Thuốc thứ hữu cơ trong hóa phân tích

dịch acid sulfuric: pKa(Rhodamine 6G) = -1,1; pKa(3GO) = -0,4; pKa(4G) = -0,21; pKa(3C) = - X1 X2 O C N+ COOC2H5 X3 C2H5 C2H5 Cl- N O H5C2 H5C2 C N C2H5 C2H5 C O O 254 0,02. XI.4. CÁC MUỐI AMONI BẬC 4 1. Các lưu ý chung Các muối amoni bậc 4 có một hay nhiều nhóm alkyl mạch dài đóng vai trò quan trọng như là một thuốc thử phân tích. Các ứng dụng phân tích dựa trên 2 chức năng của các ion amoni bậc 4. Một là dùng như một thuốc thử dạng cation trong sự chiết cặp ion của các kim loại như các phức anion. Thứ hai là dùng như thuốc thử dạng micelle cation trong phép xác định bằng đo quang hàm lượng các kim loại. Như trong trường hợp các alkylamin mạch dài, nhiều loại muối amoni bậc 4 khác nhau đang còn được sử dụng như là các thuốc thử dạng cation trong việc tách các kim loại. Các ion kim loại được chiết như các phức anion của các phối tử vô cơ (Cl-, NO3-, SCN-, CN-, ...) hay các phối tử anion vô cơ. Ngược lại đối với các alkylamin mạch dài, việc chiết kim loại có thể được thực hiện ở ngay cả môi trường trung tính hoặc kiềm, tới một chừng mức mà phức anion tránh được sự thuỷ phân, vì ion amoni bậc 4 không cần proton để tách anion. Cân bằng chiết với ion amoni bậc 4 có thể được viết như sau: ( ) ( ) ( ) ( )m nm n4 n 4 nm nm n R N Cl ML R N ML m n Cl−− − −−− + + + − Trong đó MLnm-n là phức anion của ion kim loại (Mm+) với phối tử (L-). Khả năng chiết ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như trong trường hợp chiết alkylamin mạch dài. Bảng XII.4.1 thể hiện ảnh hưởng của các dung môi và các ion amoni bậc 4 lên khả năng chiết phức sắt(III)–pyrocatechol–4–sulfonate. Acid pyrocatechol–4– sulfonic (H3L) có dạng một chất chelate anion tan màu đỏ với Fe(III) (Fe(HL)33-; λmax = 480nm) có thể được chiết với ion amoni bậc 4. Quá trình chiết dễ dàng hơn nếu tăng các nhóm alkyl mạch dài của các ion amoni và tăng hằng số điện môi của các dung môi chiết. Quá trình chiết sẽ hiệu quả hơn với các ion amoni bậc 4 có mạch alkyl dài hơn. Các dung môi sau được xếp theo chiều giảm dần trong quá trình chiết phức Sn– Pyrocatechol Violet: (C16H33)(CH3)3NBr > (C4H9)4NBr > (C2H5)4NBr Các ion amoni bậc 4 có 1 hay 2 nhóm alkyl mạch dài hoà tan tốt trong nước và được xem như là chất hoạt động bề mặt, trong khi các ion amoni có 3 nhóm alkyl mạch dài hầu như không tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ phân cực hay không phân cực và chúng được xem như là chất lỏng trao đổi anion. Về việc lựa chọn quá trình chiết các anion hay các phức anion, quá trình chiết nói chung sẽ dễ dàng khi gia tăng kích thước và giảm điện tích. Tuy nhiên vẫn xảy ra nhiều trường hợp ngoại lệ. Ví dụ trong phép chiết dung dịch dichloroethane của trioctylmethylamoni chloride, khi lựa chọn phức EDTA thì FeY(OH)23- > FeY(OH)2- > FeY- và VO2Y3- > VO2HY2-. Irving cũng đã tìm ra các cách lựa chọn để chiết phức anion cyano như sau với tetrahexylamoni erdmanate trong MIBK: M(CN)2 > ClO4- >> M(CN)42- >> Fe(CN)63- trong khi việc chọn Fe(CN)63- là cao hơn ClO4- trong quá trình chiết trioctylmethylamoni chloride–chlorobenzene. 255 Bảng XII.4.1: ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC DUNG MÔI VÀ CÁC ION AMONI BẬC 4 LÊN KHẢ NĂNG CHIẾT CỦA PHỨC Fe-PYROCATECHOL-4-SULFONATE (Hấp thu ở 480nm) Dung môi Hằng số điện môi Trimetylbenzyl amoni chloride Tetradecyldimethyl benzylamoni chloride Dialkylmonomethyl benzylamoni CCl4 2,23 – – 0,623 CHCl3 4,80 – 0,475 0,628 C2H4Cl2 10,36 – 0,655 0,625 C6H6 2,28 – 0,242 6,250 C6H4Cl2 9,93 – 0,632 0,630 C6H5NO2 34,82 – 0,585 – * Ghi chú: pH: 9,9 – 10,1; Fe(III): 1,00.10-4M; Pyrocatechol–4–sulfonate: 1,50.10-3M; muối amoni bậc 4: 0,010M; KCl: 0,10M. Do đó, nhiều kết quả thực nghiệm cần có được kết luận trên sự lựa chọn quá trình chiết trao đổi ion với muối amoni bậc 4. Tuy nhiên gần như là khả năng chiết phụ thuộc phần lớn vào loại muối amoni bậc 4 và loại dung môi được sử dụng. Như nhận xét đã được nêu trên, các muối amoni bậc 4 có một hay hai nhóm alkyl mạch dài được xem như là chất hoạt động bề mặt, có dạng là một micell dương ở nồng độ vừa trên CMC (nồng độ micel tới hạn). Các phản ứng tạo phức trên bề mặt của các micel dương thì hoàn toàn khác với khi chúng xảy trong dung dịch nước đơn giản, tạo thành một chất chelate với tỉ lệ phối tử so với kim loại cao hơn là trong hệ nước. Ảnh hưởng này thường cho kết quả là chuyển đổi hướng hồng và sự gia tăng khả năng thu hút phân tử gam của các phức chelate kim loại có màu. Các ví dụ sẽ được trình bày trong những mục sau. 2. Tầm quan trọng của các muối amoni bậc 4 trong phân tích Các muối amoni bậc 4 thường được sử dụng như là thuốc thử phân tích như: ⎯ Tetradecyldimethylbenzylammonium chloride (Zephiramine). ⎯ Cetyltrimethylammonium chloride (CTMAC) và bromine (CTMAB). ⎯ Hydroxydodecyltrimethylammonium bromide (HDTMB). ⎯ Dialkylmonomethylbenzylammonium bromide (AMBB) và chloride (AMBC) ⎯ Dodecyloctylmethylbenzylammonium chloride (DOMBC). ⎯ Trioctylmethylammonium chloride (Aliquat 336S). + Tetradecyldimethylbenzylammonium chloride (Myristyldimethylbenzylammonium chloride, benzalkonium chloride) 256 Có giá trị thương mại, Zephiramine là một cấp độ phân tích của loại vật liệu này. Nó là một chất bột thơm màu vàng nhạt hay không màu, có vị rất đắng và chứa một lượng nhỏ nước. Nó hút ẩm và tan nhiều trong nước, cồn và aceton, tan ít trong benzene và cũng hầu như là không tan trong ether. Dung dịch nước là chất kiềm yếu và sủi nhiều bọt khi lắc. CMC 3,7.10-4M hay 1,5.10-3M. D (dung môi hữu cơ/nước): 0,09 (benzene, toluene), 2,4 (1,2–dichloroethane), 11(chloroform), 0,10 (carbon tetrachloride), và 0,53 (MIBK). Muối amoni bậc 4 có thể được phân tích bằng phương pháp chiết trắc quang cặp ion bằng cách sử dụng tetrabromophenolphthalein ethylester trong 1,2–dichloroethane (pH 7,5; λmax = 610nm; ε = 7,3.104). + CTMAC (Cetyltrimethylammonium chloride) và CTMAB (Bromide) Là một chất bột hút ẩm không màu có giá trị thương mại, dễ tan trong nước, cồn và aceton. Dung dịch nước sủi bọt mạnh khi lắc. Nó cũng là chất hoạt động bề mặt tương tự như tetradecyldimethylbenzylammonium chloride và thuốc thử chiết cặp ion, CMC 1.10-4M. + Trioctylmethylammonium chloride (Tricaprylmethylammonium chloride) Có giá trị thương mại như Aliquat 336S hay Capriquat chứa nhiều phần nhỏ đồng phân C10 và có khối lượng mol trung bình 442. Nó là một chất dầu nhớt màu nâu vàng, chứa lượng nhỏ nước và hầu như không tan trong nước nhưng dễ tan trong các dung môi hữu cơ thông thường như kerosene (100g/100ml, 0 – 60oC); D(C6H5Cl/H2O) ≈10 ([Cl-] = 10-3M). Hằng số chiết trao đổi anion KexQCl = ([QCl]org.[X-]/[QX]org.[Cl-]) được cho trên hệ nước–chlorobenzene; log KexQCl = 1,34 đối với Br-, 1,81 đối với NO3-, 3,32 đối với I- C25H54NCl KLPT = 404,16 (CH2)7CH3 (CH2)7CH3 Cl-CH3-N-(CH2)7CH3 CTMAC (X = Cl). CTPT: C19H42NCl. KLPT = 320,00. CTMAB (X = Br). CTPT: C19H42NBr KLPT = 364,45. CH3(CH2)15 N + CH3 CH3 CH3 X- C23H42NCl KLPT =368,04 CH3(CH2)15 N + CH2 CH3 CH3 Cl- 257 , 3,80 đối với PAR-, 4,47 đối với ClO4- và 10,41 đối với Fe(CN)63-. Khi các ion kim loại được chiết như các phức anion, khả năng chiết phụ thuộc nhiều vào nồng độ của acid. Hình 1 minh họa phần phụ thuộc acid của phương pháp chiết kim loại với Aliquat 336S. Thuốc thử có giá trị thương mại có thể được làm cho tinh khiết bằng các bước sau: Hoà tan 50g thuốc thử vào 100ml chloroform. Lắc đều dung dịch với 200ml dung dịch xút 20% trong 10 phút và sau đó là với 200ml dung dịch natri clorua 20% trong 10 phút. Rửa dung dịch cân bằng với lượng nhỏ nước và lọc qua giấy lọc khô. 3. Các ứng dụng phân tích Sử dụng như thuốc thử chiết cặp ion. ⎯ Các phức anion có màu cao có thể được chiết như một cặp ion với ion amoni bậc 4 để chuyển về dung môi hữu cơ trong phương pháp trắc quang sau đó. Các phương pháp chiết các phức anion hữu cơ và vô cơ khác nhau đang được thực hiện và một số ví dụ thành công được tóm tắt trong bảng XII.4.2 Sử dụng như một chất cation hoạt động bề mặt. Như phần trình bày ở trên, quá trình tạo phức trên mặt phân cách của micel dương cho kết quả là làm tăng độ nhạy phương pháp trắc quang, do sự hình thành của các Hình 2 Hình 1 258 phức chelate kim loại với tỉ lệ phối tử đối với kim loại cao hơn. Hình 2 minh hoạ phổ hấp thu của Eriochrome Cyanine R và các phức chelate Be của nó với sự có mặt hay không có mặt chất cation hoạt động bề mặt (Zephiramine). Trong khi phổ hấp thu của thuốc thử tự do không bị ảnh hưởng nhiều bởi sự có mặt của chất hoạt động bề mặt, phức chelate Be đó cho thấy một sự chuyển đổi hướng hồng nổi bật kèm theo sự gia tăng cường độ hấp thu. Kết quả là độ nhạy cao hơn với ít thuốc thử mẫu trắng có thể thực hiện được bằng cách sử dụng chất hoạt động bề mặt cation. Một thể tích lớn có thể được thực hiện trong lĩnh vực này, và một vài ví dụ được tóm tắt trong bảng XII.4.3. XI.5. TETRAPHENYLASEN CHLORIDE (TPAC) VÀ CÁC MUỐI ONIUM KHÁC 1. Nguồn gốc và phương pháp tổng hợp Có giá trị thương mại; được tổng hợp bằng sự phản ứng của phenyl magan bromua với triphenyl asen oxit. 2. Ứng dụng Là một sự kết tủa các anion bằng thuốc thử, đặc biệt là các anion oxo và các phức anion. Khi các chất kết tủa này được chiết được vào chloroform, nó cũng đang được sử dụng như một thuốc thử chiết cho các anion như thế. 3. Tính chất thuốc thử TPAC thu được khi hydrate 2 lần hoặc làm khan đến khi xuất hiện tinh thể hình kim không màu, điểm nóng chảy từ 256 đến 257oC (hay 259,5 đến 261oC). Thuốc thử ở thể rắn thì ổn định. Thuốc thử dễ tan trong nước (0,99M, khử nước ở 25oC), tan tốt trong chloroform (0,70M muối khan). Nó polime hoá trong chloroform tạo dime (β2 = [(LCl)2]/[LCl]2 = 163) và tetrame (β4 = 4,5.105). Trong một phép đo thường, chỉ 16% thuốc thử là monomeric trong chloroform 0,06M của dung dịch TPAC. Trong dung dịch nước, TPAC tồn tại dạng monome, hằng số phân ly và hằng số phân ly của monome thu được là K = [L+}.{Cl-]/[LCl} = 0,082 (μ = 0,1, 25oC) và KD = (CHCl3/H2O) = 3,7 (μ = 0,1, 25oC). 4. Phản ứng với các anion Các anion oxo và các phức anion tương đối nhiều dạng tạo bởi các muối không hoà tan với TPAC (ví dụ cho, Ksp(L.ClO4) = 2,6.10-9 và Ksp (L.ReO4) = 3,7.10-9, 20oC), và các muối này có thể chiết như cặp ion vào chloroform hay giống các dung môi phân cực nhỏ. Tính tan của một vài muối TPAC trong dung môi hữu cơ được tóm tắt trong As + Cl- L+Cl- C24H20ClAs KLPT: 418,80 259 bảng XII.5.1. Trong môi trường tính acid vừa phải, nồng độ cation As không làm ảnh hưởng nhiều bằng ion hydro, để cho tỷ số chiết thường không phụ thuộc pH. Tuy nhiên, trong trường hợp của các ion oxo, có thể làm cho proton sinh ra lúc tính acid cao, kết quả là tỷ số chiết giảm đi. Cũng như trường hợp của các phức anion, nồng độ các phối tử anion rất ảnh hưởng đến tỷ số chiết. Hệ số chiết của các anion chung và anion oxo khác về độ rộng khoảng pH được tóm tắt trong bảng XII.5.2. Sự chiết các phức chloro đang được nghiên cứu chi tiết như một hàm số của nồng độ HCl. Một phần kết quả được trình bày trong bảng XII.5.3. Sự chiết của các phức anion khác như là phức flo và thiocyanat cũng đã được nghiên cứu. 5. Sự tinh chế và độ tinh khiết của thuốc thử TPAC có thể được tinh chế bằng cách thêm acid HCl đậm đặc đến khi bão hoà dung dịch TPAC để kết tủa L.C.HCl.2H2O, sau đó hoà tan kết tủa vào trong nước, trung hoà bằng Na2CO3, làm bay hơi cho đến khô hoàn toàn, chiết bằng chloroform, sau cùng thì trong suốt, nếu từ ethanol bằng cách thêm ether. Dung dịch TPAC tinh khiết cần phải sạch và không màu. Các chất không tinh khiết có thể cho dung dịch đục một chút mà có thể lọc qua giấy lọc sau đó xử lý bằng Celit. Độ tinh khiết của TPAC có thể được phân tích bằng phương pháp chiết chắc quang với các anion mang màu cao như chelate V–PAR (λ = 560nm; ε = 9,3.104, 0,1 đến 5.10-5M TPAC). 6. Các ứng dụng trong phân tích ⎯ Sử dụng như thuốc thử chiết. TPAC đã được thừa nhận rộng rãi như một thuốc thử cặp ion để chiết kim loại. Điều kiện phân ly của nhiều nguyên tố khác nhau có thể tìm được trong bảng XII.5.2 và XII.5.3. Nếu anion có độ màu cao, như vậy các nguyên tố có thể xác định được bằng cách đo độ hấp thụ quang học sau khi chiết. Vài ví dụ được tóm tắt trong bảng XII.5.4. ⎯ Sử dụng hỗn hợp. TPAC đang được dùng như một thuốc thử để kết tủa các anion trong phép phân tích trọng lượng, nhóm phân ly hay xác định. Phép kết tủa có hiệu quả với các anion lớn hơn một điện tử. Thông thường, hệ số chiết các anion có tính tan trong nước thấp dùng cho phương pháp kết tủa định lượng. TPAC cũng dùng để chuẩn độ cho phép chuẩn độ kết tủa các anion với điểm kết thúc bằng máy đo ampe hay với sự lựa chọn điện cực anion. 7. Tầm quan trọng của các muối Onium khác trong phân tích ⎯ Tetra phenyl phospho chlorua (TPPC). 260 TPPC là bột tinh thể không màu, nhiệt độ nóng chảy 274 – 278oC và rất dễ tan trong nước. E1/2= –1,790V (KCl 0,1M). TPPC có tính chất tương tự TPAC trong phép kết tủa và chiết các anion và đang được dùng cho các mục đích giống nhau. Ksp(L.ClO4) = 4,6.10-9,6, Ksp(L.ReO4) = 2,1.10-9 (20oC), và Ksp(L.(C6H5)4B) = 1,1 đến 1,4.10-8. Hệ số chiết của cặp ion TPPC trong hệ chloroform–nước thì gần giống giá trị của cặp ion TPAC. Các giá trị E cho một vài anion như là Cl- 0,18; Br- 3,4; I- 60; SCN- >380; ClO3- > 100; BrO3- 0,5; ClO4- > 200; MnO4- > 300; ReO4- > 600; NO3- 5,0; NO2- 0,1; và CrO4-: 25 (pH = 2,4), 0,05 (pH = 11,5). Cặp ion TPPC gián tiếp tan trong chloroform nhiều hơn là cặp ion TPAC tương ứng. ⎯ Tetraphenyl stibi sunfat ((C6H5)4Sb.½SO4) được biết đến để chiết F- vào chloroform hay tetra carbon chlorua. ⎯ Triphenyl Selen Chlorua và trietyl telu chlorua. Cả hai thuốc thử đều là dạng bột tinh thể không màu mà dễ dàng tan trong nước. Cả hai chất cũng tương tự đối với TPAC dùng để kết tủa và chiết các anion. So với cách dùng như một thuốc thử để chiết và kết tủa, các thuốc thử còn được sử dụng như một thuốc thử xác định Bi mà cho kết tủa màu đỏ cam trong dung dịch KI. (giới hạn xác định 0,11μg, giới hạn pha loãng 1: 9,5.105.) Vài muối onium khác như là 2,4,6–triphenyl pyri chlorua và 1,2,4,6–tetra phenyl pyri acetat được đề nghị làm thuốc thử giống như mục đích trên. XI.6. 1,3–DIPHENYLGUANIDINE CTPT: C13H13N3. KLPT = 211,27. 1. Tên gọi khác C NH NH NH P + Cl- L+Cl- C24H20ClP KLPT: 374,85 261 Molaniline. 2. Nguồn gốc và phương pháp của sự tổng hợp Thương mại sẵn có. Nó được tổng hợp bởi phản ứng của Diphenylthiourea với ammoniac. 3. Ứng dụng trong phân tích Dạng có thêm một proton của thuốc thử (ion diphenylguanidium) được dùng cho việc chiết cặp ion của các ion kim loại như các anion phức tạp. Nó cũng được giới thiệu như là một vật chất đầu tiên cho một acid tiêu chuẩn. Đặc tính của thuốc thử: Là một tinh thể không màu, nhiệt độ nóng chảy 148oC (phân hủy ở 170oC) và chỉ tan ít trong nước nhưng tan được nhiều trong rượu, chloroform, benzene nóng, toluene nóng. Nó cũng dễ dàng tan trong acid vô cơ loãng. Dung dịch của nó (trong nước) tan mạnh trong dung dịch kiềm. Thuốc thử ở dạng rắn có thể được bảo quản trong một chai thủy tinh có nút đậy để không bị hư, nhưng thuốc thử ở dạng dung dịch với nước thì không giữ được lâu bởi vì thuốc thử sẽ bị thuỷ phân tạo thành urea. Cách thức chiết với Diphenylguanidine: Diphenylguanidine được xem như là một nền tảng khá vững chắc, nó tồn tại dưới dạng Ion Guanidinium trong acid xem như là trung tính. Phù hợp với tính chất của nó, thuốc thử này có thể được dùng như một thuốc thử cation để tách, chiết các ion kim loại ở dạng phức anion một cách đa dạng và rộng rãi. Sự chiết cặp ion kim loại không chỉ dùng để tách kim loại mà còn được dùng để đo quang sau đó. Ở công đoạn cuối cùng, màu rõ rệt của ion được chiết với ion diphenylguanidinium, từ thuốc thử không màu. Một vài ví dụ điển hình của việc chiết kim loại với thuốc thử dipheylguanidine được tóm tắt trong bảng XII.6.1 XI.7. DIANTIPYRYLMETHANE CTPT: C23H26O3N4.H2O. KLPT = 424,50. 1. Tên gọi khác 1,1’–Diantipyrilmethane; 4,4–methylenediantipyrine, DAM, DAPM, MDAP. 2. Nguồn gốc và phương pháp tổng hợp Trong công nghiệp nó được tạo bởi sự ngưng tụ của antipyrine với formaladehyde trong HCl. CH2 N N C C C H3C O H3C C C N N C O CH3 CH3 262 3. Ứng dụng trong phân tích Khi thêm proton vào cấu trúc của thuốc thử thì được sử dụng giống như những cation không ngậm nước trong chiết cặp ion với những anion phức tạp và đa dạng trong quá trình chiết. Nó thì hầu như được sử dụng giống như một dạng thuốc thử tạo màu cho phản ứng giữa Ti và một số kim loại dễ bị oxy hoá.. 4. Tính chất thuốc thử Nó có dạng đơn tinh thể không màu, nhiệt độ sôi 155 đến 157oC (với sự phân huỷ) và nó không tan trong nước (0,04%) nhưng dễ hoà tan trong dung dịch chloroform (17,6%, 20oC), tan ít trong dung dịch benzene (1,7%) và carbon tetrachlorua (0,28%) cho dung dịch không màu. Thuốc thử này bền ở trạng thái rắn cũng giống như ở trạng thái dung dịch, nó là một bazơ yếu và bị proton trong acid trung bình bởi nhóm carbonyl với 1 hoặc 2 H+, pKa(HL+) = 9,96 (trong methylethylketone). 5. Các dạng của thuốc thử phân tích Thuốc thử Diantipyrylmethane trong phân tích có 2 dạng, một dạng là thuốc thử cation dạng bị proton (HL+ hoặc H2L2+) và dạng thứ 2 là thuốc thử màu phối trí với ion kim loại dễ bị oxy hoá. ⎯ Thuốc thử dạng cation: Khi thuốc thử bị proton thành cặp ion với những ainon phức tạp như Cl-, Br-, I-, SCN-, NO3- và CN- cùng kim loại khác. Những cặp ion này tan ít trong nước, nhưng có thể chiết vào dung dịch chloroform hoặc didhloroethane. Các dạng này được dùng trong phép phân tích trọng lượng của kim loại và sự phân ly của kim loại bởi dung môi chiết. Những cặp ion ở trạng thái phức tạp đã được dùng trong phương pháp phân tích trọng lượng là (HL)2CdX4, (HL)2CoX4, (HL)2IrX6, (HL)2ReX6 (H2L)HgX4, (HL)2OsX6, (HL)BiX4 và (HL)TlX4, với X không có sự hiện diện của Cl- ,Br- ,I- hoặc SCN-. Những ion kim loại mà hình thành dạng mạch vòng hoặc dạng phức thiocyanat, có thể phân huỷ bởi cặp ion chiết với diantipyrylmethane từ ion kim loại không tạo phức anion. Ví dụ Bi, Cd, Cu(II), Ga, In, Sb(III), Sn(IV), Te(IV) và Tl(III) có thể chiết từ HCl 2,5 – 3N; Bi, Cd, Pd, Sb(III) và Sn(IV) có thể chiết từ dung dịch KI 3% đã acid hoá với H2SO4; Hf, Mo, Nb, Ta, W và Zn có thể chiết từ HF 0,5 – 4N có chứa H2SO4, và Fe(III), Hf(IV), Hg(II), Pd(II), Sc, The, Th, Tl(III) và Zr có thể chiết từ acid trung bình trichloroacetic có chứa H2SO4. Một vài ví dụ về sự tách chiết với diantipyrylmethane được trình bày ở bảng XII.7.1. ⎯ Thuốc thử tạo màu: Mặc dù có cấu trúc phối trí chính xác của phức chưa được biết trước, diantipyrylmethane có dạng phức màu với một vài ion kim loại dễ bị oxy hoá, như là: Fe(III) (màu đỏ cam; λmax = 450nm, ε = 5,4.103), Mo(VI) (màu vàng nhạt), Ti (màu vàng) và U(VI) (màu vàng). Phản ứng xảy ra với Ti(IV) thì có chọn lọc cao và độ nhạy lớn (HCl 0,5 – 4N, [TiL3]4+, λmax = 385 – 390nm; ε = 1,5.104, TiO2 = 0,2 – 3ppm) hơn với H2O2. Phức này 263 cũng có thể chiết trong chloroform với sự có mặt của thuốc thử hữu cơ phù hợp hoặc anion vô cơ rồi đem đo quang. 6. Mối quan hệ cấu trúc với các thuốc thử khác Phần lớn các dẫn xuất của diantipyrylalkane thì được xem như là một thuốc thử phân tích. Một vài ví dụ được trình bày như sau: ⎯ Diantipyrylmethylmethane(1,1–diantipyrylethane, R = CH3): thuốc thử cho Sb(III). ⎯ Diantipyrylpropylmethane (1,1–diantipyrylbutane, R = C3H7): thuốc thử cho Ir, Rh, và Ru. ⎯ Diantipyrylbenzomethane (α,α’–diantipyryltoluene, R = C6H5): thuốc thử cho Ti(IV) và V(V). ⎯ Diantipyryl–2–hydroxylphenylmethane (R = o–C6H4OH): thuốc thử cho Ti(IV). ⎯ Hexyldiantipyrylmethane (R = n–C6H13): Hầu hết tan trong dung môi hữu cơ, 54% trong benzene và 66% trong chloroform. ⎯ Disulfodiantipyrylmethane(bis(1–p–sufophenyl–2,3–dimethylpyzazol–5–onyl) methane): Thuốc thử cho Fe và Ti. ⎯ Dithioantipyrylmethane (4,4’–methylene–bis(1,5–dimethyl–2–phenylpyrazolin–3– thione): Thuốc thử cho Au, Bi, Mo, Te, Tl(III). XI.8. NATRI TETRAPHENYLBORATE CTPT: C24H20BNa. KLPT = 342,22. 1. Tên gọi khác Tetraphenylboron, muối natri, Na-TPB, Kalignost, Kalibor. B - Na+ C N N C C C H3C O H3C C C N N C O CH3 CH3 R H 264 2. Nguồn gốc và phương pháp tổng hợp Thuốc thử này phổ biến trên thị trường. Nó được tổng hợp từ phản ứng giữa phenylmagnesium bromide với BF3, sinh ra bởi sự thuỷ phân khi có NaCl. 3. Ứng dụng Như là một thuốc thử kết tủa cho ion kim loại kiềm nặng (K, Rb, Cs) và ion NH4+, bao gồm các chất hữu cơ cơ bản. 4. Tính chất của thuốc thử Ở dạng tinh khiết là những tinh thể không màu, dễ tan trong nước (30g/100ml) tạo ra dung dịch trong suốt. Nó cũng tan trong methanol, ethanol, acetone và ether. Tuy nhiên, trong thương nghiệp mẫu bị hư hỏng thì có màu nâu nhạt và cho dung dịch đục khi tan trong nước. Thuốc thử rắn tinh khiết tương đối bền và có thể giữ được vài tháng mà không bị phân huỷ khi được lưu trong kho tối và mát. Thuốc thử kém tinh khiết thì bị phân huỷ nhanh, cho mùi đặt trưng của phenol và biphenyl và. Ở dạng dung dịch thì bền ở pH = 7, nếu bảo quản tránh ánh sáng trực tiếp (phân huỷ 0,1% sau 9 tuần tại pH = 9,9), nhưng rất dễ bị phân huỷ trong môi trường acid vì anion TPB thì bị proton hoá tạo thành phenol, biphenyl và acid boric. 5. Phản ứng với các cation Ion TPB phản ứng tạo kết tủa trắng với các ion kim loại hoá trị một có bán kính ion lớn (K, Rb, Cs, Tl(I) và Ag) và ion NH4+, bao gồm những amin và ion amoni bậc bốn, nhưng muối của Li và Na thì dễ dàng tan trong nước. Những ion kim loại đa hoá trị không cho kết tủa với anion TPB, nhưng Cu(II) thì bị khử thành Cu(I) và kết tủa với anion TPB dưới dạng Cu(I)–TPB. Những hợp chất Onium khác không phải ion NH4+ như PH4+, AsH4+, SbR4+, BiH4+, =N≡N, SR4+, cũng bị kết tủa bởi anion TPB. Li-TPB tan ít trong ether và chloroform nhưng Na-TPB khôn tan. Độ tan tăng khi nhiệt độ giảm. Các kết tủa kiềm như K-TPB thì bị hòa tan trong dung môi hữu cơ phân cực như acetone (60mg/ml trong acetone 95%; 42mg/ml trong acetone 100%; ở 28oC), dioxane, DMF, acetonitrile và pyridine. 6. Tinh chế thuốc thử Thuốc thử phân tích thì có độ tinh khiết từ 99,5% trở lên. Thuốc thử rắn không tinh khiết có thể được tinh chế bằng việc cho tái kết tinh từ chloroform hoặc acetone, nhưng hiệu suất thấp. Đối với dung dịch đã pha thì đem lọc với keo nhôm hydroxide. 7. Ứng dụng trong phân tích ⎯ Sử dụng như một thuốc thử kết tủa cho kali. Kết tủa của muối TPB cũng có thể được chiết vào dung môi hữu cơ như là nitrometan, nitrobenzene và MIBK. Tính chiết và giá trị logD (pha nước là NaClO 265 0,1M, và Na–TPB 0,01M) trong hệ nitrobenzene/nước tăng, như K (0,89), Rb (1,60), và Cs (2,48). Ion TPB trong dung dịch, càng ngày càng thấp dần 10-5 đến 10-6M, có thể xác định bằng cách quan sát sự thay đổi phổ của phẩm nhuộm cationic như là Rhodamin 6G ở bước sóng 525nm (chất dùng để nhuộm len, lụa) họăc Crystal Violet ở bước sóng 590nm, nó được tạo thành bởi cặp ion giữa anion TPB và thuốc nhuộm cation. ⎯ Cách sử dụng khác Na–TPB được sử dụng như là một thuốc thử Nepherometric cho K và những cation có hóa trị 1 khác trong nhiều mẫu khác nhau, bao gồm nguyên vật lịêu sinh học và đất. Điều kiện cho kết quả xảy ra (thuốc thử phải tinh khiết, nồng độ K lớn, nhiệt độ, thêm những thuốc thử khác, tiêu chuẩn về thời gian, và những nguyên giao thoa): tất cả đã được nhiều nhà khoa học tìm ra. Phản ứng kết tủa với ion TPB thì quá nhạymà Na–TPB có thể được sử dụng để phát hiện các cation khác nhau. Một vài ví dụ được cho trong bảng XII.8.1. K–TPB cũng được đề xuất như là hợp chất hoạt động tạo thành trong điện cực chọn lọc ion. Bảng XII.8.1 : SỰ PHÁT HIỆN CỦA CATION CỦA TPB Cation GH phát hiện (mg) Giới hạn pha loãng Cation GH phát hiện (mg) Giới hạn pha loãng Ag+ 0,20 1:210,000 Aniline 2,9 1:14,000 Cs+ 0,3 1:100,000 n-Butylamine 2,6 1:16,000 Hg+ 1,1 1:40,000 di-n-Butylamine 0,54 1:78,000 Hg2+ 1,4 1:30,000 metylpyridylnium iod 0,15 1:28,000 K+ 0,13 1:320,000 pyridyl 1,3 1:32,000 NH4+ 0,11 1:400,000 quinoline 0,97 1:43,000 Rb+ 0,38 1:110,000 tetrametylamonium iod 0,32 1:130,000 Tl+ 1,5 1:28,000 tetraphenylasonium chloride 0,32 1:130,000 8. Thuốc thử khác với mối quan hệ cấu trúc ⎯ Tetrakis(4–fluorophenyl)borate, muối natri(2), X = F, Y = H, C24H16BF4Na, KLPT = 414,19. 266 Nó thường được cung cấp một dihydrate (NaL.2H2O, KLPT = 450,22). Hydrate là một tinh thể bột trắng dễ tan trong nước, acetone và methanol. Nó được sử dụng như một tác nhân kết tủa cho những cation hóa trị 1 như là: K+, Cs+, Pb+, Ag+ và Tl+. Nó đặc biệt hữu dụng cho việc xác định sự có mặt của Cs trong khối lượng lớn Li+, Na+, NH4+. Tính tan của muối Cs+ (g/100ml nước x 103) tùy vào sự khác nhau của nhiệt độ được hiển thị như sau: 1,5g (5oC), 1,8g (20oC), 5g (40oC) và 43g (50oC). Thuốc thử này được sử dụng như một tác chất phóng xạ Cs+ trong những mẫu thuộc về môi trường và như là một phép chuẩn độ 2 pha – sự chuẩn độ của những chất hoạt động bề mặt không thuộc ion. ⎯ Tetrakis(4–chlorophenyl)borate, muối natri (3), K–TCPB, X = Cl, Y = H, C24H16BCl4K, KLPT = 496,11. Dạng bột màu xám nhạt, không hòa tan trong nước nhưng tan trong methanol. Đây là một trong những anion hóa trị một điển hình và đã được xem như là một anion trong môi trường trung tính mang lọai màng điện cực ion. Nó cũng được sử dụng trong chuẩn độ 2 pha, phép chuẩn độ của những chất hoạt đông bề mặt không thuộc ion. ⎯ Tetrakis [3,5–bis(trifluoromethyl)phenyl] borate, muối natri, dihydrate (4), thuốc thử Kobayashi, TFPB; X = H, Y = CF3, C32H12BF24Na.2H2O, KLPT = 922,24. Loại bột tinh thể màu trắng dễ tan trong nước, acetone, dietylether và methanol. Ngược lại với ion tetraphenylborate, anion TFPB thì rất ổn định trong dung dịch acid, nó có thể giữ được 20 ngày trong H2SO4 0,05M. Cùng với thời gian này, TFPB có sức hút lớn hơn các chất khác trong nhóm của chúng. Chiết không đổi của alkali tetraryl borate đã được tổng hợp ở bảng XII.8.2. TFPB thì được xem như là ion trung tính. Lọai điện cực ion chọn lựa, nó rất tốt trong việc chuyển đổi pha xúc tác trong phản ứng hữu cơ. Ion tetraphenylborate trong dung dịch ngày càng thấp dần, từ 10-5 đến 10-6M, có thể xác định được bằng cách quan sát sự thay đổi quang phổ của cationic phẩm nhuộm như là Rhodamin 6G ở bước sóng 527nm hoặc tinh thể tím ở bước sóng 590nm nó được tạo thành bởi cặp ion giữa anion ATTB và thuốc nhuộm cationic. Bảng XII.8.2: HẰNG SỐ CHIẾT CỦA ALKALI TETRARYLBORATE GIỮA B X Y Y X X X YY Y Y Y Y Na+ 267 NƯỚC VÀ TOLUENE Thuốc thử Li Na K Rb (1) 0,31 0,20 > 50b 550b (2) 0,35 23 1,0b 1,3b (4) 2,5.103 1,3.103b - b - 10b XI.9. CÁC CHUỖI ALKYLAMINE MẠCH DI 1. Nhận xét chung Các cation ammonium có được từ những amin bậc 2 và bậc 3, được thay thế với nhóm chất béo thì quan trọng cho việc tách, chiết các kim loại. Thông thường các kim loại thường được tách từ dung dịch acid như các phức anion hòa tan vào trong dung dịch của alkylamine lẫn trong dung dịch dung môi của oxy hóa như MIBK. Ion kim loại, như Ag, Au, Bi, Cd, Co(II), Fe(III), Ga, In, Ir(IV), Pt và Zn, thì tách từ việc hòa tan dạng MClnn-m dạng phức anion. Lấy ví dụ, ở trạng thái cân bằng liên quan trong việc tạo phức của Fe(III) từ việc hoà tan trong dung dịch HCl trong môi trường dung môi của các amin bậc 3 có thể được viết dưới dạng sau: R3N.HCl + FeCl4- ' {R3NH}+ {FeCl4}- + Cl- R3N.HCl + FeCl4- ' {R3NH}+ {FeCl4}-. R3N.HCl + Cl- HCl nồng độ cao, hệ số tách chiết có thể giảm hình thành dạng R3NHCl.HCl hoặc R3NHCl2-. Như trường hợp trên các dạng muối kiềm chlorua được cộng vào gốc Cl-. Việc hòa tan HNO3, ion kim loại như Np(IV), Pu(IV,VI), TH, U(VI) và kim loại đất hiếm, có thể tách ở dạng phức M(NO3)nn-m. Việc tách, chiết bằng các dung dịch khác như H2SO4 hay hỗn hợp HCl–HF cũng tương tự như trên. Hệ số tách, chiết bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Sự ổn định của phức anion kim loại và điện tích trên phức anion là những tác động chính cho sự khác biệt trong khả năng tạo phức của kim loại. Có những giả thuyết cho rằng việc tách của anion là sự tăng kích thước ban đầu và giảm điện tích. Khả năng tách các kim loại khác nhau cũng phụ thuộc vào bậc amin và dung môi. Nói chung, các amine bậc 1 và bậc 2 thì khả năng tách kém hơn so với amine bậc 3, cũng như vậy khả năng tạo phức sẽ tăng theo độ dài chuỗi mạch của nhóm alkyl và giảm với các nhánh của các chuỗi alkyl. Khả năng tạo phức cũng phụ thuộc vào bản chất của dung môi. Mặc dù không có nhiều hệ thống thực nghiệm để khái quát đầy đủ mối quan hệ giữa tính chất tự nhiên của dung môi và khả năng tạo phức của chúng, những kết quả sau báo cáo về tách của Th từ dung dịch HNO3 6M hòa tan 0,1M Tri–n–octylamin trong các dung môi khác nhau: CHCl3, D = 0,03; benzene: 0,04; toluene: 0,47; nitrobenzene: 0,60; CCl4, 1,0; n– hexane: 3,7; kerosene: 4,6; cyclohexane: 4,8. * Tri–n–otylamine: TOA, TNOA, KEX–L–83. CTPT: C24H51N. KLPT = 353,67. 268 Đây là chất dầu nhớt không màu và không tan trong nước, nhưng dễ tan trong các dung môi thông thường. Hàm lượng vết (ppm–ppb) của TOA tan trong nước có thể được xác định bằng chiết cặp ion với ion dichloromate từ H2SO4 hòa tan trong chloroform, xác định bằng phương pháp trắc quang của Cr(VI) trong hợp chất hữu cơ với diphenylcarbazide. Chất cung cấp như Alamine 336 là hợp chất của amine bậc 3 với chuỗi alkyl mạch thẳng (thành phần chính là octyl và decyl) và chứa 90 – 95% amine bậc 3, khối lượng phân tử trung bình l392. Việc chiết ion kim loại với TOA từ những acid khác nhau cho các kết quả khác nhau và được trình bày ở Bảng XII.9.1. * Tri–iso–octylamine, TIOA CTPT: C24H51N. KLPT = 353,67. Đây là chất dầu không màu. Chất mang tính thương mại là hợp chất amine bậc 3 của dimethylhexyl ( 3,5–; 4,5– và 3,4–), methylheptyl và một số chuỗi alkane khác. Giống với TOA, TIOA được sử dụng để chiết ion kim loại từ dung dịch acid khác nhau. Cơ chế hoạt động của ion kim loại với 5% TIOA trong xylene từ 0 đến 12N HCl (28 – 29) 0 đến 15N HNO3 (4.22) và 0,1N H2SO4 (4.23) được nghiên cứu tỉ mỉ từng chi tiết nhỏ. Một vài kết quả 5% TIOA trong hệ thống xylene–HCl được tổng kết ở bảng XII.9.2. Những ví dụ điển hình của việc tách của kim loại bởi việc chiết TIOA được liệt kê trong bảng XII.9.3. * Các chuỗi mạch di amine bậc 2: H3C C CH2 C CH2 CH3 CH3 CH3 H N 3 CH3(CH2)7 CH3(CH2)7 CH3(CH2)7 N 269 Amberlite LA–1 (D25 = 0,840) và LA–2 (D25 = 0,830) là những chất có màu hổ phách và độ nhớt giống dầu. Những chất này đều có thể mua được như những gốc amine tự do và được báo cáo là những hỗn hợp của các amine trung bình chuỗi di, nó có tổng số các phân tử Carbon của R1, R2 và R3 là từ 11 – 14. Khối lượng phân tử trung bình 372 (LA–1) và 374 (LA–2). Hai chất này dễ tan trong các dung môi hữu cơ khác, nhưng không tan trong nước, khả năng tan trong dung dịch acid H2SO4 1N là 15 đến 20 mg/L cho LA–1 và gần bằng 0 với LA–2. Khả năng tách ion kim loại với 10% Amberlite LA–1 trong dung môi xylene từ HCl, HNO3, H2SO4 được kiểm tra đầy đủ ở các mức độ (28, 29, 30, 39, 42) một số kết quả trình bày tại Bảng XII.9.4. Những amine còn có thể được dùng để cố định bề mặt cho sắc ký phân bố và sắc ký giấy. Là chất dầu nhớt có màu hổ phách (D25 = 0,845). Là hỗn hợp của alkylamine mạch CH3 CH3CCH2CHCHCH2 R1 HN R3 R2 C R3 CH3 2 CH3 CH3CCH2 CH3 n R1=R2=CH3 n = 2 Amberlite LA-1 270 dài, có tổng số carbon của 3 gốc: R1 + R2 + R3 từ 17 đến 23 và phân tử lượng trung bình từ 311 đến 315. Dễ tan trong các dung môi hữu có nhưng không tan trong nước. Khả năng hòa tan trong H2SO4 1N là l50mg/L. Hoạt động tách ion kim loại với 10% Primene JM–T trong xylene từ dung dịch acid HCl hay H2SO4 được báo cáo đầy đủ chi tiết. những ion kim loại có thể được chiết từ dung dịch HCl là : Au(III) ( 1 – 8M), Fe ( 8 – 12M), Sb(IV) ( 4 – 12M), và Pa, Se(IV) (12M), Cd, Hg(II), Tl và Zn (2 – 4M); từ dung dịch H2SO4 là: In, Y (0,05M), Am, Bi, Ce, Eu, Hf, In, La, Lu, Mo, Nb, Np, Pa, Pm, Ru, Sc, Tb, Tc, Th, U, W và Zr (0,05 – 0,5M) và từ dung dịch HNO3 là Sn và U(IV). Bảng XII.9.3: MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ CHIẾT KIM LOẠI VỚI TIOA. Ion kim loại Hướng dẫn Dung môi Dạng tách Khả năng tách và chú giải Am(III) 10-3N HCl, 11,8M LiCl Xylene hay methylene chloride lantanides Tách 96–97% nhưng khả năng tách của Ce, Eu, Pr, Th, Y thấp (nhiệt độ 20oC – 35%) Au 4–10N HCl hay HBr (X = Br hay Cl) CCl4 Ir, Rh Chiết 100, dạng Au(X)4(TIOA)3, λmax (với Cl-) 325nm; ε = 5,8.103, λmax (với Br -) 300nm; ε = 4.104. Mo(VI) 0,01–0,1N HCl, 6M NaCl Dichloroethane 6M hay CCl4 - Dạng tách: MoO2Cl4(TIOA)2 hay Mo4O13(TIOA)2, tách 100%. Np(IV) 4N HNO3 Xylene Ir, Rh Tách 90% (25oC) Pd HCl 4–6 N hay HBr 4N HCl 6–8M LiCl hay 4N HBr, 10HBr CCl4 CCl4 Ir, Rh Pt Tách 100%, Au, Pt gây trở ngại, λmax (với Cl-) 467nm; ε = 1,4.103, λmax (với Br-) 345nm; ε = 9.104. Pt không tách được khi có sự hiện diện của LiCl 10M, với 30% tách được trong sự hiện diện của KBr 10M. Pt 4N HCl 6–8M LiCl hay 4N HBr CCl4 Ir, Rh Tách 100%, không tách được khi có sự hiện diện cỉa LiCl hay KBr. Pu(VI) 6,4N HCl, 0,01 M, K2Cr2O7. Xylene Th hay sản phẩm phân chia Tách 99,8%. Ti(IV) 1,87N H2SO4, 2,7.10-2 M H2C2O4(x) + Toluene - Dạng tách : Ti(Y)3(X)(TIOA)36 271 0,27–0,54M gallic 35 acid (Y) U(VI) 4-3710N HCl Xylene hay MIBK Th hay sản phẩm phân chia λmax = 400nm Zn 1 – 383N HCl MIBK Ba, Co, Ir, Mn, Nb, Sb Chiết 96–99%, cản trở bởi Ag, Cd, Fe, In, Sn. 272 CHƯƠNG XII: THUỐC THỬ HỮU CƠ CHO ANION XII.1. CURCUMIN CTPT: C21H20O6. KLPT = 368,39. 1. Tên gọi khác Màu vàng nghệ, curcumagelb, diferulonymethane, 1,7–bis–(4–hydroxy–3– methoxy–phenyl)–1,6–heptadien–3,5–dione. 2. Nguồn gốc Trên thương mại, nó có trong curcuma, the rhizome của curcuma longa L.Zingiberaceae. 3. Ứng dụng Phát hiện ra: B, Ba, Ca, Hf, Mg, Mo, Ti, V, W, Zr. Phản ứng đo độ sáng của B, cách sử dụng như xịt lên tờ giấy sắc ký. 4. Tính chất của thuốc thử Là bột màu vàng cam, nhiệt độ sôi 183oC, không tan trong nước, tan ít trong ether, dễ tan trong methanol, ethanol, acetone, và acid acetic băng. Nó phản ứng với dung dịch kiềm cho màu vàng. Mặc dù thuốc thử có β–diketonemoiety trong cấu trúc của nó,nhưng không dữ liệu nào phù hợp cho hằng số phân ly của enolic proton. Hình 1 minh hoạ phổ hấp thụ của curcumin ở điều kiện một vài dung dịch khác nhau. Hình 1 CH CH C CH2 O C CH O CH OH CH3 OH OCH3 273 5. Phản ứng tạo phức chất và cấu trúc phức chất Curcumin có 2 dạng phức tạp về màu sắc: Rosocyamin (1) và Rubrocurcumin (2), với acid boric, phụ thuộc chủ yếu vào sự có mặt acid oxalic. Khi không có mặt acid oxalic, acid boric phản ứng với curcumin, khi bị proton bởi acid vô cơ tạo thành dạng phức màu đỏ (1). Phản ứng khá chậm và mặc dù tất nhiên một lượng nước cần thiết cho giai đoạn tắt của phản ứng, nhưng phản ứng pha trộn phải được bay hơi cho khô để phản ứng hoàn toàn. Hay là phản ứng tạo màu được thực hiện trong t những acid khan, như acid sulfuric–acid acetic băng, nơi mà nước tồn tại có thể phá hủy bởi phần thêm vào của propionyl anhydrice–oxalyl chloride. Dung dịch (1) sẽ trở về màu xanh đen, khi nó tạo bởi chất kiềm. Mặc dù curcumin cũng phản ứng với Fe(II), Mo, Ti, Ta, và Zn, những phức chất đó sẽ không chuyển sang màu đen trong điều kiện dung dịch kiềm. Dung dịch ethanol của (1) thì có thể ổn định hoàn toàn 274 và có thể giữ trong 5 ngày mà không có sự thay đổi quang phổ khi giữ ở nhiệt độ 0oC. Khi có mặt acid oxalic, màu đỏ 2:2:2 phức (2) được hình thành, sự bay hơi của phản ứng trộn lẫn đến khô thì vẫn còn cho sự phát triển màu sắc là lớn nhất. Sự có mặt của nước làm trì hoãn phản ứng, nếu acid vô cơ có mặt thì sự hình thành đồng thời của (1) cũng được mong đợi. Quang phổ hấp thu của (1) và (2) được minh họa trong hình 2, độ hấp thụ phân tử của (2) được ghi nhận là 9,3.104 ở 550nm. 6. Sự tinh chế và phản ứng tinh khiết Sản phẩm thương mại thì hầu hết tinh khiết, bằng sự kết tinh lại từ ethanol cho tới khi điểm tan tới 183oC. Thú vị thay nguồn gốc tổng hợp curcumin được ghi nhận sai với màu phản ứng với acid boric. 7. Ứng dụng trong phân tích Curcumin được sử dụng rộng rãi như một thuốc thử màu trong phương pháp so màu xác định hàm lượng vết Bo trong những vật liệu káhc nhau. Sự hình thành phức màu (1) hoặc (2) được sử dụng trong phương pháp so màu. Phương pháp rosocyanin (1) có độ nhạy cao nhưng màu sắc phản ứng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện phản ứng. Phương pháp rubrocurcumin có độ nhạy thấp nhất so với các dạng khác, nhưng sản phẩm của nó không bao quát. ⎯ Phương pháp rosocyanin: Độ nhạy của phương pháp này caonhưng phụ thuộc vào sự có mặt của nước và lượng dư của curcumin vẫn lại trong trạng thái proton. Theo đó nó rất quan trọng để loại bỏ nước và sự hấp thụ tối thiểu để không vượt quá giới hạn của phản ứng. Việc sản xuất mà cần thiết được phát triển bởi Uppstrom, nước thì loại bỏ bởi việc sử dụng các anhydratpropionic và proton curcumin dư thì được loại trừ bằng ion acetat. + Dung dịch thuốc thử: Dung dịch curcumin: dung dịch phải được tổng hợp tinh khiết trước 1 tuần bằng cách hoà tan 0,125g curcumin trong 100ml acid acetic băng và phải đựng trong bình nhựa. Dung dịch sunfuric–acid acetic–trộn bằng nhau nồng độ (H2SO4 98% và acid acetic băng). Dung dịch đệm–trộn 90ml C2H5OH 95%,180g CH3COONH4 và 135ml acid acetic băng, định mức thành 1l với nước. Hình 2 275 Anhydric propionie. Oxaly chloride. + Sản xuất: Chuyển 1ml dung dịch mẫu nước chứa 0,2 → 1µg Bo vào cốc nhựa, thêm 2ml acid acetic băng, 5ml anhydric propionic và trộn đều. Thêm 0,5ml oxalyl chloride và cho phép phản ứng trong 30 phút, nhiệt độ phòng và thêm khoảng 4ml sunfuric–dung dịch acid acetic và 40ml dung dịch curcumin, trộn đều, và để yên trong 45 phút. Thêm 20ml dung dịch đệm, trộn đều và làm lạnh tới nhiệt độ phòng. Đo độ hấp thụ ở bước sóng 545nm. - Phương pháp Rubrocurcumin: Phương pháp này có nhạy kém hơn so với phương pháp khác, nhưng phản ứng màu nhanh và nó không cần H2SO4. Phương pháp này thích hợp cho mẫu sau khi pha loãng. + Dung dịch thuốc thử: dung dịch acid curcumin–oxalic: hoà tan 0,4g curcumin và 50g acid oxalate trong ethanol (> 99%) và định mức thành 1l trữ trong chai nhựa, dung dịch phải được giữ ở nhiệt độ phòng khoảng một tuần trước khi sử dụng. + Sản xuất: Đặt 2ml mẫu dung dịch chứa 0,1 tới 2,0µg Bo vàochén platin. Sau đó thêm 4ml dung dịch acid curcumin–oxalic và trộn đều. Sự bay hơi của nước khoảng 52 → 58oC, thêm 25ml C2H5OH, để làm khô hoàn toàn và trộn kỹ.Sau đó bỏ phần chất không tan sau khi lọc hoặc ly tâm, chuyển phần dung dịch vào cuvet 1cm và đo độ hấp thu tại bước sóng 550nm. XII.2. MONOPYRAZOLONE VÀ BISPYRAZOLONE 1. Tên gọi khác (1) 3–Metyl–1–phenyl–5–pyrazoline–5–one. (2) 3,3–dimethyl–1,1–diphenyl–4,4–bispyrazolin–5,5–dione. 2. Nguồn gốc và phương pháp tổng hợp Trong thương mại, pyrazoline được tổng hợp từ phenylthydrazine và acetoacetic ester như là 1 sản phẩm trung gian của thuốc nhuộm. Bispyrazolone thu được bằng cách cho chảy ngược dung dịch ethanol của Monopyrazolone với Phenylhydrazine. 3. Ứng dụng NC O H2C C N H3C N C O CH C CH3 N CH C O C CH3 N N (1) C10H10N2O KLPT: 174,20 (2) C20H18N4O2 KLPT: 346,39 276 Hỗn hợp của Monopyrazolone và Bispyrazolone được dùng như 1 thuốc thử trắc quang có độ nhạy cao với CN- và thường không nhạy với SCN- và OCN-. 4. Tính chất của thuốc thử ⎯ Monopyrazolone: Là một chất bột tinh thể không màu, nhiệt độ sôi 128 – 130oC. Những mẫu thương mại có màu vàng nhạt nhưng có thể dùng như thuốc thử cho CN-, hầu như nó không tan trong nước, nhưng tan khá tốt trong Alcohol nóng, chloroform, pyridine và các acid. Nó hình thành dạng phức màu với Ag, Co, Cu và Fe. ⎯ Bispyrazolone: Là một chất bột tinh thể không màu hoặc có màu vàng xám, nhiệt độ sội > 300oC và hầu như không tan trong nước và trong dung môi hữu cơ nói chung ngoại trừ pyridine, còn trong thuốc thử thì tan khá tốt. 5. Phản ứng với ion CN- Trong việc xác định ion CN- bằng phương pháp Pyrazolone, dung dịch mẫu được xử lý bằng chloramine T, sau đó bằng phản ứng với monopyrazolone và bispyrazolone trong pyridine cho ra dung dịch màu xanh để đo quang. Phản ứng liên tục cho đến khi lên màu được trình bày hình 1. Kết quả thuốc nhuộm màu xanh có thể chiết trong n– butanol có độ nhạy cao. Vai trò của bispyrazolone không chắc chắn, nhưng nó không thể thiếu trong quá trình lên màu tối đa. Tỷ số của hỗn hợp khoảng 12,5:1 thì được khuyên dùng. Mùi của Pyridine khó ngửi nên có thể bị loại trừ và thay thế bằng DMF có chứa acid isonicotinic. Thiocyanur và ammonia gây cản trở nghiêm trọng, chúng bị oxy hóa bởi chloramine T cho ra CNCl và NHCl2 tương ứng. Sản phẩm sau cùng cũng được cho phản ứng với monopyrazolone để cho thuốc thử tím đỏ (λmax = 545nm), chất này có thể chiết với trichloethane sau khi acid hóa dung dịch nước (màu vàng, λmax = 450nm). 277 6. Ứng dụng trong phân tích Được khuyên dùng cho việc xác định CN- như sau: ⎯ Thuốc thử: Dung dịch Pyridine pyrazolone: thêm Monopyrazolone từ 125ml dung dịch nước nóng tạo thành dung dịch bão hòa. Làm lạnh và lọc. Để lọc được, thêm 25ml Pyridine chưng cất lại có chứa 25mg bispyrazolone. Dung dịch pyridine và pyrazolone tinh khiết, được trộn lẫn và chuẩn bị trước khi sử dụng. Dung dịch chloramine T 1%: chuẩn bị mới mỗi ngày. Đệm phosphate (pH = 6,8; 14,3g Na2HPO4 và 13,6g KH2PO4 trong 1l nước). Dung dịch Cyanide chuẩn: Cách làm – đo quang trực tiếp: Chuyển từ 1 – 10ml dung dịch CN- tiêu chuẩn đã được chia thành các phần bằng nhau vào ống đo thể tích đến vạch 50ml. Thêm 5ml dung dịch đệm và 0,3ml dung dịch chloramine T, trộn và để yên 1 phút. Thêm 15ml dung dịch pyridine pyrazolone, pha loãng đến thể tích, trộn và để yên 30 phút. Quan sát độ hấp thụ ở bước sóng 620nm. Đối với mẫu có chứa 1 đến 10μg CN-, trung hòa nó về pH = 6 – 7 bằng CH3COOH hay NaOH và xử lý như cách ở trên. Chiết trắc quang – theo dõi cách làm ở trên cho tới khi lên màu đầy đủ. Chuyển lượng mẫu cùng dung dịch súc rửa cho tới 125ml vào phễu chiết có chứa chính xác CN- CNCl N+ CN CH2 HC CHO CH CHO HC H2C HC HC HC N O N CH3 N N CH3 O Thuốc nhuộm màu xanh (λmax = 620 - 630nm) Monopyrazolone H2O Pirydine Chloramine T Hình: Sự chuyển màu của Pyrazolone với ion cyanide 278 10ml n–butanol và lắc vài phút. Sau khi có sự phân chia pha, quan sát độ hấp thụ của lớp hữu cơ ở bước sóng 630nm. Thiocyanate cản trở nghiêm trọng. Phương pháp này có thể ứng dụng trong việc xác định thiocyante (620nm, ở 0 – 4ppm trong dung dịch), cyanate (450nm, ở 0 – 5ppm trong CCl4), và ammoniac (450nm, ở 0 – 0,5ppm trong trichloroethylene), như những anion này được tiến hành như cyanate. Nitrat có thể được xác định sau khi khử từ ammoniac bằng alkaline FeSO4. Việc xác định Vitamin B12 (Cyanocobalamine) bằng phương pháp này đã được tiến hành. Monopyrazolone cũng có thể được sử dụng như một chất thử cho Ag và Cu. 7. Mối quan hệ cấu trúc với thuốc thử khác Phenazone (2,3–dimethyl–1–phenylpyrazolin–5–one) vừa được nghiên cứu như một chất thử đối với NO3-. XII.3. 2–AMINOPERIMIDINE CTPT: C11H9N3.HCl. KLPT = 219,67. 1. Nguồn gốc và phương pháp tổng hợp Sẵn có trên thị trường là hydrochloride và hydrobromide. Cho 1,8– diaminonaphthalene phản ứng với NH4SCN. 2. Ứng dụng Thuốc thử kết tủa và đo độ đục ion sulfate. 3. Tính chất thuốc thử Là chất bột tinh thể màu trắng hơi xám. Tan ít trong nước khoảng 0,5% ở nhiệt độ phòng nhưng dễ dàng tan trong nước nóng. Thuốc thử dễ bị oxy hoá, thuốc thử dạng rắn ít bền nên phải được giữ ở nơi mát và tối. Thuốc thử ở dạng dung dịch thì ổn định trong một vài ngày nếu được giữ trong chai kín và tối. Thuốc thử có thể tinh chế bằng cách đun sôi dung dịch bão hoà với than, lọc và loại bỏ hydrochloride để kết tinh. 4. Phản ứng với ion sulfate Cho dung dịch có chứa ion sulfate vào dung dịch thuốc thử (bão hoà tại nhiệt độ phòng, 0,5%) thì ngay lập tức hình thành kết tủa sánh vân lụa màu trắng của amine sulfate. Tính đặc trưng của kết tủa này là thường không có những hạt cỡ nhỏ (< 2µm). 2– aminoperimidinium sulfate có độ tan thấp, điều đó lý tưởng để sử dụng thuốc thử trong phương pháp đo độ đục cho ion sulfate. Trong bảng XIII.3.1, 2–aminoperimidine sulfate có khả năng hoà tan tối thiểu giữa các amine sulfate khác nhau. Ở 1ppm sulfare N N H C NH2.HCl 279 kết tủa có thể quan sát được và có thể thực hiện được ở 0,05ppm sulfate với thể tích đo là 10ml. Dung dịch 2–aminoperimidine hydrochloride được minh hoạ ở hình 1 dùng phương pháp phổ hấp thụ UV. Nếu ở vùng rộng hơn tại 305nm (ε = 7,23.103) có thể sử dụng phương pháp trắc quang xác định cation 2–aminoperimidine trong phần dung dịch sau khi kết tủa ion sulfate với lượng dư thuốc thử đã biết. Điều này làm cơ sở cho phương pháp so màu gián tiếp xác định ion sulfate (4–120ppm SO42-). Toei đề nghị sử dụng thuốc thử màu, 6–(p–acetylphenylazo)–2–aminoperimidine (pH = 3,4 – 4,1; λmax = 480nm ; ε = 6,1.103) cũng tương tự, nhưng vùng nhìn thấy được của phương pháp trắc quang nồng độ sulfate từ 0 ~ 10ppm. 5. Ứng dụng trong phân tích Phương pháp này xác định nồng độ sulfate từ 0 ~ 5ppm. Chuyển 1,0 đến 5,0ml dung dịch chuẩn sulfate 10ppm vào 5 bình định mức. Pha loãng với khoảng 5ml nước thêm 4ml dung dịch thuốc thử 2–aminoperimidine hydrochloride 0,5%. Trộn đều và loại bỏ huyền phù trong khoảng từ 5~10 phút chuyển vào trong ống đo độ đục và đo độ tán xạ ánh sáng của mỗi dung dịch. Dung dịch mẫu cũng làm tương tự. Từ 0 đến 1ppm hay 0 đến 0,5ppm của sulfate, quá trình thực hiện chính xác với cùng một cách thức nhưng phải sử dụng dụng cụ đo có độ nhạy cao. Cường độ ánh sáng truyền qua tại bước sóng 600nm cũng quan sát được thay vì đo bằng tán xạ ánh sáng có cường độ mạnh. Những anion gây ảnh hưởng được giới thiệu ở bảng XIII.3.2. Bảng XIII.3.1: ĐỘ TAN KHÁC NHAU CỦA AMINE SULFATE Benzidine 0,098 1,8-Diaminonaphthalene 0,222 Hình XIII.3.1 280 4-Amino-4’-chlorobiphenyl 0,155 4,4’-Diaminotoluene 0,059 2-Aminoperimidine 0,020 Bảng XIII.3.2: ẢNH HƯỞNG CỦA NHỮNG ANION NHIỄU NO3- 10 - 100ppm không bị ảnh hưởng Br- từ 10ppm trở lên không bị ảnh hưởng, nhưng 100ppm bị sai là 20% I- 10–100ppm bị sai là 10% F-, SiF4- 1ppm F- bị sai là 10%, nhưng 10ppm bị sai là 15% PO43- 1ppm bị sai là 25% Cl- 10ppm không bị ảnh hưởng, nhưng 100ppm bị sai từ 5–15% 281 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Trọng Hiếu, Từ Văn Mạc - Thuốc thử hữu cơ - NXB KHKT, 1978 Handbook of organic reagents in inorganic analysis. 2. Cơ sở lý thuyết hóa phân tích (Creskov) NXB KHKT. 3. Thuốc thử hữu cơ - Từ Văn Mạc, Hoàng Trọng Biểu NXB KHKT. 4. Lâm Ngọc Thụ - Thuốc thử hữu cơ -, Hà Nội 2000. 5. Hand book of Organic Analytical Reagents-K. Ueno; Toshiaki Imamura; K.L Cheng. CRC Press. 2000. 6. Springer,C.S., Kr., Meek, D. W., and Sievers,R.E., Inorg.Chem.,6,1105,1967. 7. H Flaschka, G. Schwarzenbach (Lâm Ngọc Thụ và Đào Hữu Vinh dịch) - Chuẩn độ phức chất - NXB KHKT, 1980. 8. Sekine, T. and Ihara,N., Bull. Chem. Soc. Jpn., 44, 2942, 1971. 9. C. Saclo (Từ Vọng Nghi, Đào Hữu Vinh dịch) - Các phương pháp hóa phân tích - NXB ĐH&THCN, 1987. 10. Yu.X. Lialikov (Cù Thành Long, Ngô Quốc Quýnh dịch) - Những phương pháp hoá lý trong phân tích - NXB KHKT, 1970. 11. Hồ Viết Quý Các phương pháp phân tích quang học trong hóa học – NXB ĐHQG Hà Nội, 1999. 12. Phạm Gia Huệ - Hóa phân tích – ĐH Dược Hà Nội, 1998. 13. A.P.Kreskov (Từ Vọng Nghi và Trần Tứ Hiếu dịch) - Cơ sở hoá học phân tích, tập 1,2 – NXB ĐH&THCN, 1990. 14. Nguyễn Tinh Dung – Hoá học Phân tích, tập 1, 2, 3 – NXBGiáo dục, 1981. 15. Lê Xuân Mai, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Hóa phân tích- NXB ĐHQG TpHCM, 1990. 16. Lê Xuân Mai, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Giáo trình phân tích định lượng – NXB ĐHQG Tp. HCM, 2000. 17. Hoàng Minh Châu - Cơ sở hóa học phân tích – NXB KHKT, Hà Nội, 2002. 18. Từ Vọng Nghi - Hóa học phân tích - NXB ĐHQG Hà Nội, 2000. 19. Melia, T. P. and Merrifield, R., J. Inorg. Nucl. Chem., 32, 1489, 2573, 1970. 20. Schwarberg, J. E., Sievers, R. E., and Moshier, W., Anal. Chem., 42, 1828, 1970. 21. Chattoraj, S. C. Lynch, C. T., and Mazdiyasni, K. S., Inorg. Cem., 7, 2501, 1968. 22. Richardson, M. F. and Sievers,R.E., Inorg.Chem., 10, 498, 1971. 23. Dilli, S. and Patsalides, E., Aust. J. Chem., 29, 2369, 1976. 24. Shigematsu, T., Matsui, M., and Utsunomiya, K., Bull. Chem. Soc. Jpn., 41, 763, 1968. 25. Shigematsu, T., Matsui, M., and Utsunomiya, K., Bull. Chem. Soc. Jpn., 42, 1278, 1969. 26. Honjo, T., Imura, H., Shima, S., and Kiba, T., Anal. Chem., 50, 1547, 1978. 282 27. Heunisch, G. W., Mikrochim. Acta, 258, 1970. 28. Holzbecher, Z., Divis, L., Karal, M., Sucka, L., and Ulacil, F., Handbook of Oganic Reagents in Inorganic Analysis, Ellis Horwood, Chichester, England, 1976. 29. Dhond, P. V. and Khopkar, S. M., Talanta, 23, 51, 1976. 30. Solanke, K. R. and Khopkar, S. M., Fresenius Z. Anal. Chem., 275, 286, 1975. 31. Savrova, O. D., Gibalo, I. M., and Lobanov, F. I., Anal. Lett., 5, 669, 1972; Chem. Abstr., 78, 1138n, 1972.