KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI CÁC ION Cd2+ VÀ Zn2+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TRẮC QUANG CÓ SỬ DỤNG VI TÍNH

I HC THI NGUYấN
TRNG I HC S PHM
KHOA HO HC

KHOá LUậN TốT NGHIệP ĐạI HọC
PHM TH THM

XáC ĐịNH đồng thời các ion cd2+ và Zn2+
bằng phơng pháp chiết trắc quang có sử
dụng vi tính
hng dn khoa hc: Th.s Mai Xuõn Trng

Thái Nguyên - 2008


Trong phân tích quang phổ hấp thụ thờng gặp các
hỗn hợp mà phổ hấp thụ của các cấu tử xen phủ nhau,
để phân tích hỗn hợp này trớc đây phải tách riêng
từng cấu tử ra rồi xác định chúng, tuy nhiên phơng
pháp
gặp
nhiều
Do này
ú, vic
xỏcrất
nh
ng hạn
thi chế.
nhiu cu t cú ph hp th xen
ph nhau luụn l vn thi s ca cỏc phng phỏp ph hp th
quang phõn t

Xuất phát từ thực tiễn trên chúng tôi đã chọn đề
tài: Xác định đồng thời các ion Cd2+ và Zn2+ bằng ph
ơng pháp chiết trắc quang có sử dụng vi tính
1. Xác định điều kiện tối u cho sự tạo phức của Zn2+ và
2+
Cd2.
với
Đo PAN
phổ hấp thụ của PAN, phổ hấp thụ của Zn2+-

PAN, Cd2+-PAN và phổ của dung dịch chứa đồng thời
hai
kim số
loạiliệu
trênthu
với PAN
3. ion
Từ các
đợc tính toán bằng phơng pháp
lọc Kalman xác định đợc hàm lợng của các ion trong


Chương I: TỔNG QUAN

Chương II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Kho¸ luËn
Chương III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU


Ch¬ng I

Tæng quan
1.1. Tæng quan vÒ KÏm vµ Cadimi
1.2. S¬ lîc vÒ Zn, Cd
1.2.1. TÝnh chÊt vËt lý:
1.2.2. TÝnh chÊt hãa häc:



1.4. Sơ lược về thuốc thử PAN
+ CTPT : C15H11ON3
+ Tên gọi : 1 - (2’- pyridylazo) -2- naphthol.
+ Khối lượng phân tử : M = 249,27 (g/mol)

+ Công thức cấu tạo:
N

0.8 A
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0 430

N=N

OH

 (nm)

470

510

550

590

630


Chương II
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phương pháp phân tích trắc quang
2.1.1. Định luật Bughe – Lămbe – Bia
2.1.2. Định luật cộng tính
2.2. Phương pháp xác định đồng thời nồng độ các cấu tử có
phổ hấp thụ xen phủ nhau – Phương pháp lọc Kalman


Chơng III
Kết quả nghiên cứu
3.1. Dụng cụ v hoá cht

.1.1. Dụng cụ
3.1.2. Hoá chất
3.2. Chuẩn bị dung dịch
3.2.1. Pha chế các dung dịch gốc

3.3.2 Pha chế thuốc thử PAN
3.3.3 Pha chế các dung dịch đệm
3.2.4. Chuẩn bị các dung dịch
làm việc


3.3.1. Khảo sát sự tạo phức của Zn2+; Cd2+ với
PAN
đo
phổ UV VIS của phức tạo thành giữa ion Cd2+ - PAN;
Zn2+ - PAN.

Chuẩn bị các mẫu trong bình thủy tinh có
nút nhám trong đó lấy 1,5ml ion kim loại nồng
độ 10-4M và 0,6ml PAN 5.10-3M cho vào mỗi mẫu
8,5ml đệm pH=11 và 9,4ml CCl4. Tiến hành lắc
30 phút để tạo cân bằng phân bố sau đó chiết
lấy dung dịch phức màu. đo phổ hấp thụ phân
2+
tử củaKết
dung
màuUVở dải
sóng
quảdịch
thu phức
đợc phổ
VISbớc
của
ion từ
Cd500

- 600nm.
PAN;
Zn2+ - PAN đợc thể hiện ở hình 3.1


3
1

2

A

0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2

 (nm)

0.1
0
450

475

550

575

600

625

650

H×nh 3.1: Phæ hÊp thô cña PAN, Cd2+ - PAN vµ Zn2+
- PAN


3.3.2. Khảo sát ảnh hởng của tỉ lệ thuốc thử.

a, Khảo sát sơ bộ: khảo sát sơ bộ tỷ lệ M2+ : PAN
theo các tỷ lệ là 1:5, 1:10, 1:15, 1:20, 1:25.
Bảng 3.4: Cách pha chế các dung
dịch phức màu

St

1

Tỷ lệ
t CPAN: CM2+
1:5

2

1:10

3

1:15

4

1:20

Mẫu

V(ml)
PAN
5.104M

V(ml)
Cd2+
10-4M

V(ml)
Zn2+
10-4M

Zn 1

1

-

1

9

9

Cd 1

1

1

-

9

9

Zn 2

2

-

1

9

8

Cd 2

2

1

-

9

8

Zn 2

2

-

1

9

7

Cd 3

3

1

-

9

7

Zn 4

4

-

1

9

6

Cd 4

4

1

-

9

6

Zn 5

5

-

1

9

5

V(ml
)
H2O

V(ml)
CCl4


o độ hấp thụ quang của các dung dịch phức
màu ở bớc sóng cực đại. Kết quả đo đợc thể hiện
ở bảng 3.5
Bảng 3.5: ảnh hởng của tỷ lệ thuốc thử đến độ
hấp thụ quang

Mẫu

1

2

3

4

5

AZn2+- PAN

0,371

0,394

0,470

0,477

0,460

ACd2+- PAN

0,321

0,366

0,421

0.432

0,408


BiÓu diÔn ®é hÊp thô quang vµo lîng thuèc
thö d ta cã h×nh 3.2
0.6 A
0.5
0.4
Zn - PAN
0.3
Cd - PAN
0.2
0.1
CPAN / CM2+
0
10 15 20 25
5
H×nh 3.2: Sù phô thuéc cña ®é hÊp thô
quang vµo lîng thuèc thö d


3.3.2.2. Khảo sát cụ thể.
Bảng 3.6: Cách pha chế các dung dịch phức
STT
Tỷ lệ
Mẫu
V(ml)
màu V(ml)2+ V(ml)2+ V (ml)
2+
CPAN: CM

1
2
3
4
5
6
7

1:16
1:17
1:18
1:19
1:20
1:21
1:22

PAN
5.10
4
M

Cd
10-4M

Zn
10-4M

H2O

V (ml)
CCl4

Zn 1

3,2

-

1

9

6,8

Cd 1

3,2

1

-

9

6,8

Zn 2

3,4

-

1

9

6,6

Cd 2

3,4

1

-

9

6,6

Zn 3

3,6

-

1

9

6,4

Cd 3

3,6

1

-

9

6,4

Zn 4

3,8

-

1

9

6,2

Cd 4

3,8

1

-

9

6,2

Zn 5

4,0

-

1

9

6,0

Cd 5

4,0

1

-

9

6,0

Zn 6

4,2

-

1

9

5,8

Cd 6

4,2

1

-

9

5,8

Zn 7

4,4

-

1

9

5,6

Cd 7

4,4

1

-

9

5,6


o độ hấp thụ quang của dung dịch phức
màu ở bớc sóng cực đại . Kết quả đo đợc thể
hiện ở bảng 3.7

Bảng 3.7: ảnh hởng của tỷ lệ thuốc thử đến độ
hấp thụ quang
Mẫu
AZn2+PAN

ACd2+PAN

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0.4
6
4

0.5
1
0

0.5

9
3

0.6
5
8

0.6
6
8

0.6
6
4

0.6
6
1

0.6
5
2

0.6
4
0

0.1
6
9

0.1
8
0

0.2
4
7

0.2
7
8

0.2
8
2

0.2
7
9

0.2
6
1

0.2
5
5

0.2

5
0


BiÓu diÔn ®é hÊp thô quang vµo lîng thuèc thö d ta
cã h×nh 3.3
0.8

A

0.7
0.6
0.5

Zn - PAN

0.4

Cd - PAN

0.3
0.2

CPAN/ CM2+

0.1
0
16

17

18

19

20

21

22

23

24

H×nh 3.3: Sù phô thuéc cña ®é hÊp thô
quang vµo lîng thuèc thö d


3.3.3. ảnh hởng của pH đến sự tạo phức
Bảng 3.8: Bảng pha chế các dung dịch phức ở pH =
8V(ml)
-13 V(ml)
STT
Giá
Mẫu
V(ml) V(ml)
tr
ị
pH

1
2
3
4
5

8
9
10
11
12

V(m Cd2+
l)
10-4M
PAN
5.104
M

Zn2+
10-4M

pH

CCl4

Zn 1

4

1

-

9

6

Cd 1

4

-

1

9

6

Zn 2

4

1

-

9

6

Cd 2

4

-

1

9

6

Zn 3

4

1

-

9

6

Cd 3

4

-

1

9

6

Zn 4

4

1

-

9

6

Cd 4

4

-

1

9

6

Zn 5

4

1

-

9

6

Cd 5

4

-

1

9

6


đo độ hấp thụ quang của dung dịch phức màu
ở bớc sóng cực đại, kết quả khảo sát lặp lại sau 3 lần

thí nghiệm thể hiện ở bảng 3.9
Bảng 3.9: ảnh hởng của giá trị pH đến độ hấp thụ
quang
Mẫu

1

2

3

4

5

6

AZn2+- PAN

0,469

0,625

0,714

0,850

0,853

0,843

ACd2+- PAN

0,068

0,280

0,491

0,600

0,625

0,589

0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

A

Zn - PAN
Cd - PAN

8

9

10

11

12

13

pH

Hình 3.4: sự phụ thuộc của độ hấp thụ


3.3.4. ảnh hởng của thời gian tạo cân
bằng phân bố.
Chuẩn bị các mẫu trong các bình có nút
nhám. Trong đó có 4ml PAN 5.10-4M và 1ml ion
kim loại có nồng độ 10-4M. Cho vào mỗi bình 9ml
dung dịch đệm có pH =12 và 6ml CCl4.
lắc đều các dung dịch đã chuẩn bị trên máy
lắc trong thời gian từ 5 phút, 10 phút, 15 phút ,
20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút để
tạo cân bằng phân bố. Sau khi để phân lớp tiến
hành chiết lấy dung dịch phức màu.
DungTiến

dịchhành
so sánh
ợc chuẩn
bịquang
tơng tự
nhdung
ng
đo đ
độ
hấp thụ
của
không
có ion
kim ởloại.
dịch phức
màu
bớc sóng max =560nm kết
quả khảo sát lặp lại sau 3 lần thí nghiệm đợc
thể hiện ở bảng 3.10


B¶ng 3.10: Gi¸ trÞ ®é hÊp thô quang theo
thêi gian t¹o c©n b»ng ph©n bè
STT

Thêi gian l¾c
(phót)

AZn2+- PAN

ACd2+- PAN

1

5

0,345

0,120

2

10

0,480

0,180

3

15

0,583

0,236

4

20

0,680

0,272

5

25

0,765

0,310

6

30

0,768

0,320

7

40

0,750

0,309

8

50

0,707

0,253

9

60

0,683

0,205

BiÓu diÔn sù phô thuéc cña ®é hÊp thô quang
vµo thêi gian t¹o c©n b»ng ph©n bè, ta cã ®å


0.9

A

0.8
0.7
0.6
Zn - PAN

0.5
0.4

Cd - PAN

0.3
0.2
0.1

t
(phót)

0
5

10

15

20

25

30

40

50

60

H×nh 3.5: Sù phô thuéc cña ®é hÊp thô quang vµo
thêi gian t¹o c©n b»ng ph©n bè.

3.3.5. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính.
Chuẩn bị các mẫu trong các bình có nút nhám .
Trong đó lấy biến thiên nồng độ ion kim loại từ 10-5 M
5.10-4 M . Nồng độ của PAN gấp 20 lần nồng độ ion kim
loại. Tiến hành pha chế mẫu theo bảng 3.11. lắc trong
thời gian 30 phút để tạo cân bằng phân bố. Sau đó
chiết lấy dung dịch phức màu. Tiến hành đo độ hấp thụ
Bảng
Giá
trị độ
hấp kết
thụ quang
theosát
khoảng
tuyến
tính
quang3.12:
ở bớc
sóng
max.
quả khảo
đợc thể
hiện
ở
của
nồng
độ phức
CPAN. 10-5

CM2+
bảng
3.12
Azn2+
ACd2+
Stt
(Mol/l)

(Mol/l)

1

2.10-4

1,0.10-5

0,103

0,020

2

3. 10-4

1,5. 10-5

0,246

0,113

3

4. 10-4

2,0. 10-5

0,400

0,212

4

5. 10-4

2,5. 10-5

0,560

0,300

5

6. 10-4

3,0. 10-4

0,720

0,394

6

7. 10-4

3,5. 10-4

0,886

0,492

7

8. 10-4

4,0. 10-4

1,058

0,596

8

9. 10-4

4,5.10-4

1,231

0,684

9

1.10-3

5,0. 10-4

1,383

0,793


BiÓu diÔn sù phô thuéc cña ®é hÊp thô quang vµo
kho¶ng tuyÕn tÝnh cña nång ®é ion kim lo¹i ta cã
h×nh 3.6
1.6

A

1.4

Zn - PAN
Cd - PAN

y = 0.3239x - 0.2398
R 2 = 0.9994

1.2
1.0

y = 0.1922x - 0.1761

R 2 = 0.9996

0.8
0.6
0.4

CM2+

0.2
0
0

1

1,5 2 2

2,5 3

3,5 44 4,5

5

6

H×nh 3.6: Sù phô thuéc ®é hÊp thô quang
vµo nång ®é ion kim lo¹i


3.3.6. Khảo sát sự cộng tính của độ hấp thụ
quangTrong

phân
tử. tuyến tính này chúng tôi tiến hành khảo
khoảng
sát tính chất cộng tính của độ hấp thụ quang phân tử.
Chuẩn bị mẫu trong các bình có nút nhám trong đó lấy 2 mẫu
riêng rẽ chứa 1,5ml của ion Zn2+ 10-4M, Cd2+ 10-4M và một mẫu
hỗn hợp lấy 0,75ml Zn2+ 10-4M + 0,75ml Cd2+ 10-4M. Cho vào đó
0,6ml PAN 5.10-3M + 9,4ml CCl4 và 8,5ml đệm có pH =12. Tiến
hành lắc trong vòng 30 phút sau đó đem chiết và đo độ hấp
thụ quang ở dải bớc sóng 500 đến 650nm. Một trong những
kết
Bảng
khảo
3.13:
sát quả
Kếtthể
quả
hiện
khảo
ở bảng
sát sự
3.13
cộng tính độ
hấp thụ quang
AZn2++ Cd2+
2+
2+
AZn + Cd
thực tế

Sai số %

0,1995

0,1920

-3,76

0,676

0,6095

0,6190

1,56

0,620

0,688

0,654

0,6505

-0,54

575

0,277

0,292

0,2845

0,2865

0,70

600

0,002

0,001

0,0150

0,0145

-3,30

Bớc sóng

AZn2+

ACd2+

500

0,242

0,157

525

0,543

550

lí
thuyết


3.4. Xác định đồng thời các cấu tử
trong dung dịch.
3.4.1. Xác định phổ của các cấu tử trong dung
dịch chứa đồng thời hai hỗn hợp.
Bảng 3.14: pha chế các dung dịch chứa hỗn hợp
các phức màu
Vđệm
V(PAN) V Zn2+ V Cd2+
pH
STT
Mẫu
5.10-3M 10-4M
10-4M
=12 V CCL4
1

M1

0,6

-

-

8,5

9,4

2

M2

0,6

1,5

-

8,5

9,4

3

M3

0,6

-

1,5

8,5

9,4

4

M4

0,6

0,3

1,2

8,5

9,4

5

M5

0,6

0,5

1,0

8,5

9,4

6

M6

0,6

0,75

0,75

8,5

9,4

7

M7

0,6

1,0

0,5

8,5

9,4

8

M8

0,6

1,2

0,3

8,5

9,4