xác định hàm lượng manganeseii trong nước từ nhà máy cấp bằng phương pháp trắc quang dùng fomaldoxime

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (294.39 KB, 16 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN, ĐHQG-HCM

PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG DÙNGFOMALDOXIME

Sinh viên thực hiện:

Phạm Thanh Hòa ...21140039Phan Tấn Hùng ...21140044

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

6.1. Điều kiện đo quang...9

6.2. Yếu tố thời gian...9

6.2.1. Thời gian hình thành phức...10

6.2.2. Sau khi thêm fomaldoxime và NaOH vào phải chờ 5 – 10 phút...10

6.3. Yếu tố hàm lượng thuốc thử...11

6.4. Yếu tố pH của dung dịch...11

6.5. Ảnh hưởng của ion cobalt(III)...12

6.6. Ảnh hưởng của ion iron(II)...12

6.7. Ảnh hưởng của ion calcium, magnesium...13

6.8. Ảnh hưởng của ion phosphate...14

6.9. Ảnh hưởng của kết tủa rắn không tan...14

7. Tổng kết...15

8. Tài liệu tham khảo...16

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Hình 4: Đồ thị mật độ quang A theo thời gian chờ tạo phức Mn2+-fomaldoxime 10Hình 5: Đồ thị mật độ quang A theo V fomaldoxime (mL) khi đo phức Mn2+-

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

1. Giới thiệu đối tượng

Khi nước có oxygen, manganese hầu hết tồn tại dưới dạng khơng hịa tan (huyền phù), hoặc thường liên kết với các vi sinh vật để tạo phức và vẫn có một lượng nhỏ manganese xem như hịa tan trong nước. Nếu nước khơng có oxygen hoặc mơi trường acid mạnh thì tất cả manganese đều tồn tại dạng hòa tan. Việc xác định hàm lượng manganese trong nước từ nhà máy bằng phương pháp dùng fomaldoxime chính là việc xác định tổng hàm lượng manganese trong tất cả các dạng có thể có trong nước mặt và nước uống cấp từ nhà máy [1].

Nền mẫu đang xét ở đây là mẫu nước uống hoặc mẫu nước do nhà mấy cấp với độ tinh khiết nhất định, nên bỏ qua manganese tồn tại dạng huyền phù và manganese tạo phức với các chất hữu cơ mà chỉ xét đến manganese dạng hòa tan.

2. Nguyên tắc:

Khi tiến hành đơ trắc quang, Mn2+ hấp thu cho tín hiệu tại bước sóng vùng UV nhưng khơng có độ chọn lọc tốt, vì thế thực hiện phản ứng tạo phức giữa dung dịch fomaldoxime và mẫu thử chứa Mn2+, phức tạo thành có màu đỏ cam. Tiến hành đo quang phức tại bước sóng 450nm [1].

Hình 1: Sự tạo thành phổ hấp thu electron của các dung dịch 1 (DD1) chỉ có Mn2+, dung dịch 2 (DD2) chỉ có thuốcthử fomaldioxime và dung dịch 3 (DD3) chứa Mn2+ và thuốc thử fomaldoxime

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Phức chất manganese-fomaldoxime bền ở pH 9.5  10.5. Theo định luật Lambert Beer, tín hiệu đo tỉ lệ với cường độ manganese trong dung dịch, bước sóng hấp thu cực đại tại 450nm và hệ số hấp thu  = 11 x 103 L mol-1 cm-1 . Khoảng tuyến tính có thể sử dụng ứng với nồng độ manganese trong dung dịch 0  5 ppm [1].

3. Thuốc thử và dụng cụ3.1. Thuốc thử

Các hóa chât được sử dụng trong bài [1]:

- Dung dịch EDTA 0.24 mol/L, dùng muối tetrasodium.

- Dung dịch fomaldoxime (dung dịch được pha từ hydroxylammonium chloride NH3OHCl và dung dịch metanal HCHO). Phải giữ dung dịch trong bình tối và nơi mát vì đặc tính của oxime khiến cho fomaldoxime dễ phản ứng với nhiều chất khác gây ra sự biến đổi hoặc phân hủy của fomaldoxime khi có tác động của ánh sáng, nhiệt độ dẫn đến làm giảm tính ổn định của dung dịch.

- Dung dịch hydroxylammonium chloride/ammoniac NH3OHCl/NH3.

- Dung dịch ammonium iron(II) sulfate hexahydrate [(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O].- Dung dịch sodium hydroxide NaOH 4 mol L-1.

- Dung dịch chuẩn manganese 100 ppm.3.2. Dụng cụ, thiết bị:

- Máy trắc quang, có bộ lọc biến đổi liên tục (dùng lăng kính hoặc cách tử) hoặc gián đoạn (dùng lọc sáng dải hẹp) để đo độ hấp thu tạo bước sóng 450nm.

- Cuvet chiều dài truyền qua 100mm (để đo nồng độ manganese nhỏ hơn 0.3ppm) và 10mm (để đo nồng độ manganese trên 0.3ppm).

- Bình thủy tinh 100mL, nút nhám có kẹp kim loại. Mọi dụng cụ thủy tinh như bình thủy tinh, bình lấy mẫu cần được rửa bằng acid chlohydric và dùng nước tráng sạch trướckhi dùng.

- Nồi hấp hoặc nồi áp lực có khả năng duy trì nhiệt độ 1200C và áp lực 200kPa [1].

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Mẫu trắng

Nước cất Acid hóa đến pH khoảng 1,

khơng nhỏ hơn 1

Rút 50mL nồng độ nhỏ hơn 5ppm, nếu lớn hơn thì rút thể tích nhỏ hơn và pha loãng thành 50mL

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

5. Ý nghĩa của các thuốc thử5.1. Dung dịch mẫu chuẩn

Dung dịch mẫu chuẩn dùng để xây dựng đường chuẩn. Đường chuẩn xác định mangan bằng thuốc thử fomaldoxime có khoảng tuyến tính 0.02 – 8 ppm. Nồng độ mẫu nhỏ hơn 5ppm sẽ rơi vào khoảng tuyến tính của đường chuẩn, từ đó giúp giảm sai số đáng tiếc [2].

Hình 3: Đường chuẩn xác định manganese(II)

5.2. Dung dịch H2SO4

H2SO4 dùng để acid hóa mẫu. Mẫu cần được acid hóa để tránh Mn2+ bị O2 trong khơng khí oxy hóa thành các dạng khác làm giảm khả năng tạo phức, gây sai số âm. Ngồi ra việc acid hóa mẫu cũng nhằm để tránh Mn2+ hấp phụ lên thành bình do Mn2+ tạokết tủa Mn(OH)2 làm mẫu bị mất đi một phần.

Mn2+ + 2OH-  Mn(OH)2

Mặc dù phải acid hóa mẫu để bảo vệ Mn2+ khơng bị oxy hóa nhưng khơng nên để pH dung dịch nhỏ hơn 1 vì nếu nhỏ hơn 1 thì lượng NaOH thêm vào sẽ nhiều, tốn hóa chất không cần thiết.

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Không dùng các acid cho tính oxy hóa mạnh như HNO3, H2SO4, đặc để tránh sự oxy hóa Mn2+ gây mất mẫu.

Khơng dùng acid HCl vì ion Cl- dễ tạo phức với nhiều ion kim loại khác nhau, gâyphản ứng cạnh tranh với fomaldoxime và tạo phức với ion nhiễu gây ảnh hưởng quá trìnhđo quang Mn2+.

5.3. Dung dịch ammonium iron(II) sulfate

Bằng cách thêm lượng áp đảo ion Fe2+ vào cả mẫu chuẩn và mẫu đo để san bằng ảnh hưởng của Fe2+ trong nền mẫu, tức làm cho mẫu chuẩn và mẫu đo bị ảnh hưởng như nhau. Ngoài ra việc thêm Fe2+ vào dung dịch cịn góp phần hỗ trợ loại trừ ảnh hưởng của Fe2+ trong dung dịch (hàm lượng nhỏ).

5.4. Dung dịch EDTA

Thường được sử dung trong phương pháp che, EDTA có tác dụng như tác chất che, tạo phức bền với các ion nhiễu để hạn chế sự ảnh hưởng, cản trở lên quá trình đo quang của phức Mn2+ - fomaldoxime.

5.5. Dung dịch fomaldoxime

Dung dịch fomaldoxime là thuốc thử trong qui trình này. Fomaldoxime thực hiện phản ứng tạo phức có màu đỏ cam với Mn2+ với mục đích tăng độ nhạy, độ chọn lọc cho quá trình xác định hàm lượng Mn2+ có trong nước cấp từ nhà máy.

Không dùng fomaldoxime thương mại mà tổng hợp từ hydroxylammonium chloride và metanal vói mục đích chính là để tăng chất lượng và độ tin cậy của thuốc thử khi nhà phân tích đã kiểm sốt tốt được thao tác tổng hợp của bản thân. Ngoài ra việc tự tổng hợp fomaldoxime tại phịng thí nghiệm cịn giúp tiết kiệm chi phí do các hóa chất

dùng để tổng hợp nên fomaldoxime có giá thành rẻ hơn cũng như có thể kiểm sốt được

hạn sử dụng của fomaldoxime so với việc mua fomaldoxime thương mại.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

5.6. Dung dịch NaOH

Tác dụng của NaOH dùng để điều chỉnh pH dung dịch về mơi trường base vì phứcMn2+ - fomaldoxime bền trong khoảng pH 9.5  10.5. Vì thế khi vừa thêm thuốc thử vào phải ngay lập tức thêm NaOH vào để kịp thời điều chỉnh dung dịch về môi trường base.

Không tiến hành thao tác ngược lại thêm NaOH trước rồi thêm thuốc thử

fomaldoxime vào sau. Ở môi trường base (pH cao) Mn2+ tồn tại dạng hydroxide Mn(OH)2

không tan, không thể tạo phức với fomaldoxime. Từ đó gây sai lệch kết quả đo dẫn đến xác định khơng chính xác hàm lượng Mn2+.

5.7. Dung dịch hydroxylammonium chloride / Ammoniac

Dung dịch hydroxylammonium chloride/ammoniac (NH3OHCl/NH3) có vai trị quan trọng trong việc giảm cản trở của phức Fe2+ - fomaldoxime đến màu của phức Mn2+-fomaldoxime và cải thiện hiệu suất của phản ứng xác định manganese.

Tiến hành theo trình tự thêm dung dịch EDTA vào trước và NH3OHCl/NH3 vào sau vì EDTA tạo phức với Fe2+ hiệu quả hơn trong môi trường pH thấp so với Mn2+. Cịn NH3OHCl thì ngược lại, chỉ hoạt động hiệu quả trong môi trường pH cao, nêu dùng NH3OHCl trước có thể sẽ khơng đủ khả năng loại bỏ hay làm giảm lượng Fe2+ đến mức có thể chấp nhận được nên sẽ ảnh hưởng lớn đến quá trình xác định manganese.

6. Các yếu tố ảnh hưởng và cách khắc phục6.1. Điều kiện đo quang

Vì các hóa chất có nguồn cung ứng ở các hãng khác nhau và điều kiện thực nghiệm mỗi phịng thí nghiệm cũng khác nhau nên trước khi tiến hành đo mẫu phải quét bước sóng để chọn được bước sóng tối ưu tại điều kiện thực nghiệm của phịng thí nghiệm.

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

6.2. Yếu tố thời gian

Tui nghĩ mình nên thêm lời dẫn gì ở đây…

6.2.1. Thời gian hình thành phức

Hình 4: Đồ thị mật độ quang A theo thời gian chờ tạo phức Mn2+-fomaldoxime

Quá trình tạo phức giữa Mn2+ và fomaldoxime cần thời gian nhất định để phức tạo thành hồn tồn và ổn định.

Từ đồ thị có thể thấy được thời gian tối thiểu để phức Mn2+ - fomaldoxime ổn địnhlà 60 phút  Sau khi thêm fomaldoxime, phải để yên dung dịch ít nhất 1 giờ mới tiến hành đo quang [3].

6.2.2. Sau khi thêm fomaldoxime và NaOH vào phải chờ 5 – 10 phút

Sau khi thêm fomaldoxime và NaOH vào dung dịch, lắc kỹ để môi trường base của dung dịch trở nên đồng đều, các hóa chất được trộn lẫn và hịa tan tốt trên tồn bộ dung dịch. Để yên 5-10 phút để kích thích phản ứng ban đầu giữa fomaldoxime và Mn2+. Việc để yên giúp đảm bảo môi trường trong dung dịch ổn định, tạo điều kiện kích thích phản ứng oxime hóa diễn ra.

Nếu để yên dưới 5 phút thì việc kích thích phản ứng tạo phức ban đầu diễn ra khơng hồn tồn từ đó có thể làm giảm hiệu suất phản ứng.

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

6.3. Yếu tố hàm lượng thuốc thử

Hình 5: Đồ thị mật độ quang A theo V fomaldoxime (mL) khi đo phức Mn2+-fomaldoxime

Từ đồ thị thấy được thể tích fomaldoxime phản ứng tạo phức tối đa là 1 mL. Vì thế khơng lấy dư 30% so với lượng thuốc thử vừa đủ (1.3 mL) để hạn chế sự tạo phức vớicác ion nhiễu như Fe2+, Co3+ gây sai số khi đo [3].

6.4. Yếu tố pH của dung dịch

Hình 6: Đồ thị mật độ quang A theo pH khi đo phức Mn2+-fomaldoxime ở bước sóng 450 nm

Từ đồ thị có thể thấy mật độ quang A của phức manganese ổn định trong vùng pH 9.5  10.5  Kiểm sốt dung dịch có pH tại vùng này để thu được kết quả tối ưu và ổn định [3].

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

6.5. Ảnh hưởng của ion cobalt(III)

Co3+ gây ảnh hưởng lớn trong việc xác định chính xác hàm lượng Mn2+ bằng cách tạo phức có màu với fomaldoxime gây ảnh hưởng đến màu của phức Mn2+. Nồng độ Co3+

1ppm gây tín hiệu tương đương Mn2+ có nồng độ 40 ppt. Để hạn chế ảnh hưởng của ion Co3+ ta cho tạo phức không màu với EDTA ( = 1036).

Co3+ + Y4-  [CoY]-  = 1036 [4]6.6. Ảnh hưởng của ion iron(II)

Ion Fe2+ là một trong những loại ion phổ biến nhất trong môi trường tự nhiên. IonFe2+ cũng ảnh hưởng giống như ion Co3+, tạo phức màu tím với fomaldoxime và màu củaphức này sẽ ảnh hưởng đến màu của phức Mn2+ - fomaldoxime, gây cản trở trong việcxác định hàm lượng Mn2+

Để làm giảm ảnh hưởng của ion Fe2+, ta có thể đồng thời thêm EDTA,hydroxylammonium chloride với thêm ammonium iron(II) sulfate dung dịch để tạo nềnmẫu giả.

Khi thêm EDTA vào, EDTA sẽ tiến hành tạo phức với Fe2+ ( = 1014.33) trước thayvì tạo phức với Mn2+ ( = 1013.79). Trong khi đó thì thuốc thử fomaldoxime sẽ ưu tạo phứcvới Mn2+. Phức Mn2+ - fomaldoxime bền ở môi trường pH cao (khoảng 9,510,5) nên tadùng NaOH để làm bền phức của Mn2+-fomaldoxime cũng như làm bền phức Fe2+-EDTA. Hydroxylammonium chloride và EDTA được dùng phối hợp để làm giảm sựnhiễu của Fe2+ khi tiến hành đo hấp thu quang tạo bước sóng 450 nm.

Fe2+ + Y4-  [FeY]2-  = 1014.33 [4]Mn2+ + Y4-  [MnY]2-  = 1013.79 [4]

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Hình 7: ảnh hưởng của iron trong qui trình xác định manganese bằng fomaldoxime.

Qua bảng ta thấy, khi không sử dụng hydroxylammonium chloride và EDTA thìhàm lượng Fe2+ càng tăng thì độ nhiễu càng tăng, ảnh hưởng càng lớn đến quá trình đoquang xác định Mn2+. Khi sử dụng EDTA và hydroxylammonium chloride (cột 3) thì ảnhhưởng khi sắt ở nồng độ cao giảm đáng kể nhưng khi nồng độ Fe2+ nhỏ thì vẫn chưa thểcải thiện được. Để cải thiện vấn đề này, ta tiến hành thêm một lượng Fe2+ nhất định chínhxác, như nhau vào các dung dịch chuẩn, mẫu trắng, mẫu thử (cột 4) thì thấy ảnh hưởngcủa Fe2+ lúc này đã được cải thiện đáng kể [5].

Vì thế việc thêm Fe2+ thơng qua muối ammonium iron(II) sulfate khơng chỉ có tácdụng tạo mẫu chuẩn giống với nền mẫu thử mà còn giúp loại bỏ ảnh hưởng của ion Fe2+

có sẵn trong dung dịch đang đo.

6.7. Ảnh hưởng của ion calcium, magnesium

Trong nước nhà máy nước cung cấp không thể tránh khỏi sự xuất hiện của ion calcium và magnesium vì hai ion này tạo nên độ cứng của nước. Nếu nhà máy xử lý nướccứng tốt hàm lượng ion calcium và magnesium sẽ thấp.

Ion calcium và magnesium làm tăng lực ion của nước dẫn tới thay đổi cấu trúc nước ban đầu, giảm chiết suất của nước, dẫn tới sự tán xạ càng ít, làm tăng kết quả so vớibình thường.

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Trong điều kiện thí nghiệm, mơi trường dung dịch là base pH 9.5 10.5 nên các ion calcium và magnesium hình thành kết tủa hydroxide. Loại bỏ kết tủa trên bằng cách ly tâm, chỉ lấy phần dung dịch trong đem đo quang để giảm bớt sự ảnh hưởng này.

Ca2+ + 2OH-  Ca(OH)2↓Mg2+ + 2OH-  Mg(OH)2↓

Ngoài ra EDTA thêm vào cũng đóng vai trị chất che, tạo phức với các ion calciumvà magnesium để giảm sự ảnh hưởng này.

Ca2+ + Y4-  [CaY]2-  = 1010.7 [4]Mg2+ + Y4-  [MgY]2-  = 108.69 [4]

Trong quy trình phân tích trên, tổng nồng độ calcium và magnesium lớn hơn 300 ppm (tức nước rất cứng) mới gây ra sự tăng kết quả.

6.8. Ảnh hưởng của ion phosphate

Nếu trong mẫu có calcium, ion phosphate tạo kết tủa Ca3(PO4)2, các kết tủa này chắn cản trở phức Mn2+ - fomaldoxime hấp thu bức xạ gây sai lệch kết quả hoặc các kết tủa này tán xạ gây sai số dương.

Ca2+ + PO43-  Ca3(PO4)2↓

Có thể li tâm để loại bỏ kết tủa này giảm bớt sự ảnh hưởng của ion phosphate. Tuynhiên nồng độ ion phosphate lớn hơn 2 ppm mới gây nên sự giảm kết quả nên có thể khống chế nồng độ ion phosphate dưới 2 ppm để hạn chế ảnh hưởng này trong quá trình xử lý mẫu bằng các cách khác nhau như sử dụng ion trao đổi (các loại nhựa trao đổi ion,…).

6.9. Ảnh hưởng của kết tủa rắn khơng tan

Sau khi hình thành phức nếu dung dịch bị đục sẽ làm sai lệch kết quả vì các hạtrắn tán xạ bức xạ đầu dò cũng ghi nhận sự mất mát bức xạ do sự tán xạ này nên gây ra sailệch hoặc các kết tủa gây chắn gây cản trở phức hấp thu bức xạ cũng làm giảm kết quả.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Dung dịch bị đục là do phức được tạo trong môi trường kiềm; ở môi trường này,những ion kim loại tự do dễ dàng tạo thành các kết tủa hydroxide và một số phản ứng phụcũng tạo kết tủa.

Ca2+ + 2OH-  Ca(OH)2↓Mg2+ + 2OH-  Mg(OH)2↓

Fe2+ + 2OH-  Fe(OH)2↓Ca2+ + PO43-  Ca3(PO4)2↓

Để hạn sự sai lệch kết quả này, trước khi đo quang, tiến hành ly tâm các mẫu đođể loại bỏ phần rắn không tan, chỉ lấy phần dung dịch trong đem đo.

7. Tổng kết

Quy trình xác định ion manganese(II) bằng cách cho ion manganese(II) tạo phức với fomaldoxime và đo bằng phương pháp trắc quang tại bước sóng 450 nm, cơng bố trong TCVN 6002:1995 (ISO 6333-1986) được sử dụng rộng rãi trong các mẫu nước hiệnnay. Qui trình thực hiện cũng như các thiết bị, dụng cụ và hóa chất dùng trong quy trình tương đối đơn giản góp phần làm cho quy trình trên trở nên phổ biến trong việc xác định ion manganese(II) trong nước. Quy trình tạo phức Mn2+ - fomaldoxime trong quy trình gặp phải nhiều yếu tố gây ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến kết quả phân tích. Các yếutố ảnh hưởng có thể xuất phát từ thiết bị, điều kiện vận hành phân tích và ảnh hưởng nhiều nhất là nền mẫu ban đầu. Song qua các phản ứng hóa học (tạo phức chelate, kết tủa ion nhiễu, ly tâm lọc kết tủa, điều chỉnh pH dung dịch,…) đã loại bỏ hoặc hạn chế phần nào ảnh hưởng của các yếu tố đó. Ngồi ra, thực hiện các bước khảo sát (hàm lượng thuốc thử, pH dung dịch, thời gian tạo phức,…) để đưa ra khoảng ảnh hưởng hoặc khoảng ổn điịnh để dễ dàng trong việc sử dụng những khoảng ổn định cũng như hạn chế những khoảng gây ảnh hưởng đếnquy trình của những các yếu tố trên.

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

8. Tài liệu tham khảo

[1] Bộ Khoa học và Công nghệ môi trường, TCVN 6002(1995), Chất lượng nước Xác định mangan phương pháp trắc quang dùng fomaldoxim.

-[2] Thảo, T. T., & Thùy, N. D. (2017, February 28). ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG SẮT VÀ MANGAN TRONG NƯỚC CẤP CỦA NHÀ MÁY NƯỚC DIỄN VỌNG TỈNH QUẢNG NINH. Thảo | TNU Journal of Science and

Technology. 123doc - Thư viện tài liệu trực tuyến số 1 Việt Nam. (n.d.). 123doc - Thư Viện

Tài Liệu Trực Tuyến Số 1 Việt Nam. xac-dinh-mangan-trong-nuoc-uong-bang-phuong-phap-trac-quang-dung-fomaldoxim.htm

Ha, N. (2014, September 1). Chuẩn độ tạo phức [Slide show]. SlideShare.

</div>