CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH hóa lý NHÓM 13 ĐHHO8ALT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC




TIỂU LUẬN MÔN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA LÝ
ĐỀ TÀI:
KỸ THUẬT PHÂN TÍCH TRẮC QUANG VÀ
MỘT SỐ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH CÁC
CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG NƯỚC (Fe, Mn)


GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN NGỌC VINH
NHÓM : 13
LỚP: ĐHHO8ALT
KHÓA: 2012 – 2014



Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 3 Năm 2014


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TIỂU LUẬN MÔN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA LÝ
ĐỀ TÀI:
KỸ THUẬT PHÂN TÍCH TRẮC QUANG VÀ
MỘT SỐ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH CÁC
CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG NƯỚC (Fe, Mn)


GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN NGỌC VINH
NHÓM : 13
LỚP: ĐHHO8ALT
KHÓA: 2012 – 2014



Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 3 Năm 2014

i

DANH SÁCH NHÓM 13

Stt
Họ đệm
Tên
Mã số sinh viên
1
Nguyễn Hữu
Nghĩa
12071681
2
Nguyễn Vĩnh

Phúc
12086411
3
Nguyễn Thị
Long
12085501
4
Trịnh Thị
Nhung
12085441
5
Đổ Thị Ngọc
Thúy
12085401
6
Hồ Hạnh
Uyên
12086381



ii

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẮT VÀ MANGAN 2
1.1. Tổng quan 2
1.2. Đặc trưng và tác hại nguồn nước nhiễm sắt, mangan [2], [7] 2
1.2.1. Đặc trưng nguồn nước nhiễm sắt, mangan 2
1.2.1.1. Sắt 2

1.2.1.2. Mangan 3
1.2.2. Tác hại sắt và mangan đối với đời sống con người 4
1.2.2.1. Sắt 4
1.2.2.2. Mangan 4
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH SẮT, MANGAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG VÀ
PHỔ NGUYÊN TỬ 6
2.1. Các phương pháp phổ nguyên tử xác định hàm lượng Fe, Mn 6
2.1.1. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) [1] 6
2.1.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [6] 6
2.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS 8
2.2.1. Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS [4] 8
2.2.2. Các điều kiện tối ưu của một phép đo quang [4] 9
2.2.2.1. Sự đơn sắc của bức xạ điện từ
9
2.2.2.2. Bước sóng tối ưu – bước sóng cực đại
λ
max
10
2.2.2.3. Khoảng tuyến tính của định luật Lambert – Beer
10
2.2.2.4. Các
yếu tố
khác 10
2.2.3.
Các
phương pháp phân tích định
lư
ợ
ng
[4] 10

2.2.3.1.
Ph
ư
ơ
n
g

pháp đường
chuẩn 10
2.2.3.2.
Ph
ư
ơ
n
g

pháp thêm
chuẩn 11
2.2.3.3.
Ph
ư
ơ
n
g

pháp
vi sai 12
2.2.4. Các phương pháp xác định sắt Fe(II) [4] 12
2.2.4.1. Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử thioxianat 12
2.2.4.2. Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử axit sunfosalixilic 13

2.2.4.3. Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử o-phenantrolin 14
2.2.4.4. Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc 2,2 - bipyridyl 14

iii

2.2.5. Các phương pháp xác định mangan Mn(II) bằng phương pháp trắc quang [5] 14
2.2.5.1. Xác định Mn(II) dựa vào màu của ion MnO
4
-
15
2.2.5.2. Xác định Mn(II) dựa vào màu của pyrophotphat manganit 16
2.2.5.3. Xác định Mn dựa trên sự tạo phức màu của Mn(II) với thuốc thử hữu cơ 16
CHƯƠNG 3: BÀN LUẬN VÀ KẾT LUẬN 19
3.1. Bàn Luận 19
3.2. Kết Luận 20
TÀI LIỆU THAM KHẢO 21


1

LỜI MỞ ĐẦU
Nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên qúy giá, là yếu tố không thể thiếu cho sự sống, ở đâu
có nước ở đó có sự sống. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của sự sống, quá trình đô thị hoá,
công nghiệp hoá, và thâm canh nông nghiệp ngày càng phát triển đã có nhiều ảnh hưởng xấu đến
nguồn tài nguyên này. Nhiều nơi nguồn nước bề mặt thậm chí cả nước ngầm đã bị ô nhiễm
nghiêm trọng gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng của nước và ảnh hưởng đến sức khoẻ của con
người và động vật làm giảm năng xuất và chất lượng cây trồng.
Ô nhiễm nước là hiện tượng các vùng nước như sông, hồ, biển, nước ngầm bị các hoạt
động của con người làm nhiễm các chất, sự thay đổi thành phần và chất lượng nước vượt quá
tiêu chuẩn cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật. Hầu như ai cũng

biêt sự có mặt của thành phần sắt và mangan trong nguồn nước tự nhiên, chúng gây ảnh hưởng
đáng kể đến việc cấp nước và đặc biệt đối với nguồn nước ngầm.
Để có được nguồn nước sạch trong sinh hoạt và không bị nhiễm thành phần độc tố trong
nước, cần phải xử lý sắt và mangan là tiêu chí hàng đầu trong khâu xử lý nước sạch khi đưa
vào sử dụng.
Có nhiều phương pháp xử lý sắt và mangan như oxy hoá sắt, làm thoáng, khử… Trong bài
tiểu luận này chúng tôi sẽ giới thiệu với thầy và các bạn cách xử lý sắt và mangan trong nước
bằng phương pháp trắc quang.



2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẮT VÀ MANGAN
1.1. Tổng quan
Sắt và mangan đều ảnh hưởng đáng kể đến việc cấp nước, đặc biệt đối với nguồn nước
ngầm. Một số nguồn nước ngầm không chứa Fe va Mn, trong khi một số nguồn nước ngầm khác
lại chứa một lượng đáng kể. Điều này chỉ có thể giải thích trên cơ sở hóa vô cơ.
Fe và Mn tồn tại trong nguồn nước do sự thay đổi điều kiện môi trường dưới tác dụng của
các phản ứng sinh học xảy ra trong các trường hợp sau:
󰂽 Nước ngầm chứa một lượng lớn Fe và Mn hoặc cả Fe và Mn sẽ không chứa oxi hòa tan và
có hàm lượng CO
2
cao. Fe và Mn tồn tại dưới dạng Fe
2+
và Mn
2+
. Hàm lượng CO
2
cao chứng

tỏ quá trình oxi hóa các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật đã xảy ra và nồng độ oxi
hòa tan bằng không, chứng tỏ điều kiện kỵ khí đã hình thành.
󰂽 Giếng nước chất lượng tốt có hàm lượng Fe và Mn thấp. Nếu sau đó chất lượng nước giảm
đi chứng tỏ chất thải hữu cơ thải ra mặt đất ở khu vực gần giếng nước đã tạo thành môi trường
kỵ khí trong lớp đất.
Trên cơ sở nhiệt động học, Mn
4+
và Fe
3+
là trạng thái oxi hóa bền nhất của Fe và Mn trong
nước chứa oxy. Do đó chúng có thể bị khử thành Fe
2+
và Mn
2+
hòa tan chỉ trong môi trường kỵ
khí.
Những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng một số vi sinh vật có khả năng sử dụng Fe(III) và
Mn(IV) làm chất nhận điện tử do quá trình trao đổi chất dưới diều kiện kỵ khí dẫn đến sự hình
thành cá dạng khử Fe
2+
và Mn
2+
. Như vậy, vi sinh vật không chỉ tạo ra môi trường kỵ khí cần
thiết cho quá trình khử mà còn có khả năng khử trực tiếp Fe và Mn.
1.2. Đặc trưng và tác hại nguồn nước nhiễm sắt, mangan [2], [7]
1.2.1. Đặc trưng nguồn nước nhiễm sắt, mangan
1.2.1.1. Sắt
Theo một số nghiên cứu, sắt có mặt cả trong nước mặt và nước ngầm. Hàm lượng sắt trong
nước tự nhiên dao động trong một giới hạn lớn từ 0,01 – 26,1 mg/l, tuỳ thuộc vào nguồn nước và
những vùng mà nguồn nước chảy qua. Ngoài ra, độ pH và sự có mặt của một số chất như

cacbonat, CO
2
, O
2
, các chất hữu cơ tan trong nước sẽ oxy hóa hay khử sắt làm cho sắt có thể tồn
tại ở dạng tan hay kết tủa. Trong nước mặt do ion sắt II dễ bị oxy hóa nên sắt thường tồn tại ở

3

dạng Fe
3+
thường là Fe(OH)
3
dưới dạng keo hữu cơ, cặn huyền phù…
Hàm lượng sắt trong nước ngầm thường cao và phân bố phụ thuộc vào các lớp trầm tích
dưới đất sâu nơi dòng nước chảy qua. Khi tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hóa, ion Fe
2+

bị oxy hóa thành Fe
3+
và kết tủa thành Fe(OH)
3
có màu nâu đỏ.
Một số dạng tồn tại của sắt trong nước:
󰂽 Các hợp chất vô cơ của ion sắt hóa trị II: FeS, Fe(OH)
2
, FeCO
3
, Fe(HCO
3

)
2
, FeSO
4
,…
󰂽 Các hợp chất vô cơ cuả ion sắt hóa trị III: Fe(OH)
3
, FeCl
3
…
󰂽 Các phức chất vô cơ của ion sắt với silicat, photphat…
󰂽 Các phức chất hữu cơ của ion sắt với axit humic, funvic…
Nồng độ giới hạn cho phép:
󰂽 Nước uống : 0,2 – 1,5 mg/l tuỳ thuộc tiêu chuẩn từng nước.
󰂽 Nước thải: 2- 10 mg/l.
1.2.1.2. Mangan
Mangan thường tồn tại trong nước cùng với sắt nhưng với hàm lượng ít hơn. Nước có chứa
Mangan thường tạo ra lớp cặn màu đen đóng bám vào thành và đáy bồn chứa.
Trong nước, mangan tồn tại dưới dạng các muối tan của clorua, sunfat, nitrat.
Hàm lượng mangan trong nước tự nhiên trung bình là 0,58 mg/l, hàm lượng này còn phụ
thuộc vào nguồn nước và địa chất các khu vực nước chảy qua. Mangan có độc tính rất thấp và
không gây ung thư. Ở hàm lượng cao hơn 0,15 mg/l có thể tạo ra vị khó chịu, làm hoen ố quần
áo. Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đếu quy định hàm lượng mangan nhỏ hơn 0,5 mg/l.
Nồng độ giới hạn cho phép:
󰂽 Nước uống : 0,01 – 0,5 mg/l tuỳ thuộc tiêu chuẩn từng nước.
󰂽 Nước thải: nhỏ hơn 1 mg/l.

4

1.2.2. Tác hại sắt và mangan đối với đời sống con người

1.2.2.1. Sắt
Mặc dù sắt không gây độc hại cho cơ thể, tuy nhiên nước có hàm lượng sắt cao hơn 0,5
mg/l thường có mùi tanh khó chịu, chứa nhiều cặn bẩn màu vàng (kết tủa Fe(OH)
3
) nước thường
đục, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng ăn uống, sinh hoạt, sản xuất (làm ố vàng quần áo khi
giặt), một số nghành công nghiệp đòi hỏi chất lượng cao như: giấy, du lịch, tơ, sợi, dệt, thực
phẩm, dược phẩm… Các cặn sắt kết tủa có thể làm tắt hoặc làm giảm khả năng vận chuyển của
các ống dẫn nước. Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng sắt nhỏ hơn 0,5
mg/l.
Sắt là nguyên tử vi lượng cần thiết để cho cơ thể cấu tạo hồng cầu. Vì thế, sắt với hàm
lượng 0,3 mg/l là mức ấn định cho phép đối với nước sinh hoạt. Vượt quá giới hạn trên, sự có
mặt của sắt trong nước gây ra một số ảnh hưởng bất lợi cho người sử dụng trong sinh hoạt gia
đình, trong công nghiệp và thương mại. Sắt thường đọng lại trong các đường ống cấp nước làm
giảm áp suất của nước trong ống dẫn nên ảnh hưởng tới quá trình phân phối nước.
1.2.2.2. Mangan
Mangan được hấp thụ vào cơ thể người thông qua 3 con đường: hô hấp, tiếp xúc và tiêu
hóa. Trong đó, sự hấp thụ qua đường hô hấp là nhanh nhất, thường xảy ra với những công nhân
làm việc tại các khu công nghiệp sản xuất gang thép và chế tạo ắc qui. Còn đối với con người nói
chung, mangan được hấp thụ thông qua ăn uống là chủ yếu. Sự hấp thụ mangan liên quan tới một
số yếu tố như: hàm lương sắt, canxi trong thực phẩm, chất tanin trong trà, các loại thức ăn xơ…
Sau khi được hấp thụ mangan sẽ được vận chuyển qua máu đến các cơ quan trong cơ thể. Hàm
lượng mangan cao nhất thường được tìm thấy trong xương, gan, cật, tụy, tuyến thượng thận, các
mô giàu ti thể và sắc tố. Sự tập trung hàm lượng mangan thấp nhất là ở mỡ. Trong cơ thể người,
mangan có thể tồn tại ở một vài trạng thái oxi hóa trong các hợp chất phức hoặc ở dạng ion tự do.
Sau khi thực hiện các quá trình trao đổi chất, mangan được thải loại ra khỏi cơ thể qua: phân,
nước tiểu, mồ hôi, tóc và sữa mẹ.
Theo khảo sát, một cậu bé 10 tuổi dùng nước sinh hoạt có nồng độ mangan cao gấp 3 lần
so với tiêu chuẩn cho phép của WHO (0,4 mg/L) trong thời gian 5 năm có biểu hiện khả năng ghi
nhớ dưới mức trung bình. Nhiễm độc mangan từ nước uống làm giảm khả năng ngôn ngữ, giảm

trí nhớ, giảm khả năng vận dụng sự khéo léo của đôi tay và tốc độ chuyển động của mắt. Phổi
nhiễm mangan lâu dài (hơn 10 năm) đã dẫn đến những triệu chứng thần kinh không bình thường

5

ở người cao tuổi (n=77) miền Tây Bắc Peloponnesos, Hy Lạp. Nhóm người này đã sử dụng
nguồn nước bị ô nhiễm mangan, với nồng độ nằm trong khoảng 1,8 - 2,3 mg/L, trong khi tiêu
chuẩn mangan trong nước uống của tổ chức Y Tế Thế Giới là 0,4 mg/L. Khả năng gây đột biến
và gây ung thư do phơi nhiễm mangan chưa được biết đến ở người.


6

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH SẮT, MANGAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC
QUANG VÀ PHỔ NGUYÊN TỬ
2.1. Các phương pháp phổ nguyên tử xác định hàm lượng Fe, Mn
2.1.1. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) [1]
Nguyên tắc chung của phép phân tích định tính trong phương pháp
quang
phổ phát xạ
nguyên tử gồm 3 giai đoạn:
󰂽 Cung cấp năng lượng thích hợp để hóa hơi, nguyên tử hóa mẫu tạo ra đám hơi nguyên tử
tự do, kích thích đám hơi đó phát ra phổ phát xạ của chúng.
󰂽 Thu chùm sáng phát xạ, phân ly và ghi phổ phát xạ của mẫu phân tích.
󰂽 Quan sát phổ phát xạ thu được, phân tích định tính.
Cơ sở của phân tích định lượng bằng phép đo AES là sự phụ thuộc của
nồng
độ vào cường
độ vạch phổ được biểu diễn thông qua định luật Lambert – Beer:
I =

k.C
b

Với: I: cường độ vạch phổ; C: nồng độ; k: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào phép đo gồm hệ
thống máy đo, xử lý mẫu; 0 < b ≤ 1.
Ở các giá trị C < C
o
thì b = 1 với C
o
được gọi là nồng độ giới hạn. Lúc này sẽ có sự phụ
thuộc tuyến tính giữa I và C: I = k.C
Khi xác định sắt người ta thường nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa đèn khí, hồ quang
điện rồi thu, phân ly và ghi phổ phát xạ.
2.1.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [6]
Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dựa vào khả năng hấp thụ chọn lọc các bức
xạ cộng hưởng của các nguyên tử ở trạng thái tự do. Đối với mỗi nguyên tố vạch cộng
hưởng thường là vạch quang phổ nhạy nhất của phổ phát xạ nguyên tử của chính nguyên tử
đó. Thông thường thì khi hấp thụ bức xạ cộng hưởng nguyên tử sẽ chuyển từ trạng thái ứng
với mức năng lượng cơ bản sang mức năng lượng cao hơn gần với mức năng lượng cơ bản
nhất, người ta gọi đó là bước chuyển cộng hưởng.
Trong phương pháp này quá trình nguyên tử hóa mẫu có thể thực hiện
bằng
phương pháp
không ngọn lửa và phương pháp sử dụng ngọn lửa. Trong điều kiện nhiệt độ không quá cao

7

(1500 – 3000
o
C) đa số các nguyên tử tạo thành ở trạng thái cơ bản.

Khi chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do một chùm bức xạ điện từ có tần số bằng tần số
cộng hưởng thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ cộng hưởng này và làm cho cường
độ của chùm bức xạ điện từ giảm. Sự bức xạ của đám hơi tuân theo định luật Lambert – Beer:
  






Với: K
v
: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào bản chất, bước sóng của bức xạ đơn sắc; N: số nguyên
tử tự do ở trong môi trường hấp thụ (đám hơi nguyên tử tự do); L: bề dày môi trường hấp thụ
(phụ thuộc vào máy).
Cường độ vạch phổ = mật độ quang = độ hấp thụ:
D = A = 2,303.K
v
.N.L = KN
Trong khoảng giá trị nồng độ C đủ nhỏ thì: N = K.C; D = k.C
b


b = 1 nếu C  C
o
; b < 1 nếu C >
C
o

C

o
: Ngưỡng của sự tuyến tính của định luật Lambert – Beer cho phương pháp AAS.
k: Hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào điều kiện phân tích.
Thông thường số nguyên tử kích thích trong đám hơi không quá 1 – 2% nên phương
pháp này có độ nhạy, độ chính xác cao, thực hiện nhanh và khá đơn giản.
Khi xác định sắt người ta thường nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa đèn khí axetylen +
không khí rồi dùng nguồn sáng đơn sắc có bước sóng mà đám hơi hấp thụ cộng hưởng chiếu
vào đám hơi nguyên tử rồi thu phân ly và ghi phổ hấp thụ.
Ưu nhược điểm của phương pháp AAS [3]
Ưu điểm
󰂽 Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc tương đối cao gần 60 nguyên tố
hóa học có thể được xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 1.10
-4
đến 1.10
-5
. Đặc
biệt, nếu sử dụng kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa thì có thể đạt đến độ nhạy 10
-7
%.
Chính vì có độ nhạy cao, nên phương pháp này được sử dụng rộng rất rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực để xác định vết các kim loại. Đặc biệt là trong phân tích các nguyên tố vi lượng trong
các đối tượng mẫu y học sinh học nông nghiệp kiểm tra hóa chất có độ tinh khiết cao.

8

󰂽 Do có độ nhạy cao nên trong nhiều trường hợp không cần phải làm giàu mẫu nguyên tố xác
định trước khi phân tích, do đó tốn ít nguyên liệu mẫu, tốn ít thời gian không cần dùng nhiều
hóa chất tinh khiết cao. Mặc khác cũng tránh được sự nhiễm bẩn mẫu khi xử lí qua các giai
đoạn phức tạp.
󰂽 Các động tác thực hiện nhẹ nhàng. Các kết quả phân tích có thể được lưu lại trên máy tính.

Có thể xác định đồng thời hoặc liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu. Các kết quả phân
tích ổn định sai số nhỏ.
󰂽 Trong nhiều trường hợp sai số không quá 15 % với nồng độ cỡ 1 – 2 ppm.
Nhược điểm
󰂽 Do phép đo có độ nhạy cao, cho nên sự nhiểm bẩn rất có ý nghĩa đối với kết quả phân tích
hàm lượng vết.
󰂽 Nhược điểm chính của phương pháp này là chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất ở
trong mẫu phân tích, mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố trong mẫu. Vì thế nó
chỉ là phương pháp phân tích thành phần hóa học nguyên tố
2.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS
2.2.1. Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS [4]
Đây là phương pháp dựa trên sự so sánh cường độ màu của dung dịch nghiên cứu với
cường độ màu của dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định.
Cơ sở lý thuyết của phương pháp là định luật Lambert – Beer:
I = I
o
.
10
-ε.l.C

Mật độ quang: D = lg (I
o
/I) = ε.l.C


Hay: D = K.C

Trong đó: I
o
: cường độ ánh sáng tới; I: cường độ ánh sáng ló; ε: hệ số tắt phân tử hay hệ

số hấp thụ phân tử, ε: là đại lượng xác định, phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ, vào bước
sóng λ của bức xạ đơn sắc và vào nhiệt độ; l: bề dày của cuvet đựng dung dịch, đo bằng cm;
C: nồng độ dung dịch, đo bằng mol/l; D: mật độ quang; K: hệ số tỷ lệ, K = ε.l

9

Sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo quang được trình bày trên hình 2.1.
Hình 2.1. Sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo quang
Sơ đồ máy so màu quang điện hai chùm tia được trình bày trên hình 2.2.

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên tắc hệ thống máy UV – VIS hai chùm tia
1- Đèn vonfram; 2- Cuvet chứa dung dịch so sánh; 3- Kính lọc sáng; 4- Cuvet chứa
dung dịch phân tích; 5- Tế bào quang điện với hiệu ứng quang điện ngoài; 6- Gương; 7- Tế
bào quang điện; 8- Điện kế để chuẩn hóa 100% T.
2.2.2. Các điều kiện tối ưu của một phép đo quang [4]
2.2.2.1. Sự đơn sắc của bức xạ điện từ
Định luật Lambert – Beer càng chính xác hay là sự phụ thuộc D = f (C) càng tuyến tính

10

nếu bức xạ đơn sắc chiếu vào dung dịch càng đơn sắc.
2.2.2.2. Bước sóng tối ưu – bước sóng cực đại
λ
max

Mỗi một chất chỉ hấp thụ ánh sáng cực đại tại một bước sóng nhất định gọi là λ
max
. Do đó,
định luật Lambert – Beer càng chính xác cho chất phân tích tại giá trị
λ

max
.
2.2.2.3. Khoảng tuyến tính của định luật Lambert – Beer

Định luật Lambert – Beer cho sự phụ thuộc D = f (C) chỉ tuyến tính trong một khoảng
giá trị nồng độ nhất định, gọi là khoảng tuyến tính C
min
- C
max
, phụ thuộc vào máy đo, dung
dịch phân tích (hình 2.3).








Hình 2.3. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ

2.2.2.4. Các
yếu tố
khác
Khả năng hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu ngoài sự phụ thuộc vào nồng độ còn phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như: thuốc thử: một chất phân tích X có thể tạo phức màu với nhiều
thuốc thử khác nhau nhưng trong đó bao giờ cũng có một thuốc thử tối ưu; thời gian tạo phức
màu: hầu như trong thực tế thì mỗi dung dịch phức màu chỉ bền trong một khoảng thời gian
nhất định; môi trường pH: dùng axit, dung dịch đệm để tạo môi trường.
2.2.3. Các

phương pháp phân tích định
lư
ợ
ng
[4]
2.2.3.1.
Ph
ư
ơ
n
g

pháp đường
chuẩn
Xây dựng đường chuẩn D = f (C)

11

Nguyên tắc: chuẩn bị một dãy dung dịch chất chuẩn cần phân tích có nồng độ chính xác
khác nhau, tăng dần: C
1
, C
2
, C
3
, C
4
, C
5
,…

Thêm thuốc thử phân tích, tạo môi
trường phù hợp.
Đo mật độ quang cho các dung
dịch chuẩn ta được các giá trị D
1
, D
2
,
D
3
,
D
4
,
…
Xây dựng đồ thị D = f (C) theo
dạng tuyến tính bậc một: y = ax + b (
hình 2.4)

Hình 2.4. Đường chuẩn của phương pháp đo
quang

Chuẩn bị dung dịch phân tích trong điều kiện tương tự như dung dịch chuẩn, đưa vào máy
đo mật độ quang D
x
, dựa vào phương trình của đồ thị để xác định C
x
.
Đặc điểm của phương pháp:
Ưu điểm: dễ làm, rất thuận tiện khi phân tích hàng loạt nhiều mẫu, có độ chính xác

cao, thường có thể loại bỏ được sai số hệ thống.
Nhược điểm: dung dịch chuẩn thường có thành phần không giống như dung dịch mẫu
phân tích nên có thể có những ảnh hưởng mà ta không xác định được, nhiều thao tác nên tốn
thời gian.
2.2.3.2.
Ph
ư
ơ
n
g
pháp thêm chuẩn
Đo mật độ quang D
x
cho dung dịch phân tích có nồng độ C
x
: D
x
= K.C
x
.
Thêm vào dung dịch phân tích một lượng chính xác chất chuẩn phân tích
C
ch
,
đưa vào máy
đo mật độ quang, được giá trị D: D = K.(C
x
+
C
ch

).




  
 



  

Ưu điểm của phương pháp là loại bỏ được ảnh hưởng của các thành phần khác có trong
dung dịch phân tích, dễ viết chương trình cho máy. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có
hạn chế là tốn thời gian, yêu cầu phải rất tuyến tính (K như nhau trong hai phép đo).

12

+
2.2.3.3.
Ph
ư
ơ
n
g

pháp
vi sai
Để mở rộng khoảng nồng độ có thể xác định được bằng phương pháp trắc quang người ta
dùng phương pháp đo trắc quang vi sai. Phương pháp này thường áp dụng để xác định các nồng

độ lớn, giảm sai số của thuốc thử thừa, của phép đo nói chung. Nội dung của phương pháp trắc
quang như sau:
󰂽 Đo mật độ quang D
x
cho dung dịch phân tích so với dung môi.
󰂽 Đo mật độ quang của dung dịch chuẩn C
1
và C
2
(C
2
> C
1
) so với dung môi được các giá
trị D
1
, D
2
.
󰂽 Nếu ta dùng dung dịch có nồng độ C
1
làm dung dịch so sánh để đo mật độ quang của
dung dịch có nồng độ C
2
và C
x
thì ta có:
D
tđ
= D

2
- D
1
= K.(C
2
-
C
1
)


D
tđ
(X) = D
x
- D
1
= K.(C
x
-
C
1
)





 




 









 

 



 


2.2.4. Các phương pháp xác định sắt Fe(II) [4]
Phương pháp đo quang dựa vào tính chất hấp thụ chọn lọc ánh sáng trong vùng nhìn thấy
của chất màu. Để xác định sắt người ta dùng một số thuốc thử sau để tạo phức màu: axit
sunfosalixilic trong môi trường đệm amoni (pH = 8 – 11), amoni thioxianat trong môi trường
HNO
3
1:1, o-phenantrolin trong môi trường pH = 3 – 9 hay 2,2-bipyridyl trong môi trường axit
axetic,…
2.2.4.1. Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử thioxianat

Xử lý mẫu và oxi hóa toàn bộ lượng sắt có trong mẫu thành sắt (III). Trong môi trường
axit ion Fe
3+
tạo được với ion SCN
-
phức chất màu đỏ.
Fe
3+
+ SCN
- H

[FeSCN]
2+


Người ta dùng axit HNO
3
làm môi trường mà không dùng các axit khác vì trong môi
trường HCl và H
3
PO
4
sẽ tạo phức gây cản trở đến quá trình phân tích, còn trong môi trường

13

H
2
SO
4

làm cho màu của phức bị nhạt đi.
+




-






-

Fe(SCN
2+
+H
2
PO
4
-
→FeHPO
4
+
+HSCN
2.2.4.2. Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử axit sunfosalixilic
Axit sunfosalixilic tạo với sắt các ion phức có màu khác nhau: tại pH = 2 – 2,5
[Fe(Sal)]
+1

có màu đỏ, tại pH = 4 – 8 [Fe(Sal)
2
]
-1
có màu nâu và tại pH = 8 – 11,5 [Fe(Sal)
3
]
-
3
có màu vàng. Trong môi trường axit những ion phức nêu trên chỉ được tạo thành với oxit sắt
(III) còn trong môi trường kiềm thì cả với oxit sắt (II) và oxit sắt (III) vì trong những điều kiện
như vậy Fe
2+
dễ dàng được oxi hóa thành
Fe
3+
.

Phương pháp dùng thuốc thử axit sunfosalixilic trong môi trường amoniac cho phép xác
định tổng lượng các ion Fe
2+
và Fe
3+
, nghĩa là xác định hàm lượng tổng số của sắt. Phương
pháp dựa trên sự tạo thành ion nội phức sắt sunfosalixilat:
Màu vàng của ion phức này rất bền. Phương pháp này có thể xác định cường độ màu bằng
mắt hoặc bằng máy so màu quang điện. Hệ số hấp thụ phân tử của dung dịch màu tại λ = 430
nm là ε = 6000.
Lượng lớn nhôm, đồng có trong mẫu phân tích có thể gây cản trở phép xác định vì chúng
tạo phức với axit sunfosalixilic.

14

2.2.4.3. Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử o-phenantrolin
Thuốc thử o-phenantrolin phản ứng với ion Fe
2+
tạo thành phức chất có màu tím đỏ.
Khoảng pH thích hợp cho quá trình tạo phức khá rộng từ 3 – 9.
Mangan có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xác định nên khi mẫu phân tích có mặt
mangan thì không định lượng được sắt bằng phương pháp này. Lượng đồng trong mẫu lớn (> 10
mg/l) cũng gây ảnh hưởng nhưng có thể loại trừ ảnh hưởng đó bằng cách tiến hành phản ứng
trong khoảng pH = 3 – 4.
2.2.4.4. Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc 2,2 - bipyridyl
Mẫu sau khi xử lý chứa Fe
3+
. Dùng axit ascobic khử Fe
3+
về Fe
2+
rồi định lượng sắt
bằng dung dịch 2,2- bipyridyl trong môi trường axit axetic.
Dung dịch Fe
2+
tạo với 2,2- bipyridyl trong môi trường axit axetic phức chất
có màu hồng.
Hàm lượng sắt có trong mẫu phụ thuộc vào độ đậm nhạt của phức.

Để phù hợp với đối tượng phân tích và điều kiện của phòng thí nghiệm chúng tôi
chọn phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS để xác định sắt với thuốc thử là axit
sunfosalixilic.
2.2.5. Các phương pháp xác định mangan Mn(II) bằng phương pháp trắc quang [5]
Phương pháp trắc quang xác định Mangan dựa trên việc đo mật độ quang của dung dịch
chứa ion MnO
4
-
, các axit pirophotphat manganit hoặc phức chất của Mangan với thuốc thử hữu
cơ.

15

2.2.5.1. Xác định Mn(II) dựa vào màu của ion MnO
4
-

Để oxi hóa Mn(II) lên MnO
4
-
người ta thường dùng chất oxi hóa là peiodat và pesunfat.
Cường độ màu đỏ tím của MnO
4
-
tỉ lệ với nồng độ Mn(II). Phổ hấp thụ của dung dịch MnO

4
-
có
hai cực đại ở bước sóng λ= 525 nm (f = 2230) và λ= 545 nm (ε = 2420).
 Chất oxi hóa là peiodat
Phản ứng oxi hóa:
2Mn
2+
+ 5IO
4
-
+ 3H
2
O → 2MnO
4
-
+ 5IO
3
-
+ 6H
+

Diễn ra tương đối nhanh trong dung dịch nóng chứa HNO
3
hoặc H
2
SO
4
. Có tác giả còn đề
nghị thêm một ít AgNO

3
để tăng tốc độ oxi hóa và giảm bớt IO
4
-
. Khi phân tích các dung dịch
chứa nhiều sắt phải thêm H
2
SO
4
và H
3
PO
4
, H
3
PO
4
làm mất màu ion Fe(III) do tạo thành phức
chất và sự có mặt của nó trong mọi trường hợp là cần thiết vì nó ngăn cản sự tạo thành kết tủa có
thể xảy ra của peiodat mangan. Nếu lượng Mn không quá bé thì có thể nâng nồng độ axit lên quá
ngưỡng tối thiểu để có thể ngăn ngừa sự kết tủa Mn, tốc độ oxi hóa Mn tăng khi tăng nồng độ
axit H
2
SO
4
> 3,5N.
Khi nồng độ Mn rất bé thì lượng axit phải nhỏ hơn 15 ml H
2
SO
4

đặc trong 100 ml hỗn hợp
phân tích. Khi nồng độ axit lớn thì cường độ cực đại của màu không đạt được hoặc màu bị yếu đi
và có màu hơi vàng. Vì vậy khi nồng độ Mn bé người ta dùng nồng độ axit bằng 2N (5-6% thể
tích H
2
SO
4
). Fe(III) làm chậm quá trình oxi hóa. Nếu trong dung dịch có mặt các chất khử phản
ứng với iodat hoặc pemanganat cần phải đuổi chúng hoặc phân hủy chúng trước khi thêm
peiodat. Mặc dầu có thể có một lượng nhỏ Cl
-
bị oxi hóa bởi IO
4
-
tuy vậy tốt hơn cả nên đuổi
chúng bằng cách làm bay hơi với H
2
SO
4
, đặc biệt nếu chất phân tích chứa ít Mn. Các ion Fe
2+
,
SO
3
2-
, NO
2
-
, Br
-

, I
-
, C
2
O
4
2-
có khả năng bị oxi hóa, các ion hữu cơ có thể đuổi hoặc phân hủy
bằng cách làm bay hơi dung dịch với HNO
3
hoặc hỗn hợp HNO
3
và H
2
SO
4
. Trong số các ion ít
cản trở có AsO
4
3-
, B
4
O
7
2-
, F
-
, ClO
4
-

, P
4
O
7
2-
. Các kim loại khác không cản trở nếu chúng không
màu. Ảnh hưởng của các kim loại Zn
2+
, Ni
2+
được loại trừ bằng cách đo so với dung dịch
phông, Cr(III) bị oxi hóa một phần bởi IO
4
-
, khi tăng nồng độ axit thì lượng Cr bị oxi hóa giảm.
Nếu trong dung dịch có đủ axit thì Ag, Pb, Hg không tạo kết tủa, tuy vậy Bi, Sn tạo nên đục ngay
cả trong dung dịch axit mạnh. Định luật Beer phù hợp khi nồng độ nhỏ nhất là C
Mn
= 150 mg/L.
Sự thay đổi nồng độ axit và lượng dư IO
4
-
không ảnh hưởng đến cường độ màu.
 Chất oxi hóa là pesunfat
Trong những điều kiện xác định, cả phương pháp pesunfat và peiodat đều cho kết quả thỏa

16

mãn. Tuy nhiên pesunfat có ưu thế hơn so với phương pháp peiodat khi mà nồng độ Mn rất bé
bởi vì việc oxi hóa hoàn toàn bằng peiodat trong những điều kiện này diễn ra rất chậm.

Phản ứng oxi hóa 2Mn
2+
+ 5S
2
O
8
2-
+ 8H
2
O → 2MnO
4
-
+ 10SO
4
2-
+ 16H
+

Được tiến hành ở nhiệt độ sôi trong môi trường axit photphoric – nitric khi có mặt lượng
nhỏ AgNO
3
. Nồng độ Ag
+
phải bé (10
-5
M) để không tạo thành kết tủa rõ rệt khi có một lượng
không lớn Cl
-
có thể có mặt. Sự có mặt H
3

PO
4
là cần thiết để ngăn ngừa kết tủa MnO
2
và đảm
bảo độ oxi hóa êm dịu Mn
2+
thành MnO
4
-
nồng độ H
3
PO
4
ít nhất phải bằng 0,1M, nồng độ HNO
3

phải xấp xỉ 0,3M, không nên dùng cao hơn. Các cản trở khi có mặt Cl
-
có thể loại trừ bằng cách
thêm HgSO
4
để chuyển Cl
-
thành phức bền HgCl
4
2-
. Khi có một lượng lớn Ti thì pesunfat oxi hóa
Mn
2+

thành MnO
4
-
không hoàn toàn. Trong trường hợp này cần phải dùng IO
4
-
. Có thể xác định
Mn khi có một lượng vừa phải các loại chất hữu cơ nếu kéo dài thời gian đun nóng và thêm
nhiều hơn pesunfat. Các dịch đất có chứa nhiều axit Humic thì có thể xuất hiện đục sau khi oxi
hóa, trong trường hợp này cần phải đo mật độ quang của dung dịch sau khi phân hủy pemanganat
bằng cách thêm một ít hiđroquinon và phải tiến hành hiệu chỉnh khi xác định chất khử.
Các dung dịch pemanganat đã được oxi hóa bền trong khoảng 24h ở nhiệt độ thường khi có
mặt lượng dư pesunfat và khi không có chất hữu cơ.
2.2.5.2. Xác định Mn(II) dựa vào màu của pyrophotphat manganit
Axit pyrophotphat manganit tạo thành khi oxi hóa Mn
2+
bằng Kalicromat khi nguội với sự
có mặt của Axit pyrophotphat manganit. Cực đại hấp thụ ở 520 nm (ε= 800). Việc xác định trắc
quang Mn bị cản trở bởi Cl
-
, I
-
, Br
-
, Hg
2+
, Sn
2+
cũng như H
2

O
2
và complexon III. Người ta dùng
phương pháp này để xác định Mn trong quặng, trong thép.
2.2.5.3. Xác định Mn dựa trên sự tạo phức màu của Mn(II) với thuốc thử hữu cơ
* Thuốc thử Foocmandoxim Foocmandoxim CH
2
NO tạo với Mn(II) phức chất không màu
rất nhanh chóng chuyển thành đỏ nâu do bị oxi hóa trong không khí để tạo thành phức chất
Mn(CH
2
NO)
6
2-
. Màu tạo thành trong vài phút và bền trong 16h. λ
max
= 455 nm (ε= 11.200). Việc
xác định Mn không bị cản trở bởi Ag(I), Pb(II), Cd(II), As(III), Sn(IV), Pt(IV), Mo(VI), Al(III)
vì chúng không tạo được sản phẩm có màu với thuốc thử, có thể có sai số không đáng kể do màu
riêng của các ion này. Người ta dùng xianua CN
-
để loại trừ ảnh hưởng riêng của chúng do tạo
phức không màu.
Độ nhạy của phương pháp là 0,078mg/L. Người ta dùng phương pháp này để xác định Mn
trong axit HNO
3
, HCl đặc biệt tinh khiết, trong các dung dịch chiết ra của đất, trong các thảo

17

mộc, trong các hợp kim của Ni – thép và các phụ gia đối với công nghiệp cao su.
* Thuốc thử PAR [4-(2 piridylazo)-rezoxinol]
Tạo được với Mn(II) phức màu đỏ da cam có λ
max
= 500 nm (ε = 78000). Tiến hành xác
định trắc quang trong môi trường nước, màu tăng nhanh khi thêm clohiđroxylamin. Mật độ
quang có giá trị cực đại và hằng định ở pH = 10,3 - 11,2.
* Thuốc thử PAN [1- (2-pyridylazo )- 2 naphtol]
PAN là thuốc thử hữu cơ có dạng bột màu đỏ, không tan trong nước, tan tốt trong rượu và
axeton. Vì đặc điểm này mà người ta thường chọn axeton làm dung môi để pha PAN. Khi tan
trong axeton tạo dung dịch màu vàng hấp thụ ở bước sóng cực đại λ
max
= 470nm, không hấp thụ
ở bước sóng cao hơn 560nm.
Thuốc thử PAN có công thức cấu tạo:

Công thức phân tử của PAN: C
15
H
11
ON
3

PAN tạo phức được với nhiều ion kim loại tại oxi của nhóm hiđroxyl, nitơ của gốc piridin
và nguyên tử nitơ của nhóm azo cách xa gốc piridin.




Thuốc thử PAN tạo với Mn(II) ở môi trường kiềm yếu (pH = 8 – 10) hợp chất nội phức

Mn(PAN)
2
khó tan trong nước. Lắc huyền phù với dung môi hữu cơ, phức tan và chuyển vào
tướng hữu cơ thành dung dịch phức màu đỏ tím còn thuốc thử dư có màu da cam. Lớp chiết được
dùng để đo màu xác định Mn.
* Một số thuốc thử khác

18

󰂽 Axit benzoinhiđroxamit tạo với Mn trong dung dịch NH
3
một phức màu đỏ nâu λ
max
= 500
nm (ε = 3600). Các kim loại kiềm, kiềm thổ, Al(III), Zn(II), Sn(II), Sn(IV), Cr(VI), Pt(VI),
Fe(III), Cu(II), Co(II) cản trở phép xác định, độ nhạy là 0,2γ/0,05ml. Phương pháp này dùng
để xác định Mn trong thép, đồng thau.
󰂽 Axit Antranylhiđroxamit (2-aminosunfohidroxamit) tạo với Mn(II) phức đỏ tím ở pH >
9,2; λ
max
= 490 – 580 nm độ nhạy là 0,0138γ Mn/ml.
󰂽 Metoxibenzothiohidroxamic
Thuốc thử này tạo với Mn(II) phức màu đỏ nâu chiết được bởi rượu butylic, axetat etyl
hoặc clorofoc từ dung dịch kiềm (pH = 12) λ
max
= 390 nm (ε = 12390); λ
max
= 600 nm (ε = 4200).

19

CHƯƠNG 3: BÀN LUẬN VÀ KẾT LUẬN
3.1. Bàn Luận
Phương pháp xác định Fe, Mn trong nước có ý nghĩa rất lớn với đời sống con người và
trong sản xuất công nghiệp.
Các phương pháp phổ nguyên tử và phổ phân tử để xác định hàm lượng Fe, Mn trong
nước. Nó có những ưu và nhược điểm của từng phương pháp riêng biệt. So sánh ưu nhược điểm
để xác định phương pháp phù hợp mang tính kinh tế và độ chính xác cao.
Phương pháp phổ nguyên tử:
Ưu điểm
󰂽 Độ nhạy và độ chọn lọc tương đối cao.
󰂽 Tốn ít nguyên liệu mẫu, tốn ít thời gian không cần dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao.
󰂽 Có thể xác định đồng thời hoặc liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu.
󰂽 Kết quả phân tích ổn định sai số nhỏ.
Nhược điểm
󰂽 Do phép đo có độ nhạy cao, cho nên sự nhiểm bẩn rất có ý nghĩa đối với kết quả phân tích
hàm lượng vết.
Phương pháp phổ phân tử
Ưu điểm
󰂽 Phương pháp đơn giản, thiết bị đơn giản.
󰂽 Độ sai số tương đối
Nhược điểm
󰂽 Dễ bị nhiểm bẩn mẫu phân tích
󰂽 Chỉ phân tích được một nguyên tố trong mẫu phân tích.
󰂽 Tốn nhiều nguyên liệu mẫu và thời gian phân tích

20

3.2. Kết Luận
Phương pháp phổ hấp phụ phân tử phù hợp với phân tích Fe, Mn trong nước