BÁO CÁO PHẦN TIỂU LUẬN MÔN HÓA PHÂN TÍCH đề TÀI TIỂU LUẬN phân tích cg l và c% của các ion cl , k+, mg2+, ca2+ trong mẫu nước biển

ĐẠI HỌC QUỐC GIA
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC
BỘ MƠN: KỸ THUẬT HĨA LÝ – PHÂN TÍCH

BÁO CÁO PHẦN TIỂU LUẬN
MƠN HĨA PHÂN TÍCH – CH2113
LỚP A01 – NHĨM 18
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN SỐ B17
Phân tích Cg/L và C% của các ion Cl-, K+, Mg2+, Ca2+ trong mẫu nước biển
GVHD: Lâm Hoa Hùng
Họ và tên
Trần Đăng Khoa
Phạm Hà Nhật Nghi
Nguyễn Thị Phương Trang
Lê Phương Uyên

MSSV
2013514
2013861
2014799
2015014

TPHCM, Tháng 12/2021

Phần trăm tham gia
100%
60%
100%
100%

`

BẢNG PHÂN CƠNG
HỌ TÊN

MSSV

CƠNG VIỆC

ĐÁNH GIÁ

Trần Đăng Khoa

2013514

-Tìm hiểu bảo quản mẫu.
-Tìm hiểu cách xác định ion Ca2+.
-Tìm hiểu cách xác định ion K+.
-Tổng hợp tiểu luận.
-Tổng hợp tài liệu tham khảo.

Phạm Hà Nhật Nghi

2013861

-Tìm hiểu cách xác định ion SO42−.
-Chỉnh sửa tiểu luận.

60%

2014799

-Lời mở đầu.
-Tìm hiểu lấy mẫu.
-Tìm hiểu cách xác định ion Cl-.
-Tìm hiểu cách xác định ion SO42-.
-Chỉnh sửa tiểu luận.

100%

2015014

-Lời cảm ơn.
-Tìm hiểu lọc mẫu.
-Tìm hiểu cách xác định ion Mg2+.
-Kết luận.
-Chỉnh sửa tiểu luận.

100%

Nguyễn Thị Phương Trang

Lê Phương Uyên

100%


`

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tiểu luận này, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Ban giám hiệu trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh vì đã đưa mơn học
Hố phân tích vào chương trình giảng dạy và luôn tạo mọi điều kiện để hỗ trợ chúng em
học tập một cách tốt nhất trong tình hình dịch bệnh Covid-19 diễn biến phức tạp.
Đặc biệt, chúng em muốn gửi lời cảm ơn đến giảng viên bộ mơn Hố phân tích - Thầy
Lâm Hoa Hùng đã giảng dạy tận tình, chi tiết và ln sẵn sàng giải đáp mọi thắc mắc để
chúng em có đủ kiến thức và vận dụng chúng vào bài tiểu luận này.
Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm để tài cũng như những hạn chế về kiến thức, trong
bài tiểu luận chắc chắn sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự nhận
xét, ý kiến đóng góp, phê bình từ phía Thầy để bài tiểu luận được hồn thiện hơn.
Lời cuối cùng, chúng em xin kính chúc thầy nhiều sức khỏe, thành công và hạnh phúc.


`

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
NỘI DUNG ......................................................................................................................... 2
PHẦN I. LẤY MẪU VÀ BẢO QUẢN MẪU PHÂN TÍCH ........................................ 2
1. Lấy mẫu ................................................................................................................. 2
1.1 Quy trình lấy mẫu ............................................................................................... 2
2. Lọc mẫu ................................................................................................................. 4
2.1 Kỹ thuật lọc.......................................................................................................... 4
2.2 Phương pháp lọc (ly tâm) ................................................................................... 4
3. Bảo quản mẫu ....................................................................................................... 6
PHẦN II. PHÂN TÍCH MẪU ........................................................................................ 7
1. Phân tích anion Cl- ............................................................................................... 7
1.1

Giới thiệu chung ............................................................................................. 7

1.2

Nguyên tắc phương pháp ............................................................................... 7

1.3

Điều kiện chuẩn độ ......................................................................................... 8

1.4

Điều kiện của chất chỉ thị ............................................................................... 8

1.5

Hóa chất và thiết bị ......................................................................................... 9

1.6

Thực hiện phân tích mẫu ............................................................................... 9

1.7

Tính tốn kết quả .......................................................................................... 10

2. Phân tích cation K+ ............................................................................................. 10
2.1

Giới thiệu chung ........................................................................................... 10

2.2

Nguyên tắc phương pháp ............................................................................. 10

2.3

Hóa chất và thiết bị ....................................................................................... 11

2.4

Thực hiện phân tích mẫu ............................................................................. 12

2.5

Tính tốn kết quả .......................................................................................... 12

2.6

Độ chính xác ................................................................................................. 13

2.7

Chuẩn độ điện thế ......................................................................................... 13


`

3. Phân tích cation Mg2+ ......................................................................................... 13

3.1

Giới thiệu chung ........................................................................................... 13

3.2

Nguyên tắc phương pháp ............................................................................. 13

3.3

Hoá chất và thiết bị ....................................................................................... 14

3.4

Chuẩn hố dung dịch EDTA........................................................................ 15

3.5

Thực hiện phân tích mẫu ............................................................................. 15

3.6

Tính tốn kết quả .......................................................................................... 16

3.7

Độ chính xác ................................................................................................. 17

3.8

Phương pháp tách ion Magie ....................................................................... 17

4. Phân tích cation Ca2+ .......................................................................................... 18
4.1

Giới thiệu chung ........................................................................................... 18

4.2

Nguyên tắc phương pháp ............................................................................. 18

4.3

Hóa chất và thiết bị ....................................................................................... 19

4.4

Chuẩn hóa dung dịch EGTA........................................................................ 19

4.5

Thực hiện phân tích mẫu ............................................................................. 20

4.6

Tính tốn kết quả .......................................................................................... 21

4.7

Độ chính xác ................................................................................................. 21

4.8

Chuẩn độ quang phổ EGTA với kẽm và chất chỉ thị gián tiếp Kẽm-EGTA 21

5. Phân tích anion SO4 2- ......................................................................................... 22
5.1

Giới thiệu chung ........................................................................................... 22

5.2

Nguyên tắc phương pháp ............................................................................. 22

5.3

Điều kiện tạo tủa ........................................................................................... 22

5.4

Hóa chất và thiết bị ....................................................................................... 22

5.5

Thực hiện phân tích mẫu ............................................................................. 23

5.6

Tính tốn kết quả .......................................................................................... 24

KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 25
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 26


`

LỜI MỞ ĐẦU
Nước biển chiếm diện tích hầu hết bề mặt trái đất và là một hỗn hợp phúc tạp bao gồm
hợp chất từ xác sinh vật biển bị phân hủy và các loại muối khống. Về trung bình, nước
biển của các đại dương trên thế giới có độ mặn khoảng 3,5%. Điều này có nghĩa là cứ mỗi
lít (1.000 mL) nước biển chứa khoảng 35 gam muối. Theo tài liệu của Viện Sức khỏe Mỹ,
nước biển sâu chứa hơn 80 nguyên tố vi lượng, riêng tầng nước mặt cũng chứa hơn 20
nguyên tố, bao gồm các khoáng chất như natri, kali, canxi, magiê, bromua, clorua, sulfat,
sắt, đồng, kẽm và nhiều các yếu tố có lợi khác có tác dụng chữa bệnh một cách tự nhiên.
Các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng, nước biển cũng giúp giải độc cơ thể bằng cách
đưa các độc tố qua lỗ chân lông, cải thiện lưu thông máu. Đồng thời, một số chất khác trong
nước biển như iodine và các chất khoáng được thẩm thấu ngược vào trong, tăng cường hệ
trao đổi chất.
Để xác định nồng độ của phần lớn các yếu tố hố học nước biển, các phương pháp phân
tích hóa học truyền thống vẫn được sử dụng hiện tại như chuẩn độ mẫu nước, so màu của
mẫu với dung dịch chuẩn. Bên cạnh đó còn có các thiết bị máy móc phụ trợ hiện đại (máy
so màu quang điện, phổ quang kế, sắc ký khí, quang phổ hấp thụ nguyên tử...) giúp cho
việc phân tích được nồng động các ion khống có trong dung dịch một cách nhanh chóng,
chính xác. Vì vậy nhóm đã chọn đề tài “Mẫu nước biển - chỉ tiêu cần phân tích Cg/L và C%
của các ion Cl-, K+, Mg2+, Ca2+, SO42- ” làm tiểu luận cho mơn học Hóa Phân Tích.

1


`

NỘI DUNG
PHẦN I. LẤY MẪU VÀ BẢO QUẢN MẪU PHÂN TÍCH
1. Lấy mẫu
Để giữ lại cột nước bị ơ nhiễm của tàu chính và tiếp cận gần hơn với bề mặt biển, ta
phải dùng các tàu nhỏ thích hợp. Việc lấy mẫu được thực hiện từ hướng khuất gió của tàu,
> 200 m ngược gió với tàu trong khu vực trước đây chưa có tàu nào đi qua. Trong quá trình
lấy mẫu, tàu có thể di chuyển chậm vng góc với hướng hải lưu chiếm ưu thế.
Các mẫu ở bề mặt được lấy bằng thiết bị lấy mẫu nước biển Niskin. Từ tàu, mẫu nước
được lấy từ độ sâu từ 0,5 đến 10 m, tùy thuộc vào mức độ chìm thiết bị. Điều này đặc biệt
quan trọng đối với các chất phân tích mà con tàu có thể là nguồn ô nhiễm đáng kể.
1.1 Quy trình lấy mẫu
Trước khi lấy thiết bị lấy mẫu ra khỏi lớp vỏ, tất cả bề mặt tiếp xúc với thiết bị phải
được bọc bên ngoài bằng những túi sạch. Người thực hiện lấy mẫu bằng dụng cụ lẫy mẫu
phải mang găng tay chuyên dụng. Thiết bị lấy mẫu được nối với một sợi dây thừng đã được
đánh dấu với các mức độ dài khác nhau. Điều này giúp chúng ta có thể thực hiện lấy mẫu
ở những độ sâu khác nhau. Một đầu của sợi dây được đánh dấu “START" được nối với
thiết bị này bằng cách đặt sợi dây vào các khe. Người ta dùng khoảng nửa mét của sợi dây
được treo từ phần đáy của thiết bị để nối một quả nặng với phần đáy của thiết bị lấy mẫu,
điều này giúp cho thiết bị được giữ thẳng đứng khi ở dưới nước.
Trước khi hạ thiết bị này xuống nước, chúng ta cần phải chuẩn bị một vài thứ: Đầu tiên,
lật cả hai nắp ở hai đầu lên và trên thân chính để có đủ độ chùng cho vòng dây gắn với nắp
chai trên cùng được kéo xuống gần chốt. Chốt được đặt ở nửa dưới thiết bị lấy mẫu. Để mở
chốt, ấn miếng nhựa trắng xuống gần đầu thiết bị, sau đó đóng nó lại bằng vòng dây trong
đó. Bây giờ có thể móc cái chụp màu đồng thau bên ngồi dây nhựa, đảm bảo rằng cái chụp
luôn nằm ở dưới trái banh trắng và cái bình sẽ khơng đóng lại khi thiết bị được kích hoạt.
Lưu ý, nắp phía trên của thiết bị lấy mẫu phải được đặt cách xa nút trắng phía trên bởi vì
2

`

nó có thể gây cản trở chức năng kích hoạt. Cuối cùng, kiểm tra vít thơng hơi trắng ở phía
trên ln được đóng kín và vòi ở phần đáy đã được rút ra. Điều này sẽ không cho nước bị
rò rỉ ra ngoài khi thiết bị lấy mẫu được kéo lên sau khi lấy mẫu.
Dựng thẳng đứng dụng cụ lấy mẫu trong nước. Những cái đánh dấu trên sợi dây thừng
dùng để chỉ ra độ sâu lấy mẫu. Căn chỉnh các điểm đánh dấu trên sợi dây với mặt nước để
lấy mẫu tại đúng độ sâu đó. Khi chỗ đánh dấu đã được căn chỉnh với mặt nước, giữ thẳng
thiết bị và bắt đầu việc lấy mẫu bằng cách thả tín hiệu (messenger). Ta sẽ cảm nhận tín hiệu
(messenger) chạm vào cái nút trắng ở phía trên của thiết bị. Hành động này sẽ giúp đóng
bình chứa mẫu và dẫn nước vào trong. Lúc này, bạn đã có thể kéo thiết bị lên khỏi mặt
nước. Nếu mọi việc suôn sẻ, cái nắp của thiết bị sẽ được đóng lại và thiết bị sẽ chứa đầy
nước (tại độ sâu đã chọn). Nếu không thành công, cần phải thực hiện lại.
Để chuyển mẫu nước ra ngồi, nhấn vòi ở phía dưới thiết bị và vặn mở vít thơng hơi
trắng ở phía trên. Vặn chặt hoặc nới lỏng cái vít để điều chỉnh tốc độ nước chảy từ thiết bị
vào bình chứa mẫu. Tráng bình chứa mẫu bằng nước đã lấy từ thiết bị nhiều lần rồi đổ đi,
sau đó rót đầy bình cho tới phần vai bình (chỗ rộng nhất của bình). Buộc chằng nút cẩn
thận để tránh bay hơi nước và để dễ dàng di chuyển mẫu về phòng thí nghiệm.

Thiết bị lấy mẫu nước biển Niskin
3


`

2. Lọc mẫu
2.1 Kỹ thuật lọc
Việc lọc phục vụ hai mục đích, tách SPM để nhận được mẫu nước 'sạch' và/ hoặc tách
(và làm giàu) SPM để phân tích thành phần của nó. Trong lấy mẫu nước biển ngồi đại
dương, trước tiên, thường tránh lọc vì nồng độ SPM trong những vùng nước này tương đối

thấp (tuy nhiên, điều này khơng giữ được đối với tất cả các chất; ví dụ, hãy xem khảo sát
về nồng độ Fe dạng hạt trong Atlantic Ocean của Helmers và cộng sự, 1991), và thứ hai, vì
bản thân bước lọc là nguồn tiềm ẩn gây ô nhiễm nghiêm trọng cho nhiều thành phần. Trong
các phép đo quang phổ của các mẫu chưa được lọc, có thể cần phải bù cho độ hấp thụ khơng
đặc hiệu có thể xảy ra. Cần lưu ý rằng một số thuốc thử chứa acid có thể phân giải một phần
chất lơ lửng. Do đó, hiệu chỉnh độ đục nên được thực hiện với các mẫu đã thêm lượng acid
tương ứng có trong thuốc thử. Quy trình này được mơ tả trong các phần liên quan đến
phương pháp luận để xác định các hợp chất riêng lẻ.
Nếu lấy mẫu ở các vùng biển ven bờ và việc lọc vùng ven biển (thềm) là cần thiết, nó
có thể được thực hiện theo các cách khác nhau, được mô tả ngắn gọn trong phần sau.
2.2 Phương pháp lọc (ly tâm)
Để tránh các vấn đề tiềm ẩn của quá trình lọc, ly tâm ngay sau khi lấy mẫu có thể mang
lại lợi ích. Ví dụ, Kérouel và Aminot (1987) đã đề xuất một thiết bị theo đó mẫu phụ để
phân tích chất dinh dưỡng từ dụng cụ lấy mẫu hoa thị được thu thập trong một cái chai bằng
poly-propylene và không cần xử lý thêm, được ly tâm và tiêm trực tiếp vào hệ thống máy
phân tích tự động. Q trình ly tâm theo mẻ này cũng cung cấp một công cụ để thu thập
lượng lớn các hạt. Tuy nhiên, việc trao đổi phần nổi phía trên với nước chưa qua xử lý chắc
chắn có nguy cơ thất thốt và nhiễm bẩn.
Khi các mẫu nước biển lớn cần được xử lý, ví dụ, để nghiên cứu SPM ở các vùng nước
gần sông, quy trình ly tâm dòng chảy liên tục là thích hợp. Lý tưởng nhất là chúng là chúng
kết hợp độ phân giải không gian đủ nhỏ của việc lấy mẫu với khả năng thu thập một cách
hiệu quả lượng lớn các chất dạng hạt trong điều kiện ít ơ nhiễm. Thể tích nước biển được
4


`

xử lý trong một lần cắt đại dương ngoài trời thường nằm trong khoảng từ 5 đến 12 m3 tương
ứng với một mẫu SPM có khối lượng khan khoảng 1 g (giả sử nồng độ SPM trong các vùng
nước mặt ở xa là khoảng 100-200 mg/m3). Nước biển chỉ tiếp xúc với polyetylen,

polypropylen, Teflon và titan và phương pháp này đã được chứng minh là phù hợp để thu
thập các thành phần hữu cơ dạng vết (ví dụ, IOC, 1993). Do đó, ly tâm dòng chảy là một
cơng cụ mạnh mẽ cho công việc liên ngành ở các vùng nước gần bề mặt.

Cấu tạo thiết bị lấy mẫu nước biển

5


`

3. Bảo quản mẫu
Mặc dù các ion đa lượng tồn tại trong nước biển với nồng độ khá cao, việc bảo quản
mẫu chứa các ion này gặp khá nhiều khó khăn. Ví dụ, hầu hết các loại thủy tinh đều chứa
các kim loại kiềm, kiềm thổ – chất có khả năng tham gia phản ứng trao đổi ion với các ion
hòa tan trong nước biển. Do đó thủy tinh khơng phải là vật liệu thích hợp để bảo quản mẫu
lâu dài. Một số loại nhựa (polyetylen mật độ thấp,…), lại rị rỉ nước và chất khí trong mẫu.
Vì vậy, chúng có thể dẫn đến sai số nghiêm trọng khi thực hiện các phân tích hàm lượng
ion. Người ta đã tìm ra được vật liệu đạt yêu cầu trong việc này – polyetylen mật độ cao.
Với thể tích lớn (khoảng 5 L) và các quy trình phân tích được thực hiện trong vài ngày kể
từ khi lấy mẫu, thất thoát được coi như không đáng kể.
Để bảo quản mẫu dài hạn, người ta đã sử dụng một loại ống thủy tinh đặc biệt để chứa
“nước biển tiêu chuẩn” (Standard Seawater). Nước biển được chứa trong loại thủy tinh
cường lực này không thay đổi về thành phần, độ dẫn điện và khối lượng riêng trong vài
năm.
Quy trình bảo quản mẫu nước biển dài hạn sau đây đã được khuyến nghị bởi các nhà
nghiên cứu:
Thiết bị lấy mẫu nước biển sẽ tiến hành thu thập các mẫu nước biển (thể tích khoảng 5
L), chứa trong các bình polyetylen mật độ cao nguyên chất và gửi đến phịng thí nghiệm.
Lọc từng mẫu qua bộ lọc bằng thủy tinh có độ xốp thấp và niêm phong trong ống thủy tinh

đặc biệt. Mỗi ống có thể tích khoảng 300 mL. Bơm chân khơng điều chỉnh tốc độ lọc vào
khoảng 80% thể tích ống trong 30 giây. Những giọt nước biển còn đọng ở cổ ống được loại
bỏ bằng giấy lọc trước khi hơ nóng ống để niêm phong. Các ống chứa mẫu phải được bảo
quản trong bóng tối.

6


`

Thiết bị lọc và bảo quản mẫu

PHẦN II. PHÂN TÍCH MẪU
1. Phân tích anion Cl1.1 Giới thiệu chung
Nhóm tác giả sử dụng phương pháp Mohr (một trong những phương pháp chuẩn độ kết
tủa) để xác định hàm lượng ion Clo trong nước biển.
1.2 Nguyên tắc phương pháp
Sử dụng dung dịch AgNO3 làm thuốc thử kết tủa với ion Cl- trong dung dịch mẫu nước
biển tạo kết tủa trắng sữa. Ag+ có thể tạo kết tủa các Haloghen khác có trong dung dịch
nước biển, nhưng nồng độ các Halogen đó rất nhỏ so với Cl- khá nhỏ và xem như không
ảnh hưởng đến quá trình định lượng Cl-.
Ag+ + Cl- → AgCl↓ (trắng sữa)
Để xác định chính xác thời điểm các halogen bị kết tủa hết (còn gọi là thời điểm tương
đương), người ta sử dụng dung dịch Kali Cromat (K2CrO4) làm chỉ thị màu. Thêm vài giọt
chỉ thị màu vào mẫu nước rồi đem chuẩn độ thì kết tủa màu da cam (Ag2CrO4) sẽ được tạo
thành cùng với kết tủa trắng sữa. Nhưng do Ag2CrO4 kém bền vững nên nó lại bị phân ly
và các ion Bạc mới tái tạo này sẽ tiếp tục kết hợp với các halogen tự do của mẫu nước,
nghĩa là màu da cam lại biến mất. Màu da cam sẽ ổn định và không biến mất khi và chỉ khi
7

`

quá trình kết tủa các halogen thực sự kết thúc. Phản ứng thu gọn của quá trình hình thành
màu da cam như sau:
CrO42- + 2Ag+ ⇔ Ag2CrO4 ↓ (da cam)
Biết được thể tích dung dịch AgNO3 đã sử dụng để kết tủa với ion Cl- có trong lượng
mẫu nước biển, dễ dàng xác định được nồng độ ion Cl- có trong mẫu chuẩn.
1.3 Điều kiện chuẩn độ
Chuẩn độ trong môi trường có pH=6,5–10 (nếu dung dịch khơng có NH3) và pH=6.5-8
(nếu dung dịch có NH3) vì:
Nếu pH < 6.5 có phản ứng: 2CrO42- + 2H+ ⇔ 2HCrO4- ⇔ Cr2O72- + H2O
Nếu pH > 10 có phản ứng: 2Ag+ + 2OH- → 2AgOH ⇔ Ag2O↓ + H2O
Nếu có NH3 có phản ứng : AgCl + 2NH3 →[Ag(NH3)2]+ + ClChuẩn độ ở điều kiện thường vì Ag2CrO4 ↓ tan ở nhiệt độ cao.
Nước biển, trong đó có hồ tan nhiều axit yếu và các muối của nó, được xem là một
dung dịch đệm pH. Nước biển ở mọi vùng trên thế giới đều mang tính kiềm yếu, có pH khá
ổn định và thường chỉ biến đổi trong giới hạn rất hẹp (7,6-8,4) đáp ứng được điều kiện mơi
trường pH để có thể sử dụng phương pháp Mohr định lượng Cl-.
1.4 Điều kiện của chất chỉ thị
Để sai số không quá ± 0,1% phương pháp cần chuẩn độ trong điều kiện: Điểm kết thúc
phụ thuộc vào nồng độ của chỉ thị nên cần tính nồng độ K2CrO4 cần thiết cho vào.
Ở tại điểm tương đương nồng độ cần thiết của Ag+ kết tủa Cl- .
[Cl- ] = [Ag+ ] = √𝑇𝐴𝑔𝐶𝑙 =10-5
Vậy nồng độ cần thiết của Ag+ tạo kết tủa ion CrO42- là:
[𝐶𝑟𝑂4 2− ] =

𝑇𝐴𝑔2 𝐶𝑟𝑂4
[𝐴𝑔 +]2

10−12

= (10−5 )2 = 10−2

8


`

Như vậy nồng độ của chỉ thị trong khoảng từ 10-2 → 10-3, nếu đậm quá màu vàng của
ion cromat sẽ cản trở việc nhận ra màu đỏ gạch của kết tủa, khó xác định được điểm tương
đương.
1.5 Hóa chất và thiết bị
-

Dung dịch AgNO3 0,01M

-

Chất chỉ thị K2CrO4 5%: Với mục đích là chỉ thị màu cho thời điểm tương đương,

nồng độ dung dịch K2CrO4 không cần thiết phải có độ chính xác cao. Tuy vậy, chế phẩm
để pha chế dung dịch phải tinh khiết, khơng có lẫn tạp chất có thể tác dụng được với Bạc
Nitrat hoặc làm đổi màu hỗn hợp lúc chuẩn độ. Dùng cân kỹ thuật lấy 5 gam muối K2CrO4
sạch và hoà với 95 mL nước cất, ta có dung dịch Kali Crommat 5%.
-

Burret

-

Pipep 10 mL

-

3 bình Erlen 300 mL

-

Cốc chuẩn độ thể tích khoảng 300 mL, sử dụng loại cốc đốt bình thường

-

Ống nhỏ giọt (dùng cho dung dịch chất chỉ thị)

-

Các bình và chai lọ sẫm màu để chứa dung dịch Bạc Nitrat (thể tích từ 3L đến 5L),

nắp bằng cao su
1.6 Thực hiện phân tích mẫu
Tráng burret bằng dung dịch AgNO3 đã đạt yêu cầu, sau đó nạp dung dịch vào burret.
Tiến hành điều chỉnh burret sao cho đúng tiêu chuẩn để chuẩn độ (dung dịch tạo hình cầu
lõm úp xuống trên vạch số 0, trong burret khơng còn bọt khí)
Cân chính xác 15 mL của mẫu nước biển (mmẫu (g)) trong bình Erlen được đậy bằng
kính đồng hồ và chuyển định lượng vào bình chuẩn độ, bổ sung thêm 5 giọt dung dịch
K2CrO4 5% đã chuẩn bị vào lượng mẫu vừa lấy.
Mở van khóa của burret từ từ cho dung dịch AgNO3 chảy vào erlen và lắc đều. Thực
hiện quá trình này cho đến khi dung dịch bắt đầu từ màu trắng vàng sang màu đỏ bền trong
vài phút thì kết thúc.

9


`

Ghi lại thể tích AgNO3 đã dùng.
Tiếp tục làm lại thí nghiệm này 2, 3 lần, sau đó lấy nồng độ Cl- trung bình.
1.7 Tính tốn kết quả
CCl-=

𝐶𝐴𝑔+ .𝑉𝐴𝑔+

%Cl- =

(M)

15
(CCl− .MCl− .15.10−3 ).100
mmẫu

Cg/l = CCl-.MCl-

(g)
(g/l)

2. Phân tích cation K+
2.1 Giới thiệu chung
Một phương pháp dùng để phân tích kali cũng như hợp chất ít tan của nó – kali
tetraphenylborate là phương pháp phân tích khối lượng. Phương pháp này cũng được áp
dụng để khảo sát các nguyên tố có trong đại dương (xem bảng trên). Quy trình này được ưa

dùng hơn vì nó có độ chính xác cao và sử dụng ít thiết bị cần cho việc phân tích. Về cơ bản,
phương pháp này được phát triển bởi Wittig (1950), Raff và Brotz (1951).

Công thức cấu tạo của tetraphenylborate
2.2 Nguyên tắc phương pháp
Natri tetraphenylborate (Kalignost) phản ứng với kali theo phương trình

10


`

[B(C6H5)4]- + K+ → K[B(C6H5)4] ↓
Độ tan của kết tủa thấp nhất trong khoảng pH từ 4 đến 6. Tích số tan của kết tủa này
khoảng 2,3.10-8 (ở 200C). Nếu còn dư một lượng nhỏ chất tạo kết tủa (natri
tetraphenylborate) trong dung dịch, ta có thể coi độ tan của kết tủa là không đáng kể. Các
kết tủa của ion canxi và magie có thể dẫn đến sai số lớn khi chúng kết tủa đầu tiên. Tuy
nhiên, ta có thể làm giảm thiểu sai số này trong dung dịch acid acetic bởi kết tủa cacbonat
của chúng tan trong acid acetic, cịn kali tetraphenylborat thì khơng. K[B(C 6H5)4] là tinh
thể và bị phân hủy khi đun nóng với nhiệt độ trên 1000C. Các cation khác có thể tạo kết tủa
bền với gốc tetraphenylborate trong điều kiện này là rubidi, xesi, amoni, thủy ngân, thali(I)
và bạc. Tuy vậy, trong nước biển tự nhiên, nồng độ của các ion này rất thấp nên ta có thể
bỏ qua chúng.
2.3 Hóa chất và thiết bị
-

Natri tetraphenylborate (Kalignost), Na[B(C6H5)4]: hòa tan 34,2 g trong khoảng 900

mL nước cất và thêm 5 g nhôm oxit (Al2O3, a.g.) để giảm độ đục. Lắc trong 5 phút và pha
loãng bằng nước cất đến 1000 mL. Sau đó đem lọc qua bộ lọc dày. Dung dịch trong suốt

này bền trong khoảng 2 tuần. Nếu dung dịch được bảo quản trong vật chứa bằng thủy tinh,
nó có thể bị đục do giải phóng kali từ các tường kính. Trong trường hợp này, dung dịch cần
được lọc trước khi sử dụng.
-

Dung dịch Kalignost pha lỗng: hịa tan 50 mg Kalignost, Na[B(C6H5)4], trong 500

mL nước cất, sau đó thêm 0,5 – 1 g Al2O3, lắc và lọc như hướng dẫn 1
-

Natri cacbonat, Na2CO3 (a.g.), 5% (KL/TT)

-

Acid acetic khan, CH3COOH (a.g.)

-

Acetone, CH3COCH3 (a.g.)

-

Becher 250 mL, có nắp đậy thủy tinh

-

Bộ lọc bằng thủy tinh: G4, loại có độ xốp 10 – 16 µm

-

Lị sấy khơ

-

Bình hút ẩm

11


`

2.4 Thực hiện phân tích mẫu
Cho khoảng 100 mL mẫu nước biển vào becher 250 mL có nắp đậy bằng thủy tinh và
khuấy. Trong khi khuấy, thêm 10 mL dung dịch Na2CO3 (5%), thêm tiếp 10 mL dung dịch
Kalignost (1). Cẩn thận thêm khoảng 1 mL acid acetic khan có pH khoảng 4 – 6 (kiểm tra
bằng giấy đo pH). Cẩn thận bảo quản dung dịch vì các thơng số của dung dịch có thể thay
đổi do hiện tượng “CO2 – splashes”. Chờ trong 10 phút, thỉnh thoảng khuấy đều dung dịch.
Kết tủa thu được trên bộ lọc thủy tinh được nung ở nhiệt độ 1200C (trong 2 giờ) trong
lò sấy khô và đem cân. Rửa sạch kết tủa nhiều lần với dung dịch Kalignost pha loãng (2)
(lượng dùng để rửa tổng cộng khoảng 15 – 20 mL), sau đó rửa tiếp với 3 – 6 mL nước cất.
Cuối cùng, sấy kết tủa trong lò sấy ở nhiệt độ tối đa 1000C trong 2 – 3 giờ. Sau khi làm
nguội bình hút ẩm, cân lại bộ lọc thủy tinh.
Lưu ý: Cách làm sạch bộ lọc thủy tinh tốt nhất là rửa bằng nước cất và khoảng 5 mL
aceton để hòa tan lượng kết tủa còn dư.
2.5 Tính tốn kết quả
Nồng độ kali được tính theo cơng thức:
a . F .1000
w
K (g/kg) =

(1)

Trong đó
a: khối lượng kết tủa (g)
w: khối lượng mẫu nước biển (g)
F: hệ số chuyển đổi K/ K[B(C6H5)4] (0,1091)
Ta có tỉ lệ khối lượng số gam K+ trong 1 kg mẫu nước biển đặt là 𝑥 theo công thức (1)
⇒ 𝐶% =

𝑥.100
1000
𝑎.𝐹

⇒ 𝐶𝑔/𝐿 = 𝑉

𝑚ẫ𝑢

𝑥

= 10
. 1000 trong đó 𝑉𝑚ẫ𝑢 là thể tích mẫu đã sử dụng (mL)

12


`

2.6 Độ chính xác
Phương pháp này cho phép ta xác định rất chính xác nồng độ kali thấp (chủ yếu là do
khối lượng phân tử của kết tủa khá lớn so với khối lượng phân tử kali) có trong mẫu. Hơn

100 khảo sát về biển Baltic gần đây đã cho ta thấy nồng độ kali trung bình vào khoảng
0,26%.
2.7 Chuẩn độ điện thế
Ngồi quy trình trên, Marquis và Lebel (1981) đã kết tủa hết các ion halogen có trong
mẫu bằng dung dịch AgNO3. Sau đó kali cũng được kết tủa bằng natri tetraphenylborate.
Lượng dư tetraphenylborate còn lại được chuẩn độ bằng dung dịch AgNO3, sử dụng điện
cực bằng bạc để xác định điểm cuối. Phương pháp này được áp dụng khi mẫu nước biển
nhỏ (khoảng 1 mL) cũng như nước xen kẽ, với độ chính xác tốt hơn 1%. Quy trình này giúp
rút ngắn giai đoạn lọc và sấy khơ nhưng độ chính xác thấp hơn một ít so với phương pháp
phân tích khối lượng.
3. Phân tích cation Mg2+
3.1 Giới thiệu chung
Phương pháp được mô tả dựa trên sự khác biệt giữa các phép đo của tổng kiềm thổ bằng
cách chuẩn độ phức chất với EDTA (ethylenediamine-N, N, N’, N’-tetraacetic acid) và
phép đo chọn lọc Canxi. Chuẩn độ EDTA đồng thời của Canxi, Stronti và Magie bằng chỉ
thị Erio T đen (EBT) làm chỉ số và được áp dụng lần đầu cho việc phân tích nước biển bởi
Voipio (1959) và Pate và Robinson (1961). Để hạn chế các sai số chủ quan trong việc xác
định điểm cuối, Culkin và Cox (1966) đã sử dụng phương pháp phát hiện điểm cuối bằng
trắc quang.
3.2 Nguyên tắc phương pháp
Đối với tài liệu tham khảo chung về chuẩn độ phức chất với acid aminopolycarboxylic.
Chelate được tạo thành bởi Canxi, Stronti và Magiê với EDTA rất ổn định, với hằng số ổn
định logarit lần lượt là 10,70, 8,63 và 8,69 (ở 20°C và cường độ ion là 0,1). Chỉ thị
metallochromic EBT được sử dụng để phát hiện điểm cuối. Hợp chất này là một dẫn xuất
13


`

o, o’-dihydroxy-azonaphtalene, có màu xanh lam trong phạm vi pH 7-11 và chuyển sang

màu đỏ tươi sau khi thêm các cation đa hóa trị như kiềm thổ. Mặc dù màu sắc của phức hợp
Magie-EBT (tỷ lệ 1:1), ổn định hơn phức Canxi-EBT (logK của Mg và Ca ở pH 10 là 5,4
và 3,8), thay đổi khá đột ngột ở điểm cuối, để đảm bảo thu được độ chính xác cao hơn ta
có thể sử dụng phương pháp chuẩn độ trắc quang ở bước sóng 640 nm. Điều quan trọng,
như đã được chứng minh bởi Carpenter và Manella (1973), rằng dung dịch EDTA được sử
dụng để chuẩn độ tổng nồng độ kim loại kiềm thổ được chuẩn hóa dựa trên dung dịch muối
Magie. Nếu dung dịch Canxi được áp dụng thay thế thì điểm cuối trắc quang như được sử
dụng bởi Culkin và Cox (1966) được tính là vượt quá điểm tương đương của phép chuẩn
độ khoảng 1%. Rất có thể lỗi này cũng là một lý do chính dẫn đến sự khác biệt về tỷ lệ
Mg/Cl của các bộ dữ liệu nước đại dương (Millero và Sohn, 1992).
3.3 Hoá chất và thiết bị
-

Dung dịch EDTA: C10H14N2Na2O8.2H2O, 0,025 mol/L đối với mẫu có S<20. Hòa

tan 18,61 g ethylendiaminetetraacetate (muối dinatri, được khử nước, loại thuốc thử phân
tích) được làm khơ ở 50°C trong 1 giờ) trong nước cất và pha loãng đến 2000 mL. Xác định
độ chuẩn chính xác bằng cách chuẩn hóa với dung dịch tiêu chuẩn Magie
-

Dung dịch đệm: Hòa tan 36g amoni clorua, N & Cl, trong 300 mL dung dịch amoniac

đậm đặc, NaOH (d = 0,91 g/mL) và pha loãng thành 500 mL
-

Dung dịch chỉ thị EBT: Hòa tan 0,2g EBT (3-hydroxy-4 -[(l-hydroxy-2-naphthyl)

azo] -7-nitro-1-naphtalen-sulphonic axit, muối natri) trong 100 mL methanol. Lọc dung
dịch và bảo quản trong khoảng từ 0 đến 5°C
-

Dung dịch chuẩn Magie, 0,025 mol/L: Hịa tan chính xác 0,6076 g tinh thể Magie

chuẩn hóa quang phổ (Mg) trong vài mL axit clohydric loãng (HCl) và pha loãng thành
1000 mL bằng nước cất
-

Máy chuẩn độ quang phổ

14


`

-

Buret chính xác: Ví dụ, một buret pittơng Metrohm, được hiệu chuẩn trong các phần

nhỏ 0,005 mL, chỉ cần thiết nếu đường cong chuẩn độ được thực hiện theo quy trình thơng
thường
3.4 Chuẩn hố dung dịch EDTA
Để chuẩn hóa dung dịch EDTA, chuyển 20,00 mL dung dịch magie chuẩn vào cuvet
chuẩn độ, thêm 5 mL dung dịch đệm, 1 mL chất chỉ thị EBT, pha loãng thành 350 mL và
chuẩn độ bằng EDTA.
M Mg .a
b

= M EDTA

Trong đó:

MMg : nồng độ mol của dung dịch chuẩn Magie
a: mL dung dịch tiêu chuẩn Magie đã sử dụng
b: mL dung dịch EDTA
MEDTA: nồng độ mol của dung dịch EDTA
3.5 Thực hiện phân tích mẫu
Cân chính xác l0 mL của mẫu nước biển trong bình Erlen được đậy bằng kính đồng hồ
và chuyển định lượng vào bình chuẩn độ. Thêm 5 mL dung dịch đệm, 1 mL chỉ thị EBT và
pha loãng bằng nước cất thành 350 mL. Khi áp dụng phương pháp đo quang phổ thơng
thường tiến hành như sau. Đặt bình chuẩn độ trong ngăn chứa tế bào và đậy nó bằng nắp
cách nhiệt có chứa que khuấy và đầu buret. Rút đầu mao quản của buret ra đủ chiều dài sao
cho đầu này luôn ở dưới bề mặt dung dịch trong bình chuẩn độ.
Khuấy mạnh và điều chỉnh khe của máy quang phổ để thiết bị đọc được độ hấp thụ bằng
khơng ở bước sóng 640 nm. Thêm dung dịch EDTA liên tục cho đến khi xuất hiện sự thay
đổi màu mờ nhạt đầu tiên. Khi đến gần điểm cuối, thêm các lượng 0,005 mL, chờ cân bằng
và ghi lại độ hấp thụ.

15


`

Vẽ đồ thị độ hấp thụ so với mL EDTA thêm vào và xác định thể tích EDTA cần thiết
để đạt được điểm cuối từ đường cong chuẩn độ thu được. Giao điểm của các đoạn thẳng là
điểm cuối.

Hình 5: Đường cong chuẩn độ quang phổ của Mg + Ca + Sr với EDTA ở pH 10 sử
dụng Erio T đen làm chất chỉ thị (ở 640 nm)
3.6 Tính tốn kết quả
Tính tổng lượng Canxi, Stronti và Magie (theo mol/kg) bằng cách sử dụng mối quan hệ
mol/kg (Ca + Sr + Mg) =

a
.2,5.10 −2 (1)
w

Trong đó:
a: mL dung dịch EDTA đã sử dụng
16


`

w: khối lượng mẫu nước biển (g); có hiệu chỉnh bề nổi
Giá trị 2,5.10-2 được tính từ các biểu thức:
1ml 0,025 mol/L dung dịch EDTA = 2,5.10-2 mol (Ca + Sr + Mg) (2)
Trừ nồng độ Canxi (tính bằng mol/kg), được xác định bằng phương pháp chuẩn độ
EGTA, từ kết quả của phương trình (l), với
1 mol Ca = 40,08 g Ca

(3)

Cuối cùng, trừ đi nồng độ Stronti được tính từ mối quan hệ
Sr (mol/kg) = 0,47.10-5 Cl

(4)

Vì nồng độ của Stronti khá nhỏ, ta có thể bỏ qua và tính nồng độ Molan C m của Mg
bằng cách trừ đi nồng độ Canxi đã được tính trước đó. Ta có cơng thức:
Cm =

𝑛𝑀𝑔

C% =
Cg/L =

𝑞

𝐶 .𝑞

𝑚
. 1000 ⇒ 𝑛𝑀𝑔 = 1000
trong đó q là khối lượng dung mơi (g)

𝑛𝑀𝑔 .𝑀𝑀𝑔
𝑤
𝑛𝑀𝑔 .𝑀𝑀𝑔
𝑉𝑚ẫ𝑢

. 100
. 1000

𝑉𝑚ẫ𝑢 là thể tích mẫu đã sử dụng (mL)

3.7 Độ chính xác
Độ lệch chuẩn tương đối đối với các phép đo tổng lượng kiềm thổ trong nước biển được
tính tốn là nhỏ hơn 0,1% (Pate và Robinson, 1961; Culkin và Cox, 1966). Trong trường
hợp áp dụng hệ thống tự chuẩn độ, tác giả nhận thấy hệ số biến thiên so sánh (c.v.) là 0,15%.
Tuy nhiên, đối với nước có độ mặn thấp hơn với hàm lượng Magie trung bình là 0,205g/kg,
c.v. chỉ 0,65% được tác giả đo lường. Mặc dù việc xác định nồng độ Magie dựa trên sự
khác biệt giữa các lần chuẩn độ, nhưng có thể bỏ qua các sai số do phép đo Canxi và Stronti

gây ra khi sử dụng quy trình phân tích mơ tả trong phần tính tốn nồng độ Ca2+.
3.8 Phương pháp tách ion Magie
Để tách Magie khỏi nước biển để chuẩn độ quang phổ riêng lẻ tiếp theo, Greenhalgh và
cộng sự (1966) đã phát triển một sơ đồ trao đổi cation bằng cách sử dụng nhựa Amberlite
17


`

CG 120. Khối lượng mẫu yêu cầu tương đương với khoảng 30 mL nước biển có độ mặn
của ca. 35; tốc độ dòng chảy thích hợp là khoảng 20 mL/h. Sau Natri và Kali, Magie sau
đó được rửa giải bằng 450 mL dung dịch amoni clorua 0,35 mol/L và được chuẩn độ bằng
cách sử dụng Erio T đen làm chất chỉ thị và EDTA làm chất chuẩn độ. Tuy nhiên, q trình
chuẩn hóa phức chất (được thực hiện với kim loại Magie) nên được sửa đổi một chút so với
quy trình ban đầu để đảm bảo rằng nồng độ của amoni clorua trong dung dịch magie chuẩn
giống như trong dung dịch rửa giải từ cột trao đổi ion (Carpenter và Munella, 1973).
Phương pháp trao đổi ion có khả năng tái lập cao với c.v. là 0,03% nhưng khá tốn thời gian.
4. Phân tích cation Ca2+
4.1 Giới thiệu chung
Phương pháp chuẩn độ phức bằng ethylenedioxy-bis-(ethylenenitri1o)tetraacetic acid
(EGTA) đã được sử dụng để xác định trực tiếp hàm lượng Ca2+ từ nhiều năm trước. Dựa
vào phương pháp này, Tsunogai và cộng sự đã phát triển nên một quy trình chuẩn độ vơ
cùng đơn giản và chính xác bằng cách sử dụng glyoxal-bis(2-hydroxyanil) (GBHA) như
một chất chỉ thị kim loại.

Công thức cấu tạo của EGTA

Công thức cấu tạo của GBHA

4.2 Nguyên tắc phương pháp

Các amino polycarboxylic acid mang nhóm đặc trưng –N(CH2COOH)2 hình thành các
chelate (phức chất vòng càng giữa các hợp chất hữu cơ dẫn xuất từ amino polycacboxylic
axit với các ion kim loại) với nhiều cation đa hóa trị. Do đó những nguyên tố như canxi,
stronti, magie được xác định bằng cách chuẩn độ với dung dịch của một chất tạo chelate.

18


`

Phức chất đặc biệt của EGTA được phát triển bởi Schwarzenbach cùng cộng sự (1957)
cho thấy hằng số bền của phức chất canxi lớn hơn rất nhiều so với phức chất magie
(logKCa=11,0, logKMg=5,2). Do đó, ta được phép chuẩn độ trực tiếp canxi dù trong dung
dịch hiện diện một lượng lớn magie. Tuy nhiên, khi nồng độ magie > 27 mmol/L, giá trị
canxi thu được thay đổi nhẹ (khoảng 0,2%). Stronti phải được hiệu chỉnh để chuẩn độ riêng.
4.3 Hóa chất và thiết bị
-

Dung dịch EGTA gốc: muối Na của C14H24N2O10, 0,1 mol/L. Hòa tan 38,0 g

ethylenedioxy-bis-(ethylenenitri1o)tetraacetic acid trong 300 mL dung dịch natri hydroxid
NaOH rồi pha loãng tới 1000 mL
-

Dung dịch EGTA làm việc: 0,01 mol/L (hoặc 0,005 mol/L với mẫu có độ mặn <20)

-

Dung dịch đệm borate: hịa tan 10 g natri tetraborate (a.g.) Na2B4O7.10H2O và 30 g

natri hydroxid (a.g.) vào nước cất rồi pha loãng tới 500 mL
-

Dung dịch chỉ thị GBHA: glyoxal-bis(2-hydroxyanil), C14H12N2O2, 0,05% trong n-

propanol
-

n-Butyl ancol: 1-Butanol (a.g)

-

Dung dịch chuẩn canxi, 0,0103 mol/L Ca2+: hòa tan chính xác 1,0309 g canxi

cacbonat (CaCO3) trong vài mL dung dịch acid clohydric (HCl). Thêm 13,670 g magie
nitrat (Mg(NO3)2.6H2O), 0,0240 g stronti clorua (a.g, SrCl2.6H2O) và 27,400 g natri clorua
rồi pha loãng tới 1000 mL. Nồng độ dung dịch tương ứng với độ mặn khoảng 35.0.
-

Buret có độ chia nhỏ nhất là 0,005 mL

-

Erlen 100 mL

-

Máy khuấy từ

4.4 Chuẩn hóa dung dịch EGTA

Trong khi stronti và magie có mặt với tỷ lệ tương tự như nước biển, giá trị của canxi lại
tăng khoảng 0,54%. Do đó, ta phải được điều chỉnh sự nhiễu này bằng cách nhân giá trị
EGTA với hệ số 0,9946, hoặc EGTA phải được chuẩn hóa bằng dung dịch chuẩn canxi có
chứa stronti, magie và canxi với cùng tỷ lệ như trong các mẫu nước biển. Trong trường hợp
này, phương pháp chuẩn hóa thực nghiệm được ưu tiên hơn.
19


`

Cho 10,00 mL dung dịch canxi chuẩn 0,0103 mol/L vào erlen 100 mL có chứa EGTA
rồi chuẩn độ.
M Ca .a
= M EGTA
b

trong đó:
MCa: nồng độ mol của dung dịch canxi chuẩn
a: số mL dung dịch canxi chuẩn đã dùng
b: số mL dung dịch EGTA cần
MEGTA: nồng độ mol của dung dịch EGTA
4.5 Thực hiện phân tích mẫu
Cho 10 mL mẫu vào becher 100 mL có nắp đậy thủy tinh rồi đem cân cẩn thận. Cho
95% dung dịch EGTA chuẩn cần dùng cho điểm cuối (được tính gần đúng từ độ mặn của
mẫu; xem bảng).

Nồng độ (concentration) và thành phần tương đối của các ion chính trong nước biển có
độ mặn S = 35.000, pH = 8.1 và t = 250C (tổng hợp từ Culkin và Cox, 1966; Morris và
Riley, 1966; Riley và Tongudai, 1967; Carpenter và Manella, 1973; và Millero, 1982).
Khuấy dung dịch bằng máy khuấy từ, thêm vào 4 mL dung dịch GBHA 0,05% và 4 mL

dung dịch đệm. Khuấy tiếp 3 phút để tạo thành phức canxi-GHBA, sau đó thêm 7 mL n20