Tiểu luận phân tích quang phổ hóa học - Các phương pháp quang điện định lượng trong phổ hấp thụ phân tử

Nội dung text: Tiểu luận phân tích quang phổ hóa học - Các phương pháp quang điện định lượng trong phổ hấp thụ phân tử

1. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học MỤC LỤC MỤC LỤC .Trang 1 A. MỞ ĐẦU 2 B. NỘI DUNG . 3 ►PHẦN LÝ THUYẾT 3 1. Cơ sở lý thuyết 3 1.1. Nguyên tắc chung về đo quang 3 1.2. Nguyên tắc phép định lượng bằng đo quang vùng UV – Vis 3 1.3. Lĩnh vực ứng dụng . 3 2. Các phương pháp định lượng bằng đo quang 4 2.1. Đối với một chất nghiên cứu . 4 2.1.1. Phương pháp so sánh 4 2.1.2. Phương pháp hệ số hấp thụ phân tử gam trung bình 5 2.1.3. Phương pháp đường chuẩn 5 2.1.4. Phương pháp thêm 6 2.1.5. Phương pháp vi sai 7 2.1.6. Phương pháp thêm vi sai 10 2.1.7. Chuẩn độ trắc quang . 10 2.2. Đối với hỗn hợp chất nghiên cứu 12 2.2.1. Hai chất màu có phổ hấp thụ không chồng lên nhau . 12 2.2.2. Hai chất màu có phổ hấp thụ chồng lên nhau một phần 13 2.2.3. Hai chất màu có phổ hấp thụ chồng lên nhau gần suốt dải phổ . 14 ► PHẦN BÀI TẬP 16 . Định lượng bằng phương pháp so sánh . . 16 . Định lượng bằng phương pháp hệ số hấp thụ phân tử gam trung bình . 17 . Định lượng bằng phương pháp đường chuẩn 17 . Định lượng bằng phương pháp thêm . 20 . Định lượng bằng phương pháp vi sai . . 22 . Định lượng bằng phương pháp thêm vi sai . 23 . Định lượng bằng phương pháp chuẩn độ trắc quang . . 23 . Định lượng hỗn hợp hai chất . 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 1
2. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học A. MỞ ĐẦU Hóa học phân tích là môn khoa học về các phương pháp xác định thành phần định tính và định lượng của các chất và hỗn hợp của chúng. Hóa học phân tích đóng vai trò quan trọng và có thể đóng vai trò sống còn đối với sự phát triển các môn hóa học khác cũng như các ngành khoa học khác nhau, các lĩnh vực của công nghệ, sản xuất và đời sống xã hội. Để xác định thành phần định tính và định lượng của các chất, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp phân tích khác nhau. Chúng có thể được chia thành 2 nhóm chủ yếu: nhóm các phương pháp phân tích hóa học và nhóm các phương pháp phân tích công cụ. Nhóm các phương pháp phân tích công cụ là những phương pháp phân tích hiện đại, và phân tích đo quang là một trong những phương pháp công cụ hiện đại này. Phân tích đo quang có nhiệm vụ nghiên cứu cách xác định các chất dựa trên việc đo đạc những tín hiệu bức xạ điện từ và tác dụng tương hỗ của bức xạ này với chất nghiên cứu. Trong phân tích đo quang, phép đo phổ hấp thụ trong vùng UV – Vis là một trong các phương pháp quý giá nhất của phép phân tích định lượng đối với các nhà hóa học. Ưu điểm nổi bật, quan trọng nhất của phép phân tích định lượng là việc ứng dụng rộng rãi, độ nhạy cao, độ chọn lọc đủ cao, độ chính xác cao, có thể thực hiện dễ dàng và nhanh chóng trong các máy đo hiện đại. Ngoài ra, phương pháp có thể tự động hóa để thực hiện nhiều phép đo hàng loạt. Do vậy, các phương pháp hấp thụ định lượng đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Để có thể rõ hơn về bản chất của phép đo quang, trong khuôn khổ giới hạn, tiểu luận đi đến tìm hiểu về phép phân tích đo quang với phần nội dung "Các phương pháp quang điện định lượng trong phổ hấp thụ phân tử". Vì sự hạn chế về thời gian, tài liệu và trình độ nên chắc chắn tiểu luận không thể tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp chân thành từ quý thầy cô và các bạn. 2
3. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học B. NỘI DUNG ► PHẦN LÝ THUYẾT: 1. Cơ sở lý thuyết: 1.1. Nguyên tắc chung về đo quang [1] Theo nguyên tắc chung, để xác định một chất bất kỳ, ta có thể tìm cách đo một tín hiệu bất kỳ có quan hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với chất đó. Phương pháp phân tích đo quang có nhiệm vụ nghiên cứu cách xác định các chất dựa trên việc đo đạc những tín hiệu bức xạ điện từ và tác dụng tương hỗ của bức xạ này với chất nghiên cứu. 1.2. Nguyên tắc phép định lượng bằng đo quang vùng UV-Vis [3], [7], [10] Phân tích định lượng bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV – Vis (đo quang trong vùng UV – Vis) dựa trên việc chuyển cấu tử cần định lượng thành hợp chất hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng để suy ra hàm lượng chất cần phân tích. Quá trình thực hiện một phép đo quang bao gồm những bước: - Chuyển chất nghiên cứu thành hợp chất hấp thụ ánh sáng: + Chọn thuốc thử thích hợp, chọn điều kiện tối ưu và, trong trường hợp cần thiết, chọn môi trường chọn lọc cho chất nghiên cứu (tách riêng nó ra trước hoặc dùng chất che để làm mất tác dụng của các chất cản). + Thực hiện phản ứng tạo màu trong điều kiện tối ưu đã chọn. - Cho dung dịch màu vào cuvet đo phổ (nếu mẫu phân tích là chất khí thì phải đưa mẫu vào một ống cuvet đóng kín để đặt vào buồng đo phổ). - Chiếu vào cuvet có dung dịch mẫu chứa hợp chất cần định lượng một chùm tia sáng có năng lượng phù hợp để chất cần xác định đó hay sản phẩm phức của nó hấp thụ bức xạ đó để tạo ra phổ hấp thụ phân tử. - Thu chùm sáng đi qua cuvet, phân ly phổ đó và chọn một hay hai bước sóng hấp thụ cực đại của chất cần định lượng và đo cường độ hấp thụ quang A của chất đó trong các điều kiện tối ưu đã chọn. - Ghi giá trị độ hấp thụ quang A và từ đó suy ra hàm lượng chất cần xác định. 3
4. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học 1.3. Lĩnh vực ứng dụng [3] Các phương pháp hấp thụ định lượng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực. Nó có thể được áp dụng để định lượng các chất không màu hoặc có màu: - Nếu phân tử có chứa nhóm mang màu với các liên kết liên hợp chưa bão hòa, về nguyên tắc, ta có thể định lượng bằng phương pháp phổ trắc quang. - Còn đối với chất không màu (không hấp thụ) thì để định lượng, ta phải xử lý hóa học để chuyển thành hợp chất màu (thường dùng các thuốc thử tạo phức màu). Ví dụ, dùng thuốc thử vô cơ là ion thioxianua để xác định Fe, Co, Mo; anion của H2O2 dùng để xác định Ti, V, Cr; ion iodua dùng để xác định Bi, Pd, Te. Các thuốc thử hữu cơ tạo chelat cho các phức màu bền với ion kim loại như 1,10-phenantolin được dùng để xác định Fe, dimetylglyoxim dùng để xác định Ni, dietyl dithiocacbaminat dùng xác định Cu, diphenylthiocacbazon dùng để xác định Pb; một số nhóm chức hữu cơ không hấp thụ cũng được xác định bằng các phương pháp hấp thụ, ví dụ rượu béo có phân tử lượng thấp tương tác với Xeri (IV) để tạo phức có thành phần 1:1 được dùng cho phép phân tích định lượng. Như vậy, định lượng bằng đo quang được ứng dụng rộng rãi để định lượng các chất khác nhau bao gồm vô cơ, kim loại lẫn các chất hữu cơ và các á kim trong các đối tượng mẫu của thực tế. 2. Các phương pháp định lượng bằng đo quang [1], [2], [3], [5], [7] 2.1. Đối với một chất nghiên cứu: Định lượng một chất bằng phương pháp đo quang có thể tiến hành theo nhiều phương pháp khác nhau. Tùy theo từng điều kiện và đối tượng cụ thể mà chọn phương pháp nào cho thích hợp. 2.1.1. Phương pháp so sánh [2], [5], [7] Nhuyên tắc của phương pháp là dựa trên việc so sánh cường độ màu của dung dịch chất nghiên cứu với dung dịch chuẩn của chất nghiên cứu đã biết trước nồng độ. Từ đó, dựa vào định luật Beer để xác định nồng độ chất nghiên cứu. Để định lượng bằng phương pháp này, ta tiến hành như sau: - Trường hợp so sánh với 1 dung dịch chuẩn: + Pha chế dung dịch chuẩn và dung dịch nghiên cứu. 4
5. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học + Đo độ hấp thụ quang A của chúng trong cuvet cùng loại ở điều kiện tối ưu tìm được. + Xác định nồng độ chất cần nghiên cứu X: vì ε λ của cùng một chất là như nhau nên: Ax Cx Cs As - Trường hợp so sánh với 2 dung dịch chuẩn: + Pha chế hai dung dịch chuẩn có nồng độ C 1, C2 và dung dịch nghiên cứu có nồng độ Cx sao cho C1 < Cx < C2. + Đo giá trị độ hấp thụ quang A 1, Ax, A2 của 3 dung dịch trên ở điều kiện tối ưu tìm được trong cuvet cùng loại. + Tính Cx theo biểu thức: C2 C1 Cx C1 Ax A1 A2 A1 Phương pháp so sánh thường được dùng cho các phép xác định đơn lẻ. Điều kiện để sử dụng phương pháp là dung dịch chất màu phải tuân theo định luật Beer. Phương pháp sẽ có độ chính xác càng cao nếu các giá trị C và từ đó các giá trị A tương ứng càng ít sai khác nhau. 2.1.2. Phương pháp hệ số hấp thụ phân tử gam trung bình [7] Cơ sở của phương pháp là định luật Bougher – Lambert – Beer. Phương pháp này được tiến hành như sau: - Pha một dãy dung dịch chuẩn với nồng độ tăng dần. - Thực hiện các phản ứng tạo màu trong điều kiện tối ưu như nhau. - Đo độ hấp thụ quang của các dung dịch chuẩn trong cuvet cùng loại ở bước sóng tối ưu tìm được. A - Tính các giá trị ε tương ứng theo:  lC 1 và tính hệ số hấp thụ phân tử trung bình theo:      tb n 1 2 n 5
6. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học - Thực hiện phản ứng tạo màu đối với dung dịch nghiên cứu trong điều kiện hoàn toàn tương tự như trên và đem đo độ hấp thụ quang được A x. Từ đó ta xác định nồng độ chất nghiên cứu bằng biểu thức sau: Ax Cx tb .l 2.1.3. Phương pháp đường chuẩn [1], [2], [5], [7] Vì độ hấp phụ phân tử của một chất sẽ biến đổi theo các điều kiện thực nghiệm (thành phần dung dịch, môi trường, dụng cụ đo, ), nên để tránh những sai số đáng tiếc có thể xảy ra người ta thường dùng một dung dịch chuẩn của chất nghiên cứu để xác định ε và dùng phương pháp đường chuẩn để tìm nồng độ chất nghiên cứu. Phương pháp đường chuẩn được tiến hành theo nguyên tắc sau: - Pha chế một dãy dung dịch chuẩn có A nồng độ chất chuẩn tăng dần (dung dịch chuẩn được pha loãng để dung dịch nghiên cứu có nồng độ nằm trong khoảng nồng độ của các dung dịch Ax chuẩn). - Thực hiện phản ứng tạo màu cho dãy dung dịch chuẩn trong những điều kiện tối ưu C C (thêm lượng thuốc thử, điều chỉnh pH, dung môi, x muối). Hình 1. Đồ thị chuẩn A = f(C) - Đo A của dãy dung dịch và lập đồ thị chuẩn A = f(C). Đồ thị chuẩn có dạng (hình 1). - Dung dịch nghiên cứu được pha chế và thực hiện phản ứng tạo màu trong cùng điều kiện tối ưu như trên rồi đem đo mật độ quang A với điều kiện đo như khi xây dựng đường chuẩn được các giá trị Ax. Dùng đồ thị chuẩn sẽ xác định được Cx. Phương trình đường chuẩn trên có dạng y = ax + b (hay A = aC x + b). Do vậy, ta cũng có thể xác định được C x dựa vào phương trình đường chuẩn (b trong thực tế có thể khác 0). Ưu điểm của phương pháp là xác định được hàng loạt mẫu nên nhanh, kinh tế và kết quả chính xác. Song, sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch phải tuân theo định luật Beer. 6
7. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học 2.1.4. Phương pháp thêm [2], [5], [7] Nguyên tắc xác định hàm lượng chất cần xác định (X) bằng phương pháp này như sau: - Bằng phương pháp đại số: + Lấy những thể tích V x như nhau chứa nồng độ C x của chất này cho vào bình 1 và bình 2, thêm vào bình 2 một thể tích Vs dung dịch chuẩn chất X có nồng độ Cs. + Thực hiện phản ứng hợp tạo màu trong những điều kiện tối ưu đã chọn và pha loãng thành Vt để đem đo độ hấp thụ ở bước sóng λ. Khi đó: CxVx CxVx CsVs A,x  ,xl và A,x s  ,xl Vt Vt Từ hai phương trình trên ta rút ra được: CsVs A,x Cx Vx A,x s A,x Phương pháp này có ưu điểm là tránh được ảnh hưởng của các chất lạ có trong chất nghiên cứu mà không cần tách trước hoặc loại bỏ chúng đi bằng những chất che thích hợp, vì chúng đều có mặt như nhau trong hai dung dịch đem đo. * Khi chất nghiên cứu có hàm lượng lớn và chứa những tạp chất có khả năng tác dụng với thuốc thử thì ta sẽ thu được kết quả hơi cao vì quan hệ A = f(C) không còn thực sự tuyến tính nữa. Vấn đề này có thể giải quyết như sau: chuẩn bị 3 dung dịch (1 dung dịch nghiên cứu chứa Cx để đo Ax, 1dung dịch chứa Cx và có thêm một lượng chất chuẩn C s để đo Ax + s, và dung dịch thứ 3 là dd nghiên cứu được pha loãng n lần để đo A n). Khi đó, Cx được tính theo: Ax An n Cx Cs Ax s Ax n 1 * Nếu tạp chất tác dụng với thuốc thử tạo hợp chất màu khác thì: + Đo A của dung dịch nghiên cứu đối với hai kính lọc được Ax1 và Ax2. + Đo A của dung dịch nghiên cứu đã có thêm chất chuẩn S được A (x+s)1 và A(x+s)2 7
8. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học + Đo A của dung dịch nghiên cứu đã co thêm t tạp chất được A(x+t)1 và A(x+t)2. Khi đó, Cx được tính theo biểu thức: Cs Ax1.A(x t)2 A(x t)1.Ax2 Cx Ax1 A(x s)2 A(x t)2 A(x s)1 A(x t)2 Ax2 A(x t)1 Ax2 A(x s)2 - Bằng phương pháp đồ thị: + Chuẩn bị một dãy dung dịch chứa một lượng như nhau chất phân tích X (có nồng độ Cx). + Thêm vào đó từ dung dịch thứ hai những lượng khác nhau và tăng dần của dung dịch chuẩn chứa chất phân tích X. Chẳng hạn, dãy dung dịch thu được có nồng độ tương ứng là Cx, Cx + C1, Cx + C2, Cx + C3, + Thực hiện phản ứng A hiện màu cho cả dãy dung dịch ở điều kiện tối ưu đã tìm được và đo độ hấp A3 thụ quang của dãy dung dịch, giả sử A2 A1 tương ứng được Ax, A1, A2, A3, Ax + Vẽ đồ thị biểu diễn sự C phụ thuộc A i = f(Ci) và xác định C x Cx C1 C2 C3 bằng cách ngoại suy từ đồ thị (hình 2). Hình 2. Đồ thị xác định Cx bằng phương pháp thêm 2.1.5. Phương pháp vi sai [2], [5], [7] Để xác định một chất bằng phương pháp đo độ hấp thụ ánh sáng thì điều kiện trước tiên là sự hấp thụ ánh sáng của chất đó phải tuân theo định luật cơ bản về sự hấp thụ ánh sáng (định luật Bouguer – Lambert – Beer). Độ hấp thụ quang của dung dịch phải tỉ lệ tuyến tính với nồng độ nhất định (trong khoảng từ a 1 đến a2). Ở những nồng độ nhỏ hơn a 1 và lớn hơn a2 thì sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch không tuân theo định luật Beer. Để mở rộng khoảng nồng độ có thể xác định bằng phương pháp trắc quang người ta dùng phép đo vi sai (phương pháp trắc quang vi sai). Phương pháp vi sai đo ở khoảng nồng độ lớn hơn a2 (nhỏ hơn a1) gọi là phương pháp vi sai độ hấp thụ quang lớn (nhỏ). Ở phương pháp này, dung dịch so sánh không phải là một dung môi nguyên chất mà là một dung dịch có màu của chất chuẩn hoặc có thể là dung dịch nghiên cứu. 8
9. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học * Phương pháp vi sai nồng độ lớn: Nguyên tắc của phương pháp là đo độ hấp thụ quang của dung dịch nghiên cứu và 1 dung dịch chuẩn với dung dịch so sánh không phải là dung môi nguyên chất mà là một dung dịch chuẩn khác có nồng độ gần với Cx. Tiến hành phép xác định bằng phương pháp này như sau: - Chuẩn bị 2 dung dịch chuẩn: ddss có nồng độ C s (lớn), dd chuẩn khác có nồng độ C1 (lớn), C1 > Cs. - Chuẩn bị dung dịch phân tích chứa chất X cần xác định (Cx > Cs). - Thực hiện các phản ứng tạo màu cho 3 dd trên trong điều kiện tối ưu như nhau. - Đo độ hấp thụ quang của dd2 và dd phân tích với dd so sánh là dd1 (dùng một loại cuvet) ta được: Ađo1 = Add1/ddss = A1 – As = εl(C1 – Cs) Ađo2 = Ax/ddss = Ax – As = εl(Cx – Cs) Từ kết quả trên, bằng cách tính toán đại số ta rút ra được: Ado2 C1 Cs Cx Cs Ado1 (C1 C s ) Cx Ado2.F Cs , với F = là thừa số chuyển. Ado1 Như vậy, nếu dùng một loại cuvet ta sẽ A được F = const. Do vậy, ta có thể thực hiện phép xác định bằng phương pháp đường A chuẩn. x Để xác định bằng phương pháp đường chuẩn, ta chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn của chất X cần xác định có C > C s. Đo A của Cs Cx C các dd chuẩn này với nền A s rồi vẽ đồ thị Hình 3. Đồ thị xác định Cx bằng chuẩn biểu diễn mối quan hệ A = f(C) với C s phương pháp vi sai nồng độ lớn là điểm gốc tọa độ (hình 3). Như vậy, dựa vào đồ thị ta có thể xác định Cx ứng với phép đo A bất kỳ. 9
10. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học * Phương pháp vi sai nồng độ nhỏ: Cũng tương tự như trên nhưng lúc này trình tự đo ngược lại, tức là dd nghiên cứu có nồng độ C x (Cx Cs và là Cx nếu Cs > Cx. phương pháp vi sai nồng độ nhỏ - Bằng phương pháp đại số, ta xác định Cx của chất phân tích X như sau: + Khi Cx và C1 đều lớn hơn C s: cách tiến hành và xác định C x giống như phép vi sai nồng độ lớn, và do vậy: Ax As C1 Cs Cx Cs A1 As + Khi Cx và C1 đều nhỏ hơn C s: cách tiến hành và xác định C x giống như phép vi sai nồng độ nhỏ, và do vậy: As Ax Cs C1 Cx Cs As A1 10
11. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học - Bằng phương pháp đồ thị, ta tiến hành như sau: A + Pha 2 dãy dung dịch chuẩn A3 có nồng độ C 1, C2, C3, , Cn và C'1, C'2, A2 A1 C'3, , C'n và 1 dung dịch chuẩn có nồng độ Cs, sao cho C'1, C'2, C'3, , C'n < Cs < C , C , C , , C . 1 2 3 n C'3 C'1 0 + C1, C2, C3, , Cn với dung Cs C1 C3 C dịch so sánh là dung dịch chuẩn có nồng A'1 độ Cs được A1, A2, A3, , An; Đo độ hấp A'2 thụ quang của dung dịch chuẩn có nồng độ A'3 Cs với dung dịch so sánh lần lượt là C'1, C'2, C'3, , C'n. Dựng đồ thị chuẩn với kết quả vừa thu được (hình 5). A Hình 5. Đồ thị chuẩn của + Pha dung dịch nghiên cứu phương pháp vi sai hai chiều và đo độ hấp thụ quang của nó với dung dịch so sánh là dung dịch chuẩn có nồng độ C s hoặc ngược lại ta được A x. Đặt giá trị A x vào đồ thị chuẩn để xác định Cx. 2.1.6. Phương pháp thêm vi sai [7] Bản chất của phương pháp là sự tổ hợp của phương pháp thêm và phương pháp vi sai. Cách tiến hành: - Pha chế dung dịch: dd1 là nghiên cứu X, dd2 là dung dịch nghiên cứu được thêm một lượng chất chuẩn, dd3 là dung dịch nghiên cứu được pha loãng n lần được dùng làm ddss. - Thực hiện phản ứng tạo màu ở điều kiện tối ưu rồi đo độ hấp thụ quang của dd1 và dd2 với dung dịch so sánh (trong cùng loại cuvet), giả sử được các giá trị A1 và A2. 1 Cx Cx A1 n - Tính toán kết quả: A 1 2 C C C s x n x 11
12. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học n Cs Từ đó ta xác định được Cx: Cx n 1 A2 A1 Ở đây ta có thể đo A của dd1 với ddss là dd3 được A 1, đo A của dd2 với ddss là dung dịch 1 được A2 , và khi đó Cx được tính bằng biểu thức: n A1.Cs Cx n 1 A2 2.1.7. Chuẩn độ trắc quang [2], [5], [7] Chuẩn độ trắc quang là một dạng của phân tích thể tích. Nguyên tắc của phương pháp là căn cứ vào thể tích thuốc thử tiêu thụ để suy ra hàm lượng chất cần phân tích. Điểm tương đương của quá trình chuẩn độ được xác định bằng phép đo quang A. Phương pháp được tiến hành như sau: - Dung dịch nghiên cứu được lấy với thể tích Vx xác định. - Thực hiện phản ứng tạo màu trong những điều kiện tối ưu với dung dịch thuốc thử được nhỏ xuống từ buret và liên tục đo A của hỗn hợp phản ứng. - Dựa vào các số liệu thu được khi chuẩn độ, ta dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ A = f(V) và xác định điểm tương đương trên đồ thị. Giả sử ta có phương trình phản ứng chuẩn độ: X + R = Z (trong đó, X: chất cần định lượng; R: thuốc thử; Z: sản phẩm) * Khi không dùng chỉ thị, tùy màu sắc các thành phần (dd nghiên cứu, dd thuốc thử, sản phẩm phản ứng) mà ta sẽ có các dạng đồ thị dưới đây (hình 6a – 6g): A A A A (a) (b) (c) (d) 1 2 V V V V A A A (e) (g) 1 1 1 2 (f) 2 3 2 V V V Hình 6a – 6g. Các dạng đồ thị chuẩn độ trắc quang 12
13. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học (a) X và R không hấp thụ ánh sáng còn Z hấp thụ ánh sáng. (b) X hấp thụ ánh sáng còn R và Z không hấp thụ ánh sáng. (c) X và Z không hấp thụ ánh sáng còn R hấp thụ ánh sáng. (d) Z không hấp thụ ánh sáng còn R và X hấp thụ ánh sáng. Trong đó: 1- R hấp thụ ánh sáng mạnh hơn X; 2 - X hấp thụ ánh sang mạnh hơn R. (e) X, R và Z đều hấp thụ ánh sáng. Trong đó: 1- X hấp thụ ánh sáng mạnh hơn Z; 2 - X và Z có độ hấp thụ ánh sáng như nhau còn R yếu hơn hoặc mạnh hơn; 3 - X hấp thụ ánh sáng yếu hơn Z. Sau tương đương, tùy thuộc vào sự tương quan giữa màu của R và Z mà mật độ quang của dung dịch có thể tăng hoặc giảm. (f) Z và R hấp thụ ánh sáng còn X không hấp thụ: 1 - Z hấp thụ ánh sáng mạnh hơn R; 2 - R hấp thụ ánh sáng mạnh hơn Z. (g) X và Z hấp thụ ánh sáng còn R không hấp thụ ánh sang: 1 - Z hấp thụ ánh sáng mạnh hơn X; 2 - X hấp thụ ánh sáng mạnh hơn Z. * Trường hợp dùng chỉ thị màu để xác A định điểm tương đương sẽ cho ta những dạng 1 2 đồ thị tương tự như trong phép chuẩn độ thể tích (hình 6h). - Sau khi xác định điểm tương ta sẽ xác V định được nồng độ chất phân tích: Hình 6h. Đồ thị chuẩn độ trắc quang V R t d . CR Cx Vx Phương pháp chuẩn độ trắc quang không nhạy bằng phương pháp trắc quang. Nói chung phương pháp chuẩn độ trắc quang chỉ được sử dụng khi định lượng chất cần xác định lớn (vào khoảng 0,01 - 0,001 đương lượng gam). Yêu cầu trong chuẩn độ trắc quang là cấu tử cần định lượng phải chuyển thực tế hoàn toàn thành phức khi cho lượng tương đương thuốc thử. Do vậy, điều quyết định là độ bền của phức màu (phân tích trắc quang có thể sử dụng những phức chất không thật bền nếu lấy dư thuốc thử). Phản ứng trong chuẩn độ trắc quang phải xảy ra tức thời, định lượng và phức phải có độ bền lớn. Ưu điểm của phương pháp là có thể tiến hành tự động và có thể sử dụng trong những trường hợp: 13
14. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học - Sản phẩm phản ứng chuẩn độ có màu. - Màu của chỉ thị không biến đổi đột ngột mà thay đổi chậm. - Chuẩn độ dung dịch có màu. - Chuẩn độ chất hấp thụ ánh sáng thuộc miền tử ngoại hay hồng ngoại gần. - Chuẩn độ dung dịch rất loãng. 2.2. Đối với hỗn hợp chất nghiên cứu [1], [7] Cơ sở của phương pháp là định luật Beer và định luật cộng tính. Trước hết ta xét trường hợp có hai chất cần nghiên cứu A và B cùng có mặt trong dung dịch. Trong trường hợp tổng quát ta có thể gặp các trường hợp sau: 2.2.1. Hai chất màu có phổ hấp thụ không chồng lên nhau: Chẳng hạn, hỗn hợp hai chất màu A và B có phổ hấp thụ phổ hấp thụ được vẽ ở hình 7. của A phổ hấp thụ của B Theo hình 7, nếu đo mật độ quang của hỗn hợp với kính lọc có λ max = λ 1 thì thực tế có thể coi như đó là độ hấp thụ Độ hấp thụ phân tử, ε quang của chỉ riêng chất A. Do λ1 λ2 Bước sóng, λ vậy, để xác định A trong hỗn hợp ta có thể đo độ hấp thụ Hình 7. Phổ hấp thụ của 2 chất A và B (trường hợp 1) quang của một dung dịch chuẩn của chât của chất A nữa thì ta có thể tính nồng độ chất A trong dung dịch nghiên cứu: A .C C hh(1 ) sA xA A sA(1 ) Và cũng tương tự như vậy, ta đo độ hấp thụ quang của hỗn hợp nghiên cứu và của dung dịch chuẩn chất B ở λ2. Ta sẽ tính được nồng độ chất B trong hỗn hợp theo: A .C C hh(2 ) sB xB A sB(2 ) 14
15. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học 2.2.2. Hai chất màu có phổ hấp thụ chồng lên nhau một phần: Phổ hấp thụ hỗn hợp hai chất A và B có thể được vẽ như sau (hình 8): phổ hấp thụ phổ hấp thụ của B của A Độ hấp thụ phân tử, ε λ1 λ2 Bước sóng, λ Hình 8. Phổ hấp thụ của 2 chất A và B (trường hợp 2) - Trường hợp 1: nếu ta đo quang ở λ 2 ta chỉ tính được nồng độ của riêng chất B như trên. - Trường hợp 2: nếu ta đo quang ở λ < λ2 ta sẽ thu được giá trị độ hấp thụ quang của cả A và B có trong hỗn hợp. Để giải quyết vấn đề này ta có thể dùng phương pháp đồ thị như sau: - Pha một dãy dung dịch chuẩn của chất B rồi đo độ hấp thụ quang ở bước sóng λ1. - Pha một dãy chuẩn của chất A và đo độ hấp thụ quang của chúng ở λ1. - Đo mật độ quang của hỗn hợp ở λ1, λ2. - Từ giá trị A hh(λ2) ta sẽ tìm được nồng độ C xB như ở trường hợp trên (vì ở vùng phổ này chỉ có B hấp thụ bức xạ). A A AxB AxA CxB CB CxA CA Hình 9a. Đồ thị chuẩn của chất B đo ở λ1 Hình 9b. Đồ thị chuẩn của chất A đo ở λ1 15
16. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học - Xác định CxA: + Từ CxB và đồ thị chuẩn của của B đo ở λ1 ta suy ra được AxB(λ1) (hình 9a) + Từ giá trị Ahh(λ1) và AxB(λ1) ta suy ra được AxA(λ1): AxA(λ1) = Ahh(λ1) – AxB(λ1) + Từ giá trị A xA(λ1) và đồ thị chuẩn của A ta sẽ tìm được C xA trong hỗn hợp (hình 9b). 2.2.3. Hai chất màu có phổ hấp thụ chồng nhau gần suốt dãi phổ nghiên cứu: Phổ hấp thụ của hai chất này sẽ có các cực đại (pic) hấp thụ ở các bước sóng λ A và λB tương ứng như sau (hình 10): phổ hấp thụ ε1A của chất A ε2B phổ hấp thụ của chất B Độ hấp thụ phân tử, ε ε1B ε2A λ1 λ2 Bước sóng, λ Hình 10. Phổ hấp thụ của 2 chất A và B (trường hợp 3) Ta thấy ở mọi bước sóng đều có tổng độ hấp thụ của cả hai chất A và B, tức là: A A,A A,B  ,AlCA  ,BlCB Hiện tượng chất B cũng hấp thụ tại bước sóng cực đại λ A của chất A cũng như chất A cũng hấp thụ ở bước sóng cực đại λ B của chất B sẽ là nguyên nhân gây sai số đáng kể. Để giải bài toán này ta làm như sau (không thể làm như trên vì ở bất kỳ một bước sóng nào ta cũng sẽ thấy độ hấp thụ quang của hỗn hợp): - Dùng những dung dịch chuẩn của riêng chất A và riêng chất B để xác định các độ hấp thụ phân tử tương ứng ελ,A; ελ,B. 16
17. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học - Đo độ hấp thụ của dung dịch hỗn hợp hai chất A và B ở hai bước sóng khác nhau λ1, λ2. Kết quả ta được hệ phương trình: A  lC  lC 1 1 ,A A 1 ,B B A  lC  lC 2 2 ,A A 2 ,B B  , , , Trong đó, 1 ,A 2 ,A 1 ,B 2 ,B đều được xác định với các dung dịch chuẩn riêng từng chất ở hai bước sóng λ 1 và λ 2 tương ứng, còn l là bề dày bình đo. Giải hệ phương trình trên với hai ẩn số C A và CB ta sẽ tìm được nồng độ (hàm lượng) của hai chất A và B cần nghiên cứu. Tóm lại, trong trường hợp hỗn hợp gồm 2 chất ta phải đo độ hấp thụ của dung dịch nghiên cứu ở 2 bước sóng, từ đó ta có thể suy rộng cho hỗn hợp n chất. Tức là, để xác định thành phần của hỗn hợp n chất, ta cần đo độ hấp thụ của hỗn hợp này ở n bước sóng và sẽ được hệ n phương trình gồm n ẩn số. Việc giải hệ n phương trình n ẩn số khá phức tạp. Do đó, để đơn giản hơn ta có thể dùng phương pháp ma trận để giải gần đúng. Độ chính xác của phương pháp này có thể chấp nhận được. Ta cũng có thể sử dụng chương trình máy tính để thực hiện tính toán xác định thành phần hỗn hợp phức tạp bằng phương pháp thêm chuẩn. Như trên ta thấy, để xác định một hỗn hợp hai chất chưa biết bằng phương pháp thêm chuẩn ta phải đo độ hấp thụ trước hết của hai dung dịch chuẩn các chất đó ở hai bước sóng để tìm 4 giá trị về độ hấp thụ phân tử của chúng, sau đó phải đo độ hấp thụ của dung dịch hỗn hợp cũng ở hai bước sóng trên. Như vậy ta cần tất cả là sáu số đo của 3 dung dịch (hai dung dịch chuẩn của hai chất A, B và một dung dịch hỗn hợp A + B) ở 2 bước sóng đã chọn. Mở rộng cho hỗn hợp 3 chất ta sẽ có 12 số đo Từ đó, khái quát là để xác định n chất cần phải có n(n + 1) số đo. 17
18. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học ► PHẦN BÀI TẬP . Định lượng bằng phương pháp so sánh: Bài 1.[6] Định lượng Cu trong mẫu thực phẩm, cân 5,000g mẫu, hòa tan thành dung dịch. Cu2+ được tạo phức với thuốc thử dithizone, dạng phức được chiết bằng dung môi hữu cơ CCl4 với thể tích dung dịch đo sau khi chiết là 25,00ml. Dung dịch chuẩn được chuẩn bị tương tự mẫu, chứa 10g Cu2+ trong thể tích dung dịch đo là 20,00ml. Đo độ hấp thụ của dung dịch chuẩn và mẫu ở  = 545nm với b = 1cm, kết quả A c = 0,320 và Am = 0,225. Tính hàm lượng Cu (ppm) trong mẫu? Bài giải 10 Dung dịch chuẩn: C g / ml 0,5 g / ml A ch = 0,320 ch 20 Dung dịch mẫu: Cm g / ml A m = 0,225 0,5.0,225 Do đó: C 0,352 g / ml m 0,320 Vậy, nồng độ Cu2+ trong 5,000g mẫu là: 0,352.25 C 2 1,76 g / g 1,76 ppm Cu 5 Bài 2.[6] Định lượng Cr trong mẫu hợp kim bằng phương pháp so sánh: 6+ 2- - Dung dịch mẫu: 0,500g hòa tan và oxi hóa Cr thành Cr (dạng Cr2O7 ) pha thành 250,0ml dung dịch đo, có Am = 0,250. -Dung dịch chuẩn: 0,200g K2Cr2O7 hòa tan thành 250,0ml dung dịch A. Lấy 5,00ml dung dịch A pha thành 50,00ml dung dịch đo, có Ac = 0,450. Tính % Cr trong mẫu hợp kim? Bài giải Dung dịch chuẩn: 0,2 5 104 5 C . . 2,83.10 (g / ml) 0,0283(mg / ml) A = 0,450 c 250 50 294 c Dung dịch mẫu: Cm (mg / ml) A m= 0,250 18
19. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học Cc Ac 0,0283 0,450 C m = 0,0157 (mg/ml) Cm Am Cm 0,250 250 Vậy, % Cr6+ trong 0,500g mẫu là: %Cr 6 0,0157. .100 0,785% 0,5.103 . Định lượng bằng phương pháp hệ số hấp thụ phân tử trung bình: Bài 3. [bài tập tự ra] Để định lượng Ni trong trong một mẫu phân tích, người ta làm như sau: - Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn Ni 2+ có nồng độ tăng dần (Ni + đã được tạo phức màu với 2,3-quinolin ở điều kiện tối ưu) và độ hấp thụ quang của các dung dịch chuẩn ở 510nm trong cuvet có bề dày 1cm được kết quả như sau: Dung dịch chuẩn 1 2 3 4 5 6 –5 –5 –5 –5 –5 –5 CM (dd chuẩn) 1,0.10 1,4.10 1,8.10 2,2.10 2,6.10 3,0.10 Mật độ quang 0,053 0,074 0,096 0,117 0,138 0,160 - Mẫu phân tích được thêm chất che thích hợp và thực hiện phản ứng tạo màu trong điều kiện tối ưu như khi xây dựng dãy chuẩn. Độ hấp thụ quang của dung dịch này đo ở 510nm (cuvet như trên) là 0,112. Tính nồng độ của Ni2+ trong mẫu phân tích. Bài giải Theo định luật Beer: A = εlC A Do đó, hệ số hấp thụ phân tử của phức Ni-R được tính theo biểu thức:  lC Hệ số hấp thụ phân tử của Ni-R trong các dung dịch chuẩn tương ứng là: 0,053 0,074 0,096  5,30.103 ;  5,29.103 ;  5,33.103 1 1,0.10 5 2 1,4.10 5 3 1,8.10 5 0,117 0,138 0,160  5,32.103 ;  5,31.103 ;  5,33.103 4 2,2.10 5 5 2,6.10 5 6 3,0.10 5 Hệ số hấp thụ phân tử trung bình của Ni-R là: 19
20. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học 1 1      =  5,30 5,29 5,33 5,32 5,31 5,33 .103 tb n 1 2 n tb 6 3 tb 5,313.10 l / mol.cm Vậy, nồng độ của Ni2+ trong mẫu phân tích là: Ax 0,112 3 5 Cx 3 0,021.10 2,1.10 M tb .l 5,313.10 . Định lượng bằng phương pháp đường chuẩn: Bài 4. [6] Để định lượng Fe trong mẫu khoáng, người ta cân 8,000 g mẫu rắn và hòa tan thành 100 ml dung dịch mẫu. Dùng 20,00 ml dd mẫu này tạo phức và pha thành 50,0 ml dung dịch đo. Dung dịch chuẩn được pha trong bình định mức 50,0 ml từ dung dịch Fe 2+ 0,001M. Số liệu pha chế, trị số đo của dãy chuẩn và mẫu được tóm tắt trong bảng1: Bảng1. Dung dịch chuẩn Dung dịch mẫu Co C1 C2 C3 C4 C5 Mo M1 V dd Fe2+ 0,001M 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 - - Độ hấp thụ A 0,000 0,221 0,432 0,653 0,875 1,092 0,005 0,543 2+ Co: trắng chuẩn (thực hiện giống như chuẩn nhưng không chứa Fe chuẩn) Mo: trắng mẫu (thực hiện giống như mẫu nhưng không chứa mẫu) Bài giải Nồng độ Fe trong dung dịch đo được xác định bằng phương pháp đường chuẩn. Vì dung dịch chuẩn được pha trong bình định mức 50,0 ml nên nồng độ của các mẫu chuẩn được tính lại như ở bảng 2: Bảng 2. Dung dịch chuẩn dd mẫu Co C1 C2 C3 C4 C5 Mo M1 2+ Vdd Fe 0,001M 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 - - –5 –5 –5 –5 –5 CM tương ứng 0,00 2.10 4.10 6.10 8.10 10. 10 - - Độ hấp thụ A 0,000 0,221 0,432 0,653 0,875 1,092 0,005 0,543 20
21. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học Từ các giá trị thu được, ta xây dựng được đường chuẩn như sau: A 1.2 1.0 0.8 0.6 Ph­¬ng tr×nh ®­êng chuÈn A = 9.10-4 + 10925.C X Độ hấp thụ quang A 0.4 0.2 0.0 0 2 4 6 8 10 Nång ®é C (x 10-5) M Ta có: Am (mẫu) = Am (mẫu + trắng) – Amo (trắng) = 0,543 – 0,005 = 0,538 A 9.10 4 0,538 9.10 4 Do đó: C = 4,933.10 5 M m 10925 10925 Nồng độ Fe trong mẫu rắn theo đơn vị ppm (số g Fe/106g mẫu) được tính: 100 106 ppmFe 4,933.10 5.50.10 3. . .56 86,33ppm 20 8 Bài 5. [bài tập tự ra] Để xác định Nitơ dưới dạng N–NH3 trong mẫu nước bằng phương pháp trắc quang, người ta chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn và mẫu trắng (mẫu so sánh) như ở bảng 3 và thực hiện phản ứng hiện màu trong điều kiện tối ưu như nhau và pha loãng đến thể tích cuối như nhau. Bảng 3. Dung dịch chuẩn Mẫu ống số 1 2 3 4 5 6 trắng số (mg N-NH3/l) 0,02 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0 25 ml mẫu phân tích 1 và 25 ml mẫu phân tích 1 cũng được thực hiện phản ứng hiện màu và pha loãng đến thể tích cuối như trên. 21
22. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học Đo mật độ quang của dãy dung dịch chuẩn và 2 mẫu phân tích với dung dịch so sánh là mẫu trắng ở bước sóng 640nm thu được kết quả như ở bảng 4. Bảng 4. Dãy dung dịch chuẩn Mẫu phân tích ống số 1 2 3 4 5 6 1 2 Mật độ quang A 0,019 0,061 0,109 0,164 0,232 0,291 0,092 0,153 Tính nồng độ amoni trong hai mẫu nước trên. Bài giải Từ các số liệu nồng độ amoni và độ hấp thụ quang đo được của dãy dung dịch chuẩn ta vẽ được đồ thị đường chuẩn sau: 0.30 0.25 Phương trình đường chuẩn: 0.20 A = – 0,00393 + 1,16827Cx 0.15 0.10 Độ hấp thụ quang A 0.05 0.00 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Nồng độ, C Từ độ hấp thụ quang đo được của 2 mẫu và phương trình đường chuẩn trên, ta có: 0,092 0,00393 1,16827C C 0,082(mgN _ NH / l) x1 x1 3 0,153 0,00393 1,16827C C 0,134(mgN _ NH / l) x2 x2 3 Mẫu khi đo đều được pha loãng đi 2 lần nên nồng độ thật trong hai mẫu là: Mẫu 1: 0,164 (mg N-NH3/l) Mẫu 2: 0,268 (mg N-NH3/l) Bài 6. [9] Mật độ quang của các dung dịch chuẩn chứa ion NO3 được đo ở 220 nm, cuvet 1,00 cm như sau: NO3 mg/ml 0,0050 0,010 0,015 0,025 0,035 0,040 0,050 0,060 A 0,121 0,170 0,209 0,330 0,425 0,473 0,570 0,669 22
23. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học Tính hàm lượng ion NO3 trong một mẫu nước giếng, nếu mật độ quang đo trong cùng điều kiện khi xây dựng đường chuẩn bằng 0,540. Bài giải Từ các dữ kiện đã cho, ta xây dựng được phương trình đường chuẩn như sau: 0.6 0.5 0.4 Phương trình đường chuẩn: A = 0,06812 + 10,11066Cx 0.3 Độ hấp thụ quang A 0.2 0.1 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Nồng độ, C Từ phương trình đường chuẩn ta tính được hàm lượng ion NO3 trong mẫu nước giếng là: A 0,06812 0,540 0,06812 C 0,0467mg / ml NO3 10,11066 10,11066 . Định lượng bằng phương pháp thêm: Bài 7. [ bài tập tự ra ] 5,12g một loại thuốc trừ sâu bị phân hủy thành tro và hòa tan vào 200 ml nước đựng trong bình định mức. Quá trình phân tích được thực hiện theo phương pháp đo quang và nhận được kết quả ở bảng 5: Bảng 5. Thể tích mẫu Thể tích thuốc thử dùng (ml) Độ hấp thụ A ở 2+ (ml) 3,82 ppm Cu Phối tử H2O  =545nm, l=1cm 50,0 0,00 20,0 30,0 0,512 50,0 4,00 20,0 26,0 0,844 Tính phần trăm đồng trong mẫu. 23
24. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học Bài giải Áp dụng định luật Beer và dựa vào các số liệu đã cho ta có: C .0, 05 0,512 =  l x (1), với C là nồng độ Cu2+ trong mẫu ban đầu 0,1 x 3,82.10 6 Cx .0,05 0,844 = l 64 (2) 0,1 -6 Từ (1) và (2) giải ra ta được:C x = 7,36.10 M Vậy %Cu trong mẫu = 7,36.10–6.0,2.64/5,12.100% = 1,84.10–3 % Bài 8. [8] Để xác định Fe (III) bằng phương pháp thêm người ta dùng thuốc thử là axit sulfosalisilic. Tính hàm lượng Fe trong 50ml dung dịch mẫu phân tích, nếu như đã lấy 5ml dung dịch mẫu thử trên để pha chế dung dịch mẫu thì A x = 0,450, nhưng nếu cũng lấy 5ml dung dịch mẫu đó rồi thêm vào 0,1mg Fe (III) sau đó mới pha chế dung dịch mẫu thì A x+a = 0,850. Biết rằng cả hai dung dịch mẫu đã được pha chế trong những điều kiện giống nhau, pha loãng đến một thể tích bằng nhau và đo A ở λ và l như nhau. Bài giải Áp dụng định luật Beer và dựa vào các dữ kiện của đề bài, ta có: 5.Cx 5.C 0,1 A l và A l x x V x a V 0,1Ax 0,1.0,450 Do đó: Cx 0,0225mg / ml 5 Ax a Ax 5 0,850 0,450 Vậy, hàm lượng Fe trong 50ml mẫu phân tích là: mFe = 0,0225.50 = 1,125mg Bài 9. [8] Nung chảy 0,2g mẫu silicat của Mg có chứa vệt Al và 5% nước với Na 2CO3 rồi đem hòa tan với HCl và pha loãng đến thể tích 200ml trong bình định mức, ta được dung dịch A. Tiến hành xác định Al3+ bằng phương pháp thêm: - Lấy 20ml dung dịch A để pha chế phức màu rồi pha loãng đến thể tích 50ml, đo mật độ quang Ax = 0,250. –4 - Lấy 20ml dung dịch A, cho thêm 5ml dung dịch AlCl 3 5.10 M để pha chế phức màu rồi pha loãng đến thể tích 50ml, đo Ax+a = 0,550 (ở λ và l như trên). 24
25. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học Tính % Al trong silicat khan. Bài giải Từ các dữ kiện của đề bài ta có: 3 3 3 4 20.10 .Cx 20.10 .C 5.10 .5.10 A l và A l x x 50.10 3 x a 50.10 3 4 4 25.10 Ax 25.10 .0,250 Do đó: Cx 1,042M 20 Ax a Ax 20 0,550 0,250 Phần trăm Al trong silicat khan là: 1,042.10 4.0,2.27 % Al = 100 0,28% 0,2 . Định lượng bằng phương pháp vi sai: Bài 10. [8] Mẫu phân tích Fe (II) có thể tích là Vml. Để xác định Fe (II) bằng o-fenaltrolin người ta làm như sau: pha dung dịch mẫu nghiên cứu từ 1/5 thể tích dung dịch mẫu phân tích và hai dung dịch chuẩn từ 1mg và 1,15mg Fe (II). Ba dung dịch trên được pha chế trong những điều kiện giống nhau về pH, CR, cũng như thể tích cuối cùng. Đo mật độ quang của dung dịch nghiên cứu và dung dịch chuẩn thứ hai so sánh với dung dịch chuẩn thứ nhất ở λ và l như nhau ta có: A ch2 = 0,750 và Ax = 0,800. Tính khối lượng Fe (II) có trong mẫu phân tích đã cho. Bài giải Ta có: A ch2 = A2 – A1 = εl(C2 – C1) = 0,750 Ax = εl(Cx – C1) = 0,800 C2 C1 Do đó: Cx C1 Ax Ach2 1,15 1 C 1 .0,800 1,16mg /V x 0,750 dd Vậy, khối lượng Fe (II) có trong mẫu phân tích đã cho là: mFe = 5.1,16 = 5,8 mg 25
26. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học . Định lượng bằng phương pháp thêm vi sai: Bài 11. [8] Để xác định Coban bằng muối nitrozo – R, người ta dùng phương pháp thêm vi sai. Mẫu phân tích được pha thành 100ml (ddA) dung để pha chế 3 dung dịch màu: 1. Dung dịch nghiên cứu từ 10ml dung dịch A. 2. Dung dịch nghiên cứu có cho thêm một lượng CoCl 2 biết trước từ 10ml ddA + –4 2ml dd CoCl2.2.10 M. 3. Dung dịch so sánh từ 8ml dung dịch A. Cả 3 dung dịch trên được pha chế ở những điều kiện giống nhau và đưa đến thể tích cuối cùng bằng nhau. Đo mật độ quang tương đối của dung dịch 1 và 2 so sánh với dung dịch 3 ta có Ax = 0,350, Ax+a = 0,750. Tính hàm lượng Co trong mẫu phân tích. Cho Co = 59. Bài giải Theo định luật Beer, ta có: 10.C 8C 10C 2.2.10 4 8C A  l x x và A l x x x V x a V Ax 2.Cx Do đó: 4 Ax a 2.Cx 4.10 –4 Suy ra: C x = 1,75.10 M Vậy, hàm lượng Co trong mẫu phân tích là: m 1,75.10 4.0,1.59 10,325.10 4 g 1,03mg Fe3 . Định lượng bằng phương pháp chuẩn độ: Bài 12. [9] Định lượng bằng chuẩn độ trắc quang hàm lượng sắt có trong mẫu X, người ta hòa tan 1,4950 gam mẫu trong HCl và pha loãng dung dịch thành 250,00ml. Lấy chính 3+ 3 xác 25,00ml dung dịch thu được, thêm axit salisilic để chuyển Fe thành phức FeSal3 rồi pha loãng với nước thành 100,0ml. Chuyển toàn bộ dung dịch vào cốc và chuẩn độ bằng EDTA 0,03002M. Phản ứng chuẩn độ: 3 2 + – FeSal3 + H2Y + 4H → FeY + 3H2Sal 26
27. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học Sau mỗi lần thêm dung dịch chuẩn lại lấy một ít dung dịch để đo mật độ quang. Sauk hi đo lại chuyển hết dung dịch đo vào bình chuẩn độ trước khi thêm tiếp chất chuẩn. Giá trị mật độ quang đo được (λ = 420nm) được hiệu chỉnh theo sự thay đổi thể tích của hỗn hợp (sau mỗi lần thêm thuốc thử). Vo VT Ahc Ado . Vo Ahc: giá trị mật độ quang đã hiệu chỉnh Ađo: giá trị mật độ quang đo được Vo: thể tích dung dịch trước khi chuẩn độ, ml VT: thể tích dung dịch thuốc thử cho vào khi chuẩn độ, ml Kết quả thực nghiệm như sau: VT 15,61 15,69 15,78 15,91 16,00 16,09 16,20 Ahc 0,595 0,530 0,480 0,410 0,355 0,288 0,232 VT 16,30 16,40 16,50 16,60 16,80 16,98 Ahc 0,176 0,125 0,064 0,0481 0,0485 0,0486 Tính % sắt có trong mẫu X. Bài giải Dựa vào kết quả thực nghiệm ta xây dựng được đường chuẩn độ như sau: 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 15.6 15.8 16.0 16.2 16.4 16.6 16.8 17.0 27
28. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học 3 Khi thêm EDTA, mật độ quang của FeSal3 giảm dần và sau điểm tương đương, đường chuẩn độ nằm ngang vì các cấu tử hầu như không hấp thụ ánh sáng. 3+ Dựa vào đồ thị ta có thể xác định được V tđ = 16,52 ml. Do đó, lượng Fe trong 25,00 ml mẫu được tính như sau: Số mol Fe3+ = 16,52.0,03002 = 0,4959 milimol Vậy, hàm lượng % sắt là: 0,4959.250 100 55,487 18,52 % 25 1495 . Định lượng hỗn hợp hai chất: Bài 13. [3] Trong một công trình người ta thông báo về phép xác định đồng thời coban và niken đựa trên sự hấp thụ các phức quinolinat tương ứng. Trong cực đại hấp thụ, các hệ số hấp thụ phân tử bằng: Độ dài sóng, λ nm 365 700 εCo 3529 428,9 εNi 3228 0,00 Dựa trên các dữ kiện thực nghiệm đã dẫn ra dưới đây hãy tính nồng độ của coban và niken trong các dung dịch sau: Mật độ quang (cuvet l = 1,00 cm) Dung dịch 365 nm 700 nm 1 0,724 0,0710 2 0,614 0,0744 Bài giải. * Đối với dd 1: - Ở 365nm: 0,724 = 3529.1.CCo + 3228.1.CNi (1) - Ở 700 nm: 0,0710 = 428,9.1. CCo (2) –4 Từ (1) và (2) ta suy ra: CCo = 1,66.10 M –5 CNi = 4,28.10 M 28
29. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học * Đối với dd 2: - Ở 365nm: 0,614 = 3529.1.CCo + 3228.1.CNi (3) - Ở 700 nm: 0,0744 = 428,9.1. CCo (4) –4 Từ (3) và (4) ta suy ra: CCo = 1,73.10 M –7 CNi = 6,2.10 M Bài 14. [1] Hòa tan 250mg đất lấy ở gần một nhà máy luyện kim. Thêm chất che thích hợp vào dung dịch thu được rồi cho tác dụng với 2,3-quinoxalindithiol để tạo phức màu với Co và Ni. Sau khi pha loãng dung dịch thu được này thành 100ml ta đem đo độ hấp thụ trong bình dày 1cm ở 510nm được A 1 = 0,517 và ở 656nm được A 2 = 0,405. Hãy tính thành phần phần trăm của Co và Ni trong đất với các dữ kiện sau: 510nm 656nm ε phức Co với 2,3- quinoxalindithiol 3,64.104 l/mol.cm 1,24.103 l/mol.cm ε phức Ni với 2,3- quinoxalindithiol 5,32.103 l/mol.cm 1,75.104 l/mol.cm Bài giải Giả thiết trong điều kiện bài ra chỉ có các phức của 2,3-quinoxalindithiol với Co và Ni hấp thụ bức xạ. Như vậy: 4 3 A510 = 3,64.10 CCo + 5,52.10 CNi = 0,517 (1) 3 4 A656 = 1,24.10 CCo + 1,75.10 CNi = 0,405 (2) Giải hệ hai phương trình 2 ẩn số trên ta được: 5 CNi 2,24.10 M 5 CCo 1,08.10 M Như vậy, thành phần phần trăm của Co và Ni trong đất là: 100 1,08.10–5.58,93.100. = 0,025% Co 250 100 2,24.10–5.58,69.100. = 0,053% Ni 250 29
30. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học Bài 15. [4] Một hỗn hợp của đicromat và pemanganat trong dung dịch H 2SO4 1M được phân tích bằng phương pháp phổ trắc quang ở 440 và 545 nm để xác định đồng thời 2 ion này. Các giá trị mật độ quang nhận được của dung dịch trong cuvet có bề dày 1 cm bằng 0,385 và 0,653 ở từng bước sóng tương ứng. Bằng con đường độc lập người ta tìm thấy -4 rằng mật độ quang trong cuvet như vậy chứa dung dịch đicromat 8,33.10 M. axit H2SO4 1M bằng 0,308 ở 440 nm và 0,009 ở 545 nm. Bằng cách tương tự đã tìm thấy rằng dung dịch pemanganat 3,77.10-4 M được đặt vào cuvet có bề dày 1 cm có mật độ quang bằng 0,035 ở 440 nm và 0,886 ở 545 nm. Hãy xác định nồng độ đicromat và pemanganat trong hỗn hợp chưa biết. Bài giải. Theo đề ta có: Bước sóng, λ nm Dung dịch 440 nm 545 nm 2 –4 A của Cr2O7 8,33.10 M 0,308 0,009 –4 A của MnO4 3,77.10 M 0,035 0,886 A của dd nghiên cứu 0,385 0,653 Theo định luật Beer (A = εlC) và từ các dữ kiện của đề bài, ta có: 0,308 0,009 ε = 369,75 ; ε = 10,8 440,Cr 8,33.10 4 545,Cr 8,33.10 4 0,035 0,886 ε = 9,28 ; ε = 2350 440,Mn 3,77.10 4 545,Mn 3,77.10 4 Do đó ta có hệ phương trình: 2 0,385 369,75. Cr2O7 9,28. MnO4 0,653 10,8 Cr O2 2350. MnO 2 7 4 2 4 Cr2O7 9,73.10 M Giải hệ phương trình này ta được: MnO 2,73.10 4 M 4 –    – 30
31. Tiểu luận Phân tích Quang phổ hóa học TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Hoàng Minh Châu (chủ biên)(2007), Cơ sở hóa học phân tích, NXB KHKT Hà Nội. [2]. Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung (2003), Các phương pháp phân tích công cụ, ĐHKHTN Hà Nội. [3]. Hồ Viết Quý (2000), Phân tích Lí – Hóa, NXBGD. [4]. Hồ Viết Quý (2006), Cơ sở hóa học phân tích hiện đại – T2, NXB ĐHSP. [5]. Trần Tứ Hiếu (2008), Phân tích trắc quang, NXB ĐHQG Hà Nội. [6]. Nguyễn Thị Thu Vân (2006), Bài tập phân tích định lượng, NXB ĐHQG TP.HCM. [7]. Hoàng Minh Châu (1990), Phương pháp phân tích đo quang, Đại học Sư phạm Huế. [8]. Nguyễn Tinh Dung, Lê Thị Vinh, Trần Thị Yến, Đỗ Văn Huê (1995), Một số phương pháp phân tích hóa lý, Đại học Sư phạm TP.HCM. [9]. Nguyễn Duy Ái, Nguyễn Tinh Dung, Trần Quốc Sơn (2001), Một số vấn đề chọn lọc của hóa học – T3, NXBGD. 31