốc thử Griess (ño mật ñộ quang) STT bình 1 2 3 4 5 Dung dịch NaNO2 10-4M (ml) 0,1 0,2 0,50 1,0 1,5 Dung dịch Griess A (ml) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Dung dịch Griess B (ml) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 ðịnh mức bằng nước cất ñến 10ml. Nồng ñộ NaNO2 sau khi pha (M) 1,0.10-6 2,0.10-6 5,0.10-6 1,0.10-5 1,5.10-5 Mật ñộ quang 0,009 0,020 0,051 0,096 0,142 Từ kết quả thu ñược chúng tôi vẽ ñồ thị sự phụ thuộc mật ñộ quang vào nồng ñộ, kết quả ñược trình bày ở hình 3.1 sau ñây: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 21 - Hình 3.1. ðồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật ñộ quang vào nồng ñộ nitrit Từ ñồ thị thu ñược chúng tôi thu ñược phương trình ñường chuẩn: A = 9440,2.C + 0,0013 → Hệ số hấp thụ phân tử gam của phức của NO2- với thuốc thử Griess–Ilosvay là ε = 9440,2 (l.mol-1.cm-1). Trong phân tích trắc quang, ñộ nhạy là nồng ñộ thấp nhất của chất ñược phát hiện khi mật ñộ quang là 0,001. Vậy ta có: -7min min A 0,001C = = = 1,059.10 M ε.l 9440,2 Trong ñó ε là hệ số hấp thụ phân tử gam, l là chiều dày cuvet(1,0cm). Như vậy ñộ nhạy của phép phân tích NO2- bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử Griess–Ilosvay là: 1,059.10-7 M. Ta thấy ñộ nhạy của phương pháp trắc quang là tốt hơn rất nhiều so với phương pháp so màu bằng mắt thường. 3.2.3. So sánh ñộ nhạy của phản ứng NO2- với hai thuốc thử I- và Griess: - Thuốc thử Iôt: CNaNO2min = 2.10 -6 M (có thêm hồ tinh bột) - Thuốc thử Griess: CNaNO2min = 1,059.10 -7 M (phương pháp ño quang) Dựa vào kết quả trên ta thấy phương pháp ño quang với thuốc thử Griess – Ilosvay xác ñịnh ñược nồng ñộ NaNO2 nhỏ hơn khoảng 20 lần lần so với phương pháp dùng thuốc thử Iốt. Do ñó tôi chọn phương pháp trắc quang. Tuy nhiên pha chế thuốc thử Griess - Ilosvay phức tạp hơn rất nhiều so với thuốc thử I- PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 22 - 3.3. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số ion ñến việc xác ñịnh ion nitrit bằng thuốc thử Griess – Ilosvay theo phương pháp trắc quang: Các ion gây cản trở phản ứng giữa ion nitrit với thuốc thử Griess là SO32-, I- … làm giảm ñộ nhạy của phản ứng. Vì vậy chúng tôi tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của ion SO32-, I- ñến ñộ nhạy của phản ứng giữa NO2- với thuốc thử Griess – Ilosvay như bảng 3.5 sau: Bảng 3.5: Khảo sát ảnh hưởng của ion I, SO32- ñến ñộ nhạy của phản ứng giữa NO2- và thuốc thử Griess STT bình 1 2 3 4 5 Dung dịch NaNO2 10-4M (ml) 0,1 0,2 0,50 1,0 1,5 Dung dịch KI 10-3M (ml) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Dung dịch K2SO3 10-3M (ml) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Dung dịch Griess A (ml) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Dung dịch Griess B (ml) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 ðịnh mức bằng nước cất ñến 10ml. Nồng ñộ NaNO2 sau khi pha (M) 1,0.10-6 2,0.10-6 5,0.10-6 1,0.10-5 1,5.10-5 Quan sát thấy bình thứ 3 mới xuất hiện màu hồng. Vậy nồng ñộ NaNO2 tối thiểu tìm thấy là 5,0.10-6M. Vậy khi có mặt các ion I-, SO32- ñã làm ảnh hưởng ñến ñộ nhạy của phản ứng. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 23 - KẾT LUẬN Qua nghiên cứu các ñặc ñiểm của phản ứng giữa NO2- với thuốc thử I- và thuốc thử Griess – Ilosvay chúng tôi có nhận xét như sau: - Phương pháp xác ñịnh NO2- với thuốc thử Griess – Ilosvay có ñộ nhạy cao hơn phương pháp dùng thuốc thử I- khoảng 20 lần. - Các ion SO32- và I- có ảnh hưởng ñến ñộ nhạy của phản ứng nhưng với nồng ñộ khá lớn so với nồng ñộ NO2-. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: - 24 - TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Tinh Dung (2003), Hoá phân tích III, NXBGD. 2. Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-VIS, NXB ðHQG Hà Nội. 3. Hoàng Nhâm (2004), Hoá vô cơ II, NXBGD. 4. Trần Thị Phụng (2008), Xác ñịnh hàm lượng các anion vô cơ trong nước thải kí túc xá trường ðHSP ðồng Tháp, Khóa luận tốt nghiệp, ðại học ðồng Tháp. 5. Hồ Viết Quý (1999), Các phương pháp phân tích quang học trong hoá học, NXB ðHQG Hà Nội. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial ::