Tách Cu2+ và Ni2+ trên cột sắc ký trao đổi cation

Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ

Bài 2 :

Tách Cu2+ và Ni2+ trên cột sắc ký trao đổi cation

I . Mục đích và cơ sở lí thuyết:
1. Mục đích:
- Tách Cu2+ và Ni2+ trên cột sắc ký trao đổi cation.
- Nắm rõ cách nhồi cột và các thao tác kỹ thuật của phương pháp động.
2. Cơ sở lý thuyết:
2.1.Kỹ thuật sắc ký trao đổi ion:
- Sắc ký là tên gọi chung của phương pháp tách chất. Có 2 pha:
+ Pha tĩnh : pha thường đứng yên có khả năng hấp thụ chất phân tích
( là những nhựa trao đổi ion).
+ Pha động : pha di chuyển qua pha tĩnh (là dung dịch trao đổi).
- Sắc ký trao đổi ion là phương pháp sắc ký lỏng rắn, được sử dụng rộng
rãi dể tách các ion vô cơ và những chất hữu cơ có thể tồn tại ở trạng thái
ion.
- Cột sắc ký trao đổi ion là các cột làm bằng thủy tinh hoặc thủy tinh hữu
cơ, đáy có khóa để điều chỉnh tốc độ dòng chảy qua cột ( có thể dùng
burette thay thế ),
- Để lớp bông thủy tinh ( lượng vừa phải ) xuống dưới cột, dưới lớp ionit
để tránh các hạt ionit rớt xuống làm tắc lỗ khóa hoặc đầu ra của cột.
- Ion sau khi ngâm đến trương trong nước được đổ vào cột cùng nước để:
+ Tránh hiện tượng “ nứt cột” tạo ra bởi các bọt khí, làm giảm hiệu quả
tách của cột.
+ Khi sa lắng trong cột xuống phía dưới, các hạt ionit có cùng khối lượng
và kích thước rơi với tốc độ như nhau, tạo thành những lớp hạt đồng đều
nhau trong một tiết diện cắt ngang cột, nhờ đó làm giảm sự giãn vùng do
khuếch tán xoáy.

- Một phép tách sắc ký trao đổi ion thường gồm các giai đoạn sau:
a. Hấp thu hỗn hợp cần tách lên cột :
- Để giữ toàn bộ các ion trong dung dịch định phân, cần dùng một lượng
ionit lớn hơn lượng tính toán để hỗn hợp phân tích chỉ chiếm một phần
rất nhỏ phía trên cột  giữ lại kim loại trên cột  hấp thu.
GVHD : Nguyễn Thị Cúc

-1


Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ

b. Giải hấp các ion đã được hấp thu trên cột:
- Ở giai đoạn này, lần lượt các ion được giải hấp ra khỏi cột bằng các dung
dịch thích hợp như acid có nồng độ khác nhau, hoặc dung dịch một chất
tạo được phức bền với ion cần tách. Tùy từng trường hợp cụ thể mà bằng
một dung dịch, có thể giải hấp liên tiếp một số ion, có trường hợp với
mỗi ion, người ta dùng một dung dịch giải hấp riêng, cũng có khi nồng
độ chất giải hấp được làm gia tăng dần dần trong quá trình giải hấp (giải
hấp gradient)  tách các ion kim loại ra khỏi nhựa bằng các chất khác.
c. Rửa ionit sau khi giải hấp :
- Dùng dung dịch thích hợp để đuổi hết dung dịch giải hấp còn lưu lại
trong cột, trong các khoảng trống giữa các hạt ionit  loại bỏ dung dịch
giải hấp ( kim loại).
d. Tái sinh ionit :
- Đưa ionit trở về dạng ban đầu.
e. Rửa ionit sau khi tái sinh:
- Rửa cột bằng nước cất để loại hết dung dịch tái sinh còn trong cột. Sau
khi đoạn này, có thể dùng cột cho một phép tách mới.
 2 bước sau có thể không cần.

2.2. Tách Cu2+ và Ni2+ trên cột trao đổi cation:
- Dùng cationit acid yếu dạng Na+ làm pha tĩnh. Như đã biết, cationit acid
yếu có các nhóm sinh ion là nhóm carbocylic, loại cationit này chỉ dùng
được trong môi trường trung tính hoặc kiềm vì nhóm carbocylic là acid
yếu, không phân ly được trong môi trường acid. Cationit acid yếu dạng
H+ được ký hiệu là R- COOH, dạng Na+ được ký hiệu là R – COONa, ở
đây, R là nền polymer trơ của cationit.
- Tách sắc ký hỗn hợp Cu+ và Ni2+ trên cột nhồi cationit acid yếu dạng Na+
gồm các giai đoạn sau:
a. Thay đổi dạng ion linh động của cationit từ H+ sang Na+ :
- Đầu tiên nhồi vào cột cationit yếu dạng H+, sau đó cho qua một dung
dịch hỗn hợp NaOH – NaCl ( độ pH của cột khi thêm hóa chất sẽ giảm ( do
có HCl ..) mà pH nhỏ gây đến việc cationit R- COOH không bị phân li 
không tạo độ ion linh động để tham gia trao đổi ion với dung dịch  sai
lệch kết quả).
- Phản ứng trao đổi ion diễn ra như sau:
GVHD : Nguyễn Thị Cúc

-2


Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ

R – COOH + Na+(dd) + OH-(dd)  R – COONa + H2O
- Rửa cột bằng nước cất để đuổi hết dung dịch NaOH – NaCl. Kiểm tra
bằng cách nhúng giấy quỳ đỏ vào nước rửa chảy ở đáy cột.
b. Hấp thu hỗn hợp Cu2+ - Ni2+ lên cột:
- Cho hỗn hợp cần tách chứa Cu2+ và N i2+ qua cột.
- Khi đó diễn ra các phản ứng trao đổi ion như sau:
2R-COONa + Cu2+(dd)  (R-COO)2Cu +2Na+(dd)

2R-COONa + Ni2+(dd)  (R-COO)2Ni + 2Na+(dd)
c. Giải hấp :
- Trước hết, giải hấp Cu2+ bằng cách dội qua cột dung dịch glycerin –
NaOH. Ion Cu2+ tạo phức mang điện âm màu xanh dương với glycerinat,
không bị giữ bởi cationit, trong khi đó, Ni2+ không tạo phức, vẫn được
giữ trên cationit.
- Sau đó, giải hấp Ni2+ bằng HCl 3 M:
(R-COO)2Ni + 2H+ (dd)  2R-COOH + Ni2+(dd)
- Như vậy, mỗi ion khảo sát được giải hấp bằng một dung dịch khác nhau.
Chất giải hấp Cu2+ là một tác nhân tạo phức, Ni2+ được giải hấp đơn giản
bằng cách làm chuyển dịch cân bằng trao đổi ion  cột thành màu ban đầu (
trắng)  giải hấp xong Ni2+.
II. Chuẩn bị hóa chất:
•

Chuẩn bị hóa chất cho tách sắc ký trao đổi ion:

- Cationit acid yếu R-COOH.
Dung dịch Cu2+ 1mg/mL – Ni2+ 1mg/mL:
Muối CuSO4.5H2O,

M=249,685g/mol.

pha 250 mL
Cu = 63,546

Ta có: 1mL CuSO4.5H2O → 1mg Cu2+
250ml

→ 250mg

CuSO4.5H2O → Cu2+ + 2SO42249,685
x(mg)?
⇒ x=

63,546
250mg

250.249,685
=982,30 (mg) = 0.982 (g)
63,546

GVHD : Nguyễn Thị Cúc

-3


Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ

Muối NiSO4.7H2O

M=280,880g/mol.

Ni = 58,71

Ta có: 1mL NiSO4.7H2O → 1mg Ni2+
→ 250mg

250ml

NiSO4.7H2O → Ni2+ + 2SO42280,880

58,71

x(mg)?
⇒ x=

250mg

250.280,880
=1196,05 (mg) = 1,196(g)
58,71

Dung dịch NaCl 1M – NaOh 1M:
Muối NaCl,

pha 0,5 L

M=58,443g/mol.

NaCl= CM.M.V=1.58,443.0,5=29,22(g)
NaOH= CM.M.V=1.40.0,5=20(g)
Dung dịch NaOH 2M:

pha 0,5L

a= CM.M.V=2.40,0,5=40(g)
Dung dịch giải hấp Cu2+: pha 1,0L theo tỉ lệ 5mL glycerin + 95mL NaOH 2M.

Dung dịch HCl 3M:

pha 1,0 L

d=1,18 C%=36,46
CM=10.C%.d/M=10.36,46.1,18/36,5=11,79(M)
Theo định lượng =>V=3.0,5.11,79=0,1273(l)=127,3(ml)
•

Chuẩn bị hóa chất cho phép đo iod – thiosulphat xác định Cu2+ :

Dung dịch CH3COOH 4N:

pha 100 mL

a=CN.M.V/1000.n=4.60.100/1000.1= 24(g)
Dung dịch KI 5%

pha 100 mL

Ta có:
CM =

10.P%.d
(1)
M

và

GVHD : Nguyễn Thị Cúc

CM =

a.1000
(2)
M .V

-4


Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ

Từ (1) và (2) ⇒
⇒

a =

a.1000
10.P%.d
=
M .V
M

10.V .P %.d 10.100.5.1
=
= 5 (g)
1000
1000

Dung dịch KSCN 10%:

pha 100 mL

a= 10(g)
Dung dịch hồ tinh bột 1%:

pha 100 mL

a= 1(g)
Dung dịch Na2S2O3.5H2O ≈ 0,01 N,
Muối Na2S2O3.5H2O,

pha 1,0 L

M=248,18 g/mol.

a=CN.M.V/n=0,01.248,18/1=2,481(g)
•

Chuẩn bị hóa chất cho phương pháp complexon xác định Ni2+ :

Dung dịch EDTA 0,01 M

pha 1,0 L

a= CN.M.V= 0,01.372,24.1= 3,7224(g)
Chỉ thị Murexide 1% trong NaCl

pha 10g hỗn hợp chỉ thị

Dung dịch NH4OH 1M

pha 250 mL

a= CN.M.V/1000=1,35.250/1000=8,75(g)
III. Cách tiến hành:
Ngâm cationit R-COOH trương trong nước, rồi nạp vào burette có nước đén
1/3 chiều cao. Cho qua cột 100 ml dung dịch NaOH 1M – NaCl 1M với tốc
độ 2-3ml/min. Sau đó rửa cột bằng nước cất đến hết phản ứng kiềm ( thử
nước chảy rửa bằng giấy quì đỏ ).
Cho qua cột 50 ml hỗn hợp Cu2+ 1 mg/mL – Ni2+ 1 mg/ml ở tốc độ 2 ml/min.
Giải hấp Cu2+ bằng hỗn hợp glycerin – NaOH ở tốc độ 3 - ml/min. Dùng
cốc hứng dung dịch chảy ra khỏi cột. Quan sát các hiện tượng trên cột, đặc
biệt chú ý sự giãn rộng vùng. Dừng giải hấp khi nào đoạn dung dịch màu
xanh dương ( của phức glycerinat đồng ) ra khỏi cột. Lấy cốc đựng phân
đoạn giải hấp đồng ra ngoài cột, vừa thêm từ từ dung dịch HCl 3M vào dung
dịch vừa lắc đến khi mất màu xanh dương (phức glycerinat đồng bị phá hủy).
Định mức dung dịch bằng nước cất trong một bình định mức có thể tích gần
nhất.
GVHD : Nguyễn Thị Cúc

-5


Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ

Giải hấp Ni+ bằng dung dịch HCl 3M cũng với tốc độ như trên. Dùng một
cốc khác hứng phân đoạn giải hấp này. Dừng giải hấp khi cột có màu trắng
hoàn toàn của R-COOH . Định mức dung dịch bằng nước cất trong một bình
định mức có thể tích gần nhất.
Định lượng Cu2+ . Lấy 10,0 ml dung dịch Cu2+ vào bình nón. Thêm 2,5 ml

CH3COOH 4 N và 2,5 ml KI 5% , lắc nhẹ . Đậy bình nón, để yên trong chỗ
tối 10 min . Từ burette nhỏ từng giọt dung dịch thiosulphat, lắc đều tới khi
dung dịch có màu vàng rơm. Tiếp tục thêm 0,5 ml dung dịch hồ tinh bột và
lại chuẩn độ bằng dung dịch Na2S2O3 tới khi mất màu xanh tím. Thêm tiếp
2,5 ml dung dịch KCSN 10% lắc kỹ và lại chuẩn độ đén hoàn toàn mất màu
xanh. Ghi thể tích dung dịch chuẩn tiêu tốn. Làm 3 lần, lấy kết quả trung
bình. Tính lượng Cu2+ thu được trong phân đoạn giải hấp thứ nhất.
Định lượng Ni2+. Lấy 10,0 ml dung dịch Ni2+ vào bình nón . Thêm chỉ thị
Murexide. Vừa thêm từ từ từng giọt NH4OH vừa lắc đén khi xuất hiện màu
vàng. Chuẩn độ bằng dung dịch EDTA 0,01 M đến khi dung dịch chuyển
màu sang tím hồng. Làm 3 lần, lấy kết quả trung bình. Tính lượng Ni2+ thu
được trong phân đoạn giải hấp thứ hai.
IV. Kết quả thí nghiệm :
1. Định lượng Cu2+:
Phản ứng định lượng đồng:
Cu2+ + I-  CuI + I2
I2 + I-  I-3
I-3 + S2O32-  S4O62- + IThể tích dung dịch thiosulphat tiêu tốn khi chuẩn độ Cu2+ là :
V1

V2

V3

5, 70 ml

5,70 ml

5,60 ml

 V = 5,63(ml )
(C N V ) Cu 2+ = (C N V ) I 2 = (C N V ) S O 2−
2

=> C NCu 2+ =

3

(C N V ) S O 2 −
2

3

VCu 2 +

Cthiosulphat = 0,01N
GVHD : Nguyễn Thị Cúc

-6


Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ

ĐCu 2 + = 64 / 2 = 32

*Trong 10ml dd chuẩn:

CN

Cu 2 +

=

0,01 * 5,63
= 5,63 × 10 −3 N
10

*Lượng Cu2+ thu được trong phân đoạn giải hấp thứ nhất:
Ta có :V = 100ml
mCu 2 + = C N * Đ * V = 5,63 × 10 −3 * 32 *100 = 18,016mg

2.Định lượng Ni2+ :
Phản ứng chuẩn độ:
Ni2+ + H3Ind-  NiH2Ind- + H+
(tím)

(màu vàng)

Ni2+ + H2Y2-  NiY2- +2H+
Thể tích dung dịch EDTA tiêu tốn khi chuẩn độ Ni2+ là:
V1

V2

V3

15,20 ml

15,25 ml

15,25 ml

 V = 15,23(ml )
(C N V ) Ni 2 + = (C N V ) H Y −
2 2

CN EDTA= CM EDTA * 2= 0.01*2=0.02 N
ĐNi2+ = 58.71/2 = 29.36
*Trong 10 ml dd chuẩn:

GVHD : Nguyễn Thị Cúc

-7


Thực Hành Phân Tích Dụng Cụ

CN

Ni 2 +

=

(C N V ) H Y −
2 2

V Ni 2 +

=

0,02 * 15,23
= 0,03 N
10

*Lượng Ni2+ thu được trong phân đoạn giải hấp:
Ta có: V=100ml
mNi 2+ = C N * Đ * V = 0,03 * 29,36 *100 = 88,08mg

GVHD : Nguyễn Thị Cúc

-8