Bài giảng HÓA PHÂN TÍCH (ANALYTICAL CHEMISTRY

Bài giảng
HĨA PHÂN TÍCH

(ANALYTICAL CHEMISTRY

CBGD : TS. GVC. HỒNG THỊ HUỆ AN

Bộ mơn HĨA, ĐH Nha Trang


Chƣơng 1.
ĐẠI CƢƠNG VỀ HĨA PHÂN TÍCH
1.1. NỘI DUNG, VAI TRÕ, YÊU CẦU CỦA MÔN HỌC
a) Nội dung : nghiên cứu phương pháp xác định thành phần định
tính / định lượng của các cấu tử trong đối tượng phân tích.
Cấu tử : ion, ngun tử, phân tử, nhóm chức…

Định tính : nhận biết sự có mặt của cấu tử nào đó trong mẫu phân
tích dựa vào tính chất hóa học hay vật lý đặc trưng (màu, mùi, dạng
tinh thể, hiệu ứng vật lý,…)
Định lượng : xác định hàm lượng cấu tử nghiên cứu trong mẫu
phân tích.


b) Vai trị của hóa phân tích : ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
- khoa học-kỹ thuật : hóa học, sinh học, thực phẩm, dược phẩm,
y học, môi trường, nông hóa thổ nhưỡng, địa chất, vật liệu, khảo

cổ, pháp y,…
- sản xuất : công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, xử lý môi
trường,…

c) Yêu cầu đối với ngƣời học :
- lý thuyết : nắm vững các tính tốn về nồng độ, nguyên tắc và

khả năng ứng dụng của các phương pháp phân tích  vận dụng
- thực hành : nắm vững kỹ năng thao tác ; cẩn thận, kiên trì,
chính xác; báo cáo số liệu trung thực


1.2. PHÂN LOẠI CÁC PP PT ĐỊNH LƢỢNG - LỰA CHỌN PP :

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG

PP HĨA HỌC

PP HĨA LÝ

(PP PT cổ điển)

(PP PT cơng cụ/ PP PT hiện đại)

PT THỂ TÍCH

PT KHỐI LƯỢNG

(PP CHUẨN ĐỘ) :
• Acid - baz

PT QUANG :

PT ĐIỆN HĨA :

PT SẮC KÝ :

• Phức chất

• Phân tử

• Đo thế

• Sắc ký

• Kết tủa

• Ngun tử

• Đo độ dẫn điện

• Điện di

• Oxy hóa-khử

• Hấp thụ

• Đo điện lượng

• Phát xạ

• Điện khối lượng
• Cực phổ/Volt-Amper

TIÊU CHÍ LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH :
- hàm lượng cấu tử phân tích (đa lượng, vi lượng, vết ?)
Cấu tử đa lượng(%X= 0,1- 100%)

 PP PT hóa học

Cấu tử vi lượng (%X = 0,01 – 0,1%)  PP PT công cụ
Cấu tử vết : (%X = 10-7% - 0,01%)  PP PT công cụ
độ nhạy cao

Cấu tử siêu vết (%X < 10-7%)

 PP PT công cụ
độ nhạy rất cao

- Yêu cầu về độ đúng, độ chính xác, độ nhạy của phương
pháp
- Điều kiện trang thiết bị phân tích

- Thời gian, chi phí phân tích


1.3. CÁC GIAI ĐOẠN CỦA MỘT QUY TRÌNH PHÂN TÍCH

Xác định vấn đề
Thu mẫu đại diện

- Chọn PP phân tích
- PP xử lý mẫu

- Kế hoạch PT (Thu mẫu ? Đo mẫu ?)
Theo nguyên tắc thống kê :
“Thành phần của mẫu tiêu biểu
cho tồn bộ đối tƣợng phân tích”

Xử lý mẫu

Mẫu  dạng thích hợp cho
việc thực hiện q trình phân tích:
(hịa tan mẫu; loại bỏ cấu tử cản trở;
làm giàu cấu tử phân tích)

Đo mẫu

Áp dụng pp phân tích  số liệu pt

Xử lý số liệu – Tính kết quả
Kết luận

- Xử lý số liệu PT (toán thống kê)
- Tính kết quả và sai số
-Kết luận về vấn đề phân tích


1.4. U CẦU VỀ HĨA CHẤT DÙNG TRONG
HĨA PHÂN TÍCH
Tinh khiết phân tích (PA ; AR) :
99,90 % ≤ X ≤ 99,99 %
Tinh khiết hóa học (CP):
99,990 % ≤ X ≤ 99,999 %

Tinh khiết quang học (đặc biệt) :
99,9990 % ≤ X ≤ 99,9999 %

Chú ý : Khơng dùng hóa chất kỹ thuật (X ≤ 99 %) !


1.5. MỘT SỐ KIẾN THỨC ĐẠI CƢƠNG CẦN THIẾT
1.5.1 . Nồng độ dung dịch – Pha chế dung dịch
1.5.1.1. Các loại nồng độ thơng dụng trong Hóa PT

a) Nồng độ mol (C ; M = mol/L) : số mol chất tan có trong
1 lít dung dịch

nA
mA
CA 

V
M .V




mA
nA 
 C A .V
M

m A  C A .M .V

b) Nồng độ đƣơng lƣợng (N ; N = đlg/L) : số đương lượng gam
chất tan có trong 1 lít dung dịch

nA mA
NA  
V ĐAV

mA
nA 
 N A .V
Đ

mA  N A .ĐA .V


 Cách tính đương lượng gam của một chất :

MA
ĐA 
z
z thay đổi theo phản ứng mà A tham gia
 Phản ứng trung hòa :
A là acid : z = số ion H+/ 1 phân tử A bị trung hòa

A là baz : z = số ion OH-/ 1 phân tử A bị trung hòa
Phản ứng trao đổi ion :
z = số điện tích/1 phân tử A trao đổi

Phản ứng oxy hóa – khử :

z = số electron/ 1 phân từ A cho hay nhận trong p/ứng


c) Nồng độ phần trăm (%P) :

%P (w/w) : số gam chất tan/100 gam dung dịch
%P(w/w) thường cho kèm theo khối lượng riêng dung dịch ([d] = g/mL)

mct
% P( w / w) 
.100 %
mdd

%P(w/v) : số gam chất tan/100 mL dung dịch

mct
% P( w / v) 
.100 %
Vdd
%P (v/v) : số mL chất tan (lỏng)/100 mL dung dịch

Vct
% P (v / v ) 
.100 %
Vdd


d) Độ chuẩn :
TA (g/mL) : số gam chất A / 1 mL dung dịch
e) Độ chuẩn của chất A theo chất X cần định phân

TA/X (g/mL) : số gam chất X tương đương với 1 mL dd A
f) Độ pha lỗng (D) : tỷ số giữa thể tích của chất lỏng đặc
với thể tích dung mơi dùng để pha lỗng

Ví dụ : HCl 1:4 (v/v)
g) ppm, ppb, ppt
 ppm (part per million) :
Mẫu dd : 1 ppm (w/v)= 1mg/L = 1g/mL
Mẫu rắn : 1 ppm (w/w)= 1mg/kg = 1g/g

 1 ppb = 1/1000 ppm ; 1 ppt = 1/1000 ppb


1.5.1.2. Công thức chuyển đổi nồng độ

Trường hợp
CA ↔ NA
%P(w/w) (C hay N)
%P(w/w)  %P(w/v)

(CA hay NA)  TA

Công thức

Ghi chú

N A  z.C A

ĐA = Ma/z

10Pd d : kl riêng
10 Pd
N
C
Đ dd P(w/w)
M
%P(w/v) = %P(w/w).d

N A .ĐA
TA ( g / mL) 
1000
N A .ĐX
(CA hay NA)  TA/X
TA / X ( g / mL) 
1000
CA hay NAppm (w/v) ppm (w/v) = CAMA.103
= N .Đ .103
A A


1.5.1.3. Pha chế dung dịch :
a) Pha loãng dung dịch :

 Pha lỗng dung dịch nồng độ tính theo đơn vị thể tích
(C, ; N ; %P (w/v) ; %P(v/v) ; TA; TA/X ; ppm, ppb, ppt)
Dung dịch C1  V2 mL dung dịch C2
V1 (mL) : thể tích dung dịch C1 cần dùng

C1V1 = C2V2 

C2
V1  V2 .
C1

Ví dụ : Pha chế 100 mL HCl 0,02 N từ dd HCl 0,1 N
VHCl 0,1 N = ……………………


 Pha loãng dung dịch P%(w/w)

Dung dịch P1 (d1)  V2 mL dung dịch P2
Quy tắc đường chéo :
m1

DD1 :

P1

P2
P2

mH2O


H2O :

0



P1– P2

V1.d1
P2

VH 2O P  P2
1



m1
P2

mH 2O P  P2
1

V1
1  P2 
 
P P 
VH 2O d1  1 2 


Bài tập : Hãy pha chế 500 mL NH4OH 10% (w/w) từ dung dịch
NH4OH đặc 25% (w/w) có d = 0,91 g/mL.


b) Pha chế dung dịch chuẩn :

 Dùng chất gốc :

Chất gốc là chất rắn, dạng tinh thể hạt nhỏ, thỏa mãn các yêu cầu :
-Tinh khiết phân tích (PA; AR) / tinh khiết hóa học (CP) :
% tạp chất =0,01 – 0,02%
-Thành phần hóa học ứng với một cơng thức phân tử xác định
- Bền trong khơng khí
- Phân tử lượng càng lớn càng tốt
Cách pha chế V (L) dung dịch chuẩn gốc có nồng độ C (hay N) :
- Dùng cân phân tích để cân lượng chất gốc tính theo cơng thức :
m = C.M.V

hay :

m = N.Đ.V

- Hịa tan tồn bộ lượng chất gốc trên vào V (L) nước cất
(dùng bình định mức) (VIDEO)


• Dùng ống chuẩn : Hịa tan tồn bộ lượng chất trong ống

chuẩn vào 1 L nước cất (dùng bình định mức)
Ví dụ : Ống chuẩn Na2S2O3 N/10  pha được 1 L Na2S2O3 0,1N
• Pha chế dung dịch chuẩn thứ cấp (từ hóa chất khơng phải
là chất gốc) :
Cần pha V (L) dd chuẩn có nồng độ C (hay N)
- Tính lượng hóa chất cần dùng (m hay V)
- Lấy lượng hóa chất trên dƣ 5 -10% so với lượng tính tốn (cân
hay dùng ống đong thể tích). Hịa tan trong V (L) nước cất.

- Chuẩn độ dung dịch vừa pha chế bằng dung dịch chuẩn gốc

thích hợp
- Pha loãng dung dịch vừa pha chế để được dung dịch có nồng độ

đúng như đã yêu cầu


a) Pha từ chất gốc

b) Pha từ ống chuẩn
Pha chế dung dịch chuẩn


Một số dụng cụ thơng dụng
trong hóa phân tích


Một số dụng cụ thơng dụng trong hóa phân tích (Các loại pipet)


1.5.2. Tính pH dung dịch acid – baz :
1.5.2.1. Acid - baz theo quan điểm Brönsted :
Acid : cho H+ ; Baz : nhận H+

A

H+ + B

A/B : cặp acid – baz liên hợp



Phản ứng trao đổi proton : A1 + B2

B1 + A 2

1.5.2.2. Hằng số acid (Ka) – Hằng số baz Kb – Quan hệ giữa Ka
và Kb của một cặp acid-baz liên hợp :
Hằng số acid :
A

H+ + B



Hằng số baz :
B + HOH

A + OH- 

[ H  ].[ B ]
Ka 
 const
[ A]

[OH  ].[ A]
Kb 
 const
[ B]

Đối với 1 cặp acid-baz liên hợp :

Ka.Kb = 10-14

hay :

pKa + pKb = 14


1.5.2.2. Tính pH của một số dung dịch acid – baz :

a) Dung dịch acid mạnh (hay baz mạnh) :
• Dung dịch acid mạnh : HA (Ca)
 pH = - lg Ca

(đk : Ca ≥10– 6 M)

• Dung dịch baz mạnh : BOH (Cb)
 pH = 14 + lg Cb

(đk : Cb ≥10– 6 M)

b) Dung dịch đơn acid yếu (hay đơn bay yếu) :
• Dung dịch đơn acid yếu (Ca; Ka) :


[ H ]  Ca .Ka

(đk : Ca≥10 -6 M ; 10-3 ≥ Ka≥10 -10)

Dung dịch đơn baz yếu (Cb ; Kb) :


OH ]  Cb .Kb

(đk : Cb ≥10-6 M ; 10-3 ≥ Kb ≥10 -10)


c) Dung dịch đệm :

Thành phần : acid yếu + baz yếu liên hợp
Tính chất : pH dung dịch đệm ít thay đổi khi :
- thêm acid mạnh hay baz mạnh (với lượng khơng lớn)
- pha lỗng
Ứng dụng : tạo ra mơi trường có pH ổn định, thích hợp cho
phản ứng xảy ra
Cơng thức tính pH : Dd đệm gồm HA (Ca, Ka) + A- (Cb)

Ca
[H ]  Ka .
Cb


 Ca 
pH  pK a  lg  
C 
hay :
 b

Bài tập : 10 mL CH3COOH 0,2 M + 30 mL CH3COONa 0,1 M.
Tính pH dung dịch thu được. Cho: pKCH3COOH = 4,75

d) Hỗn hợp acid yếu và baz yếu không liên hợp :
HA1 (Ca) + NaA2 (Cb)
KHA1: hằng số acid của HA1 ; KHA2 : hằng số acid của HA2
Chỉ xét trường hợp : Ca = Cb
Khi đó :

1
pH   pK HA1  pK HA2 
2

Bài tập : Tính pH của các dung dịch sau :

a) NH4Cl 0,01 M + HCOONa 0,01 M
Cho : pKNH4OH = 4,75 ; pKHCOOH = 3,74
b) NaHCO3 0,1 M
H2CO3 có : pKa1 = 6,35 ; pKa2 = 10,34


e) Dung dịch đa acid yếu, đa baz yếu và muối của chúng :
•

Dung dịch đa acid yếu :
Cho đa acid yếu HnA (C0 ; Ka1; Ka2; … Kan)
Nếu Ka1>> Ka2>> … >> Kan thì :


[ H ]  C0 .Ka1
•

Dung dịch đa baz yếu :

Cho đa baz yếu B(OH)n (C0 ; Kb1; Kb2; … Kbn)
Nếu Kb1>> Kb2>> … >> Kbn thì :


[OH ]  C0 .Kb1