Khóa luận Xác định tổng hàm lượng sắt trong một số mẫu nước sinh hoạt ở thành phố Hồ Chí Minh

2Fe + 6H2SO4 (đặc)  0t Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O Fe + 6HNO3 (đặc)  0t Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O + Tác dụng với nước: Sắt không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường, nhưng ở nhiệt độ hơi cao thì khử được nước. 3Fe + 4H2O    Ct 00 570 Fe3O4 + 4H2 Fe + H2O    Ct 00 570 FeO + H2 Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 12 Do đó sắt bị không khí ăn mòn tạo thành lớp rỉ xốp Fe2O3.nH2O; nhất là khi chứa tạp chất. 2Fe + 2 3 O2 + nH2O  Fe2O3.nH2O + Với muối kim loại kém hoạt động, Fe đẩy được kim loại ra khỏi muối. Fe + CuSO4  Cu + FeSO4 I.2.1.3. Trạng thái tự nhiên: Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong tự nhiên, đứng thứ tư về hàm lượng trong vỏ Trái Đất sau oxi, silic, nhôm. Những khoáng vật quan trọng của sắt là quặng manhetit (Fe3O4), quặng hematit đỏ (Fe2O3), quặng hemantit nâu (Fe2O3.nH2O), quặng pyrit (FeS2), quặng xiderit (FeCO3). Có rất nhiều mỏ quặng sắt và sắt nằm dưới dạng khoáng chất với nhôm, titan, mangan…; sắt còn có trong nước thiên nhiên. I.2.2. Các hợp chất của sắt: I.2.2.1. Hợp chất của Fe(II): a. Sắt (II) oxit: FeO FeO là chất bột màu đen, không tan trong nước, không có trong tự nhiên. FeO tác dụng với các axit như HCl, H2SO4 loãng tạo thành muối sắt (II). FeO + 2HCl  FeCl2 + H2O FeO dễ bị khử về kim loại khi đun nóng với các chất khử: H2, CO,… FeO + H2  0t Fe + H2O FeO + CO  0t Fe + CO2 Điều chế: FeO được điều chế bằng cách nhiệt phân các muối carbonat, oxalat hay nhiệt phân hydroxyt trong môi trường không có oxi. FeC2O4  0t FeO + CO2 + CO Fe(OH)2   C0500 FeO + H2O b. Sắt (II) hydroxyt: Fe(OH)2 Fe(OH)2 có màu trắng, không tan trong nước, trong không khí Fe(OH)2 nhanh chóng biến thành Fe(OH)3 có màu nâu đỏ. 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3 Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 13 Fe(OH)2 dễ tan trong axit thể hiện tính bazơ. Fe(OH)2 + 2HCl  FeCl2 + 2H2O Điều chế: cho dung dịch muối Fe(II) tác dụng với dung dịch kiềm. Fe(NO3)2 + 2NaOH  Fe(OH)2 + 2NaNO3 c. Muối sắt (II): Muối sắt (II) kém bền với oxi không khí, dễ tan trong nước. Muối khan có màu khác với muối ở dạng tinh thể hidrat. Ví dụ: FeCl2 có màu trắng, FeCl2.6H2O có màu lục nhạt. Trong môi trường axit, Fe(II) có tính khử: Fe(II) dễ bị oxi hóa về Fe(III) bởi oxi không khí, Cl2, KMnO4. 5Fe2+ + MnO4− + 8H+  5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O Điều chế: cho Fe (hoặc FeO, Fe(OH)2) tác dụng với axit HCl hoặc H2SO4 loãng. Dung dịch muối sắt (II) điều chế được cần dùng ngay vì trong không khí sẽ chuyển dần thành muối sắt (III). Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 FeO + H2SO4  FeSO4 + H2O d. Phức chất sắt (II): Sắt (II) tạo nên nhiều phức chất, đa số có cấu trúc bát diện, số phối trí 6. Muối sắt (II) khan kết hợp với khí NH3 tạo nên muối phức amoniacat chứa ion bát diện [Fe(NH3)6]2+. Amoniacat sắt (II) kém bền, chỉ tồn tại ở trạng thái rắn hay trong dung dịch bão hòa amoniac, trong nước bị phân hủy tạo thành hydroxyt. [Fe(NH3)6]Cl2 + 2H2O Fe(OH)2 + 2NH4Cl + 4NH3 Muối sắt (II) tác dụng với dung dịch xianua kim loại kiềm, ban đầu tạo nên kết tủa Fe(CN)2 màu nâu – vàng, sau đó kết tủa tan trong xianua dư tạo nên những ion phức bát diện [Fe(CN)6]4− màu vàng. Ion [Fe(CN)6]4− là phức bền nhất của sắt (II). Kali feroxianua K4[Fe(CN)6].3H2O là chất dạng tinh thể đơn tà, có màu vàng, vị mặn và đắng, dễ tan trong nước và axeton nhưng không tan trong rượu. Anion phức [Fe(CN)6]4− phân li rất kém trong dung dịch (β1,6 = 1024). Trong hóa học phân tích người ta dùng K4[Fe(CN)6] để nhận biết ion Fe3+. Fe3+ + K+ + [Fe(CN)6]4−  KFe[Fe(CN)6] Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 14 Điều chế: trong phòng thí nghiệm điều chế kali feroxianua từ FeSO4 và KCN. FeSO4 + 2KCN  Fe(CN)2 + K2SO4 Fe(CN)2 + 4KCN  K4[Fe(CN)6] I.2.2.2. Hợp chất của sắt (III): a. Sắt (III) oxyt: Fe2O3 Fe2O3 là chất bột có màu có màu nâu đỏ, không tan trong nước. Fe2O3 có tính lưỡng tính nhưng tính bazơ trội hơn. Ở nhiệt độ cao, Fe2O3 bị CO hoặc H2 khử thành Fe. Fe2O3 + 3H2  0t 2Fe + 3H2O Fe2O3 có thể tan trong kiềm nóng chảy tạo nên ferit (FeO2−). Fe2O3 + 2NaOH  0t 2NaFeO2 + H2O Điều chế: phân hủy Fe(OH)3 ở nhiệt độ cao. 2Fe(OH)3  0t Fe2O3 + 3H2O b. Sắt (III) hydroxyt: Fe(OH)3 Sắt (III) hydroxyt là chất rắn màu nâu đỏ, không tan trong nước. Fe(OH)3 dễ tan trong dung dịch axit tạo thành dung dịch muối sắt (III). 2Fe(OH)3 + 3H2SO4  Fe2(SO4)3 + 6H2O Khi đun nóng đến 500 – 7000C, Fe(OH)3 sẽ bị mất nước hoàn toàn biến thành Fe2O3. 2Fe(OH)3  0t Fe2O3 + 3H2O Fe(OH)3 tan nhiều trong kiềm nóng chảy tạo thành ferit (MFeO2: M ≡ Li+, Na+, K+; M’(FeO2)2: M’≡ Mn2+, Co2+, Ni2+, Cd2+); các ferit này thủy phân mạnh trong dung dịch. Điều chế: cho dung dịch kiềm tác dụng với dung dịch muối sắt (III). FeCl3 + 3NaOH  Fe(OH)3 + 3NaCl c. Muối sắt (III): Đa số muối sắt (III) dễ tan trong nước cho dung dịch chứa ion bát diện [Fe(H2O)6]3+ màu tím nhạt. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 15 Khi kết tinh từ dung dịch, muối sắt (III) thường ở dạng tinh thể hidrat. Ví dụ: FeCl3.6H2O có màu nâu vàng; Fe(NO3)3.9H2O có màu tím. Các muối sắt (III) trong dung dịch có tính oxi hóa, chúng dễ bị khử bởi nhiều chất khử: I−, S2−… 2Fe3+ + 2I−  2Fe2+ + I2 d. Phức chất sắt (III): Sắt (III) tạo nên nhiều phức chất, đa số các phức chất đó có cấu trúc hình bát diện như M3[FeF6]; M3[Fe(SCN)6]; M3[Fe(CN)6] và một số rất ít có cấu hình tứ diện như M[FeCl4]. Amoniacat sắt (III) tạo nên khi muối sắt (III) khan tác dụng với NH3. Những hợp chất này kém bền hơn amoniacat sắt (II), chúng phân hủy hoàn toàn trong nước cho nên khi tác dụng với dung dịch amoniac, muối sắt (III) luôn tạo kết tủa Fe(OH)3. Sắt (III) trong dung dịch tác dụng với ion thioxianat SCN− tạo một số phức chất thioxianato màu đỏ đậm. Kali ferixianua K3[Fe(CN)6] là một thuốc thử thông dụng trong phòng thí nghiệm và là một trong những phức chất bền nhất của sắt (III), anion [Fe(CN)6]3− phân li rất kém trong nước (β1,6 = 1031). [Fe(CN)6]3− + e = [Fe(CN)6]4− E0 = 0,36V. Kali ferixianua có tính oxi hóa mạnh. Khi đun nóng trong dung dịch kiềm, nó chuyển thành feroxianua. 4K3[Fe(CN)6] + 4KOH(đặc) = 4K4[Fe(CN)6] + 2H2O + O2 Anion [Fe(CN)6]3− tạo nên nhiều cation kim loại những muối có màu và ít tan. Đặc trưng nhất là phản ứng dùng để nhận biết ion Fe2+ trong dung dịch. Fe2+ + K+ + [Fe(CN)6]  KFe[Fe(CN)6] Điều chế: dùng khí clo oxi hóa K4[Fe(CN)6] trong môi trường axit clohiđric. 2K4[Fe(CN)6] + Cl2  2K3[Fe(CN)6] + 2KCl I.2.3. Vai trò của sắt [7], [14]: I.2.3.1. Đối với cơ thể con người: Sắt là một nguyên tố vi lượng dinh dưỡng rất quan trọng cho cơ thể con người và động vật. Sắt là nguyên liệu để tổng hợp nên hemoglobin, chất có mặt Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 16 trong tế bào hồng cầu và làm cho hồng cầu có màu đỏ, có vai trò vận chuyển oxy trong máu đến với các mô trong cơ thể. Sắt cũng có vai trò trong quá trình giải phóng năng lượng khi oxy hóa các chất dinh dưỡng. Cơ thể bị thiếu máu do thiếu hụt sắt, con người cảm thấy mệt mỏi, đau đầu, mất ngủ, làm giảm nhịp độ phát triển và trí thông minh của trẻ em. Bệnh thiếu máu do hemoglobin kết hợp với NO2− chuyển hóa thành methmoglobinamin là chất ngăn cản việc liên kết và vận chuyển oxygen. Nếu trong cơ thể chứa nhiều sắt, chúng gây ảnh hưởng đến tim, gan, khớp và các cơ quan khác, triệu chứng biểu hiện việc thừa sắt là: tư tưởng phân tán, mệt mỏi, bệnh về tim mạch. Nhu cầu tối thiểu về sắt hằng ngày tùy thuộc vào tuổi, giới tính, thể chất và dao động trong khoảng: - Đối với trẻ con bú sữa mẹ từ 3 – 12 tháng cần được cung cấp 7mg – 9mg/ngày. - Thanh niên cần 10mg/ngày. - Phụ nữ (từ lúc trưởng thành đến lúc mãn kinh) cần 16mg – 18mg/ngày. - Phụ nữ sau mãn kinh cần 10mg/ngày. - Phụ nữ có thai cần 19mg – 21mg/ngày. - Phụ nữ nuôi con bú cần 13mg/ngày. Các nguồn chính để cơ thể bổ sung chất sắt là các loại thịt, cá, đậu… I.2.3.2. Đối với cây trồng và chăn nuôi: Sắt có vai trò quan trọng trong đời sống của cây, thiếu sắt cây vàng úa, làm giảm khả năng hút kali, cây kém phát triển; nguyên nhân là do sắt có trong thành phần của nhiều loại enzim. Sắt có vai trò quan trọng trong việc hoạt hóa các enzim của quá trình quang hợp và hô hấp. Nó không tham gia vào thành phần diệp lục nhưng có ảnh hưởng quyết định tới sự tổng hợp diệp lục trong cây. Triệu chứng thiếu sắt xuất hiện trước hết ở các lá non, sau đó đến lá già vì sắt không di động từ lá già về lá non. Thiếu sắt gây ảnh hưởng rất lớn đến năng suất cây trồng. Sắt tham gia vào việc tạo nên cơ, da và lông trên cơ thể vật nuôi. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 17 I.2.3.3. Đối với công nghiệp: Sắt là một nguyên tố có vai trò quan trọng trong cuộc sống và là kim loại được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lượng kim loại sản xuất trên toàn thế giới. Hầu hết các ngành kỹ thuật hiện đại đều có liên quan tới việc sử dụng sắt và hợp kim của sắt. Các hợp kim của sắt đóng vai trò chủ chốt trong các lĩnh vực: xây dựng, giao thông vận tải, quốc phòng, chế tạo máy, dụng cụ sản xuất và đồ dùng hàng ngày… Sắt oxit là hợp chất tạo màu đầu tiên được sử dụng trong mỹ phẩm. Có ba loại oxit sắt cơ bản là: oxit sắt đen, vàng, đỏ. Về mặt hóa học, oxit sắt đen là hỗn hợp của Fe(II) và Fe(III) (Fe3O4); oxit sắt vàng là sắt (III) oxit hydrat (Fe2O3.H2O); còn oxit sắt đỏ là sắt (III) oxit (Fe2O3) chất gỉ đỏ quen thuộc. Đáng chú ý nhất là, gần như bất kì một màu sắc nào của da đều có thể được tạo ra bởi sự kết hợp của các loại khoáng trên với nhau. Ví dụ: chúng được sử dụng trong kem nền có màu và phấn thoa mặt. Fe2O3, Fe3O4 được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. - Oxit sắt đỏ: được sử dụng rộng rãi trong sơn màu, vật liệu xây dựng, gốm, men các loại, các sản phẩm văn hóa giáo dục, kính quang học, hợp kim thép cao cấp. - Oxit sắt vàng: được sử dụng cho chất tạo màu sơn, ngành nhựa, mực in, sử dụng trong ngành giấy và cao su công nghiệp. - Oxit sắt đen: được sử dụng rộng rãi trong sơn dầu, vật liệu xây dựng, ứng dụng trong công nghiệp điện tử và truyền thông. Các muối ferit của kim loại hóa trị hai dùng trong kĩ thuật máy tính. FeSO4 được dùng trong việc sản xuất mực viết, trong sơn vô cơ, trong nhuộm vải và được dùng để tẩy gỉ kim loại. Trong công nghệ chế biến thực phẩm, sắt là nguyên tố vi lượng không mong muốn do xúc tác các phản ứng oxi hóa chất béo, làm đục nước quả và rượu vang, làm tăng sự phát triển của vi khuẩn trong nước uống tinh khiết. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 18 I.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮT [2], [4], [9], [10], [17], [18], [19]: I.3.1. Phương pháp phân tích định tính sắt (III): I.3.1.1. Phản ứng với K4[Fe(CN)6]: Kali feroxianua tác dụng được với Fe(III) tạo thành một kết tủa vô định hình màu xanh rất đặc trưng (thường gọi là xanh phổ). 4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4−  0t Fe4[Fe(CN)6]3 I.3.1.2. Phản ứng với thioxianat: Oxi hóa Fe(II) về Fe(III) trong môi trường axit mạnh (pH = 2). Fe(III) tạo được phức chất màu đỏ máu với SCN− có thành phần thay đổi từ [FeSCN]2+ đến [Fe(SCN)6]3−. I.3.2. Phương pháp phân tích định lượng sắt (III): I.3.2.1. Phương pháp phân tích hóa học: a. Phương pháp phân tích khối lượng: Nguyên tắc chung: Để xác định khối lượng cấu tử theo phương pháp phân tích khối lượng là tách chất đó ra dưới dạng nguyên chất hay dưới dạng một hợp chất xác định, bằng cách cân để suy ra hàm lượng chất cần xác định có trong đối tượng phân tích. Phương pháp phân tích: Xác định hàm lượng Fe(III) dưới dạng cân Fe2O3: dùng dung dịch NH3 đặc để kết tủa Fe(III) dưới dạng Fe(OH)3 trong dung dịch nóng. Fe3+ + 3NH3 + 3H2O  0t Fe(OH)3 + 3NH4 + Lọc, rửa kết tủa. Nung kết tủa ở 9000C để chuyển thành Fe2O3 rồi từ dạng cân để tính hàm lượng sắt. 2Fe(OH)3   C0900 Fe2O3 + 3H2O b. Phương pháp phân tích thể tích: Nguyên tắc chung: Để phân tích chất A, ta chuyển chất A vào dung dịch bằng một dung môi thích hợp (nước, axit, kiềm…). Sau đó lấy chính xác VAmL dung dịch thu được vào bình tam giác, từ buret thêm từng ít một dung dịch B có nồng độ chính xác BN C vào dung dịch trong bình tam giác cho đến khi B phản ứng vừa hết với A (xác định dựa vào sự đổi màu của chất chỉ thị). Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 19 A + B = C + D Biết nồng độ chất B là BN C và thể tích VB của nó đã dùng trong quá trình chuẩn độ, ta tính được nồng độ đương lượng của chất A trong dung dịch. (CN.V)A = (CN.V)B  AN C = A BN V VC ).( Phương pháp phân tích: - Phương pháp oxi hóa khử:  Phương pháp pemanganat: Khử Fe(III) thành Fe(II) bằng Zn hoặc bằng SnCl2 trong môi trường axit và loại SnCl2 dư bằng HgCl2. 2FeCl3 + SnCl2 2FeCl2 + SnCl4 SnCl2 + 2HgCl2 Hg2Cl2 + SnCl4 Chuẩn độ dung dịch Fe(II) bằng dung dịch MnO4−. 5Fe2+ + MnO− + 8H+ 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O Điểm cuối chuẩn độ: dung dịch từ không màu chuyển sang màu hồng.  Phương pháp dicromat: Dùng dung dịch K2Cr2O7 xác định nồng độ dung dịch Fe(II) trong môi trường axit: Cr2O72− + 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O Dùng chất chỉ thị diphenylamin có E0 = 0,76V hay diphenylaminsunfonat có E0 = 0,84V hay axit N – phenylanthanilic có E0 = 1,08V. Điểm cuối chuẩn độ: với chất chỉ thị diphenylamin dung dịch từ không màu chuyển sang màu xanh tím. Với chỉ thị diphenylaminsunfonat dung dịch từ không màu chuyển sang màu tím hồng và với chất chỉ thị axit N – phenylanthanilic dung dịch từ không màu chuyển sang màu hồng tím. - Phương pháp complexon: Dùng dung dịch complexon III xác định Fe(III) trong môi trường pH = 2 với axit sunfosalixilic làm chỉ thị: Fe3+ + H2Sal.SO3H [Fe(Sal)SO3H]+ + 2H+ [Fe(Sal)SO3H]+ + H2Y2− FeY− + H2Sal.SO3H tím đỏ vàng nhạt Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 20 Điểm cuối của quá trình chuẩn độ: dung dịch từ màu tím đỏ chuyển sang màu vàng nhạt. I.3.2.2. Phương pháp phân tích hóa lí: a. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử: Nguyên tắc chung: Dựa trên khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ điện từ có bước sóng ứng đúng với bước sóng khi được kích thích do chính nguyên tử sắt đó có thể phát ra. Phương pháp phân tích: Trong phương pháp này, người ta phun dung dịch mẫu phân tích vào thiết bị nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa không khí C2H2. Trong thiết bị này, mẫu phân tích sẽ bị nhiệt phân và tạo ra các nguyên tử sắt tự do. Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử sắt tự do, sắt hấp thụ bức xạ có bước sóng 248,3nm ứng đúng với các tia bức xạ mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ để chuyển lên trạng thái kích thích có mức năng lượng gần nhất. Bức xạ còn lại sau khi nguyên tử sắt tự do đã hấp thụ được đưa vào các máy đo, kết quả đo được là độ hấp thụ A. Từ đó, suy ra hàm lượng sắt có trong mẫu phân tích. b. Phương pháp trắc quang so màu: Nguyên tắc chung: Trong phương pháp trắc quang so màu, người ta dùng các phản ứng hóa học để chuyển toàn bộ chất cần xác định thành một hợp chất tan có màu, có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến. Sau đó đo độ hấp thụ của dung dịch màu này và dựa trên độ hấp thụ đo được ta định lượng được chất cần xác định. Phương pháp phân tích: - Phương pháp 1,10 – phenantrolin: Chuyển Fe(III) về Fe(II) bằng tác nhân khử hidroxilamin. Trong môi trường có pH từ 2 đến 9, Fe(II) tạo phức với 1,10 – phenantrolin có màu đỏ da cam (β1,3 = 1021,3). 1,10 - phenantronin phức màu đỏ cam Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 21 Phức này có cực đại hấp thụ tại bước sóng 530nm. Các ion cản là xianua, nitrit, photphat, crom, kẽm, coban, niken, đồng. - Phương pháp thioxianat: Oxi hóa Fe(II) về Fe(III) trong môi trường axit mạnh (pH = 2). Fe(III) tạo được phức chất màu đỏ máu với SCN−. Fe3+ + 6SCN− [Fe(SCN)6]3− Phức [Fe(SCN)6]3− kém bền (β1,6 = 103,23). Phức này có cực đại hấp thụ tại bước sóng 470nm. Người ta xác định sắt bằng phương pháp thioxianat trong môi trường axit HCl, HNO3, H2SO4, HClO4; nồng độ axit tối ưu nằm trong khoảng 0,05N – 0,20N. - Phương pháp axit salixilic: Chuyển Fe(II) thành Fe(III) bằng dung dịch HNO3 đặc. Tùy vào pH của môi trường mà phản ứng giữa Fe(III) với axit salixilic tạo ra các phức có màu sắc và thành phần khác nhau. - Ở pH từ 1,8 đến 2,5 phức tạo thành có thành phần FeSal+ và màu tím đỏ. - Ở pH từ 4,0 đến 8,0 phức tạo thành có thành phần FeSal2− và có màu đỏ cam. - Ở pH từ 8,0 đến 11,5 phức tạo thành có thành phần FeSal33− và có màu vàng, phức này rất bền nên thường dùng để định lượng Fe(III) bằng phương pháp trắc quang so màu. Phản ứng tạo phức sẽ nhạy hơn nữa nếu thay axit salixilic bằng dẫn xuất dễ tan hơn của nó là axit sunfosalixilic: C6H3(OH)(COOH)SO3H. Ở pH từ 8,0 đến 11,5 axit sunfosalixilic phản ứng với Fe(III) tạo phức màu vàng (β1,3 = 1032,6): Phức này có cực đại hấp thụ tại bước sóng 420nm. Phức ứng này rất đặc biệt hầu như không có ion nào cản trở, lượng lớn Al3+, Cu2+ và Mn2+ mới có tác dụng cản trở. đỏ máu màu vàng Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 22 Vậy, có nhiều phương pháp để phân tích định lượng sắt. Trong khóa luận này, chúng tôi chọn phương pháp trắc quang so màu để phân tích tổng hàm lượng sắt (Fe(II) và Fe(III)) trong nước vì: - Sắt là nguyên tố vi lượng trong nước. - Đây là phương pháp phân tích phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm. Trong phương pháp phân tích trắc quang so màu, chúng tôi chọn axit sunfosalixilic làm thuốc thử vì có tính chọn lọc, tạo phức bền với sắt và cho kết quả phân tích có độ nhạy và độ chính xác cao. I.4. GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG SO MÀU [9], [15], [16]: I.4.1. Định luật cơ bản về hấp thụ quang (định luật Bouguer – Lambert – Beer): Chiếu một chùm bức xạ song song và đơn sắc có cường độ I0 vào một dung dịch đồng nhất có nồng độ C (mol/L) đựng trong cuvet có chiều dày 1 cm thì một phần chùm bức xạ có cường độ IR bị phản xạ bề mặt, một phần khác bị dung dịch hấp thụ, phần còn lại có cường độ I đi ra khỏi cuvet. Định luật cơ bản về hấp thụ quang nêu lên mối quan hệ giữa các đại lượng I0, I, l và C được biểu diễn như sau: A = lg I I0 = ε.l.C Trong đó: A: là độ hấp thụ đặc trưng cho khả năng hấp thụ bức xạ của chất cần xác định trong dung dịch mẫu. I0, I: là cường độ chùm ánh sáng đi vào và đi ra trong dung dịch. C: là nồng độ dung dịch chất nghiên cứu biểu diễn bằng mol/L. l: là bề dày của lớp dung dịch mà bức xạ truyền qua (chính là kích thước của cuvet). ε: là hệ số hấp thụ phân tử của chất màu (L.mol-1.cm-1), giá trị này càng cao thì càng cho phép xác định nồng độ của chất cần nghiên cứu càng nhỏ, tức độ nhạy của phản ứng tạo màu càng cao. I.4.2. Điều kiện áp dụng định luật: Định luật này chỉ đúng trong những điều kiện lí tưởng sau: - Ánh sáng đi qua dung dịch phải đơn sắc. - Nồng độ của chất màu không quá lớn cũng không quá bé. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 23 Các chất không màu có nồng độ lớn đôi khi ảnh hưởng rõ rệt đến độ hấp thụ ánh sáng, mặc dù chúng không tham gia vào phản ứng hóa học nào cả. Định luật cũng không còn đúng nữa khi cân bằng hóa học bị chuyển dịch mạnh khi pha loãng. Định luật không áp dụng được đối với dung dịch huyền phù hoặc huỳnh quang. I.4.3. Các tiêu chuẩn của phức chất dùng trong phương pháp trắc quang so màu: Các phức màu dùng trong phương pháp trắc quang so màu phải thỏa mãn các tiêu chuẩn sau: - Độ bền cao, hằng số bền phải lớn hơn 107. - Phức có thành phần không đổi để độ hấp thụ ổn định trong thời gian đủ dài. - Có vùng pH tối ưu cho việc tạo phức tương đối rộng, để sự thay đổi nhỏ của pH không ảnh hưởng đến độ hấp thụ. - Có hệ số hấp thụ phân tử tương đối lớn. - Dung dịch phức màu hấp thụ ánh sáng tuân theo định luật hấp thụ. I.4.4. Các phương pháp xác định nồng độ: Để định lượng một chất bằng phương pháp trắc quang so màu ta có thể sử dụng các phương pháp sau: - Phương pháp cân bằng. - Phương pháp thêm. - Phương pháp đường chuẩn. - Phương pháp chuẩn độ trắc quang. - Phương pháp vi sai. Trong khóa luận này, chúng tôi chọn phương pháp đường chuẩn để phân tích tổng hàm lượng sắt trong một số mẫu nước sinh hoạt ở thành phố Hồ Chí Minh. Nguyên tắc của phương pháp đường chuẩn như sau: - Chuẩn bị một dãy mẫu chuẩn có lượng dung dịch chuẩn đã biết tăng dần, lượng thuốc thử, độ axit và các điều kiện chế hóa khác là như nhau. Đo độ hấp thụ của dãy dung dịch màu rồi vẽ đồ thị A = f(C). Sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu với các giá trị độ hấp thụ đo được ta tìm được phương trình đường chuẩn có dạng: Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 24 A = a.C + b (*) Trong đó : A là độ hấp thụ của dung dịch màu. C là nồng độ của dung dịch. a và b là các thông số tính từ phương pháp bình phương tối thiểu. - Để định lượng chất X trong mẫu phân tích, ta tiến hành pha chế dung dịch phân tích như đã chuẩn bị các mẫu chuẩn để dựng đường chuẩn. Sau đó đo độ hấp thụ của mẫu nghiên cứu trong điều kiện như đo mẫu chuẩn. Dựa vào phương trình (*) ta xác định được nồng độ Cx trong mẫu nghiên cứu. Phương pháp này có ưu điểm là phân tích được hàng loạt mẫu. Điều kiện áp dụng của phương pháp này là các dung dịch hấp thụ ánh sáng tuân theo định luật hấp thụ Bouguer – Lambert – Beer. I.4.5. Ưu điểm của phương pháp trắc quang: - Phạm vi ứng dụng rộng rãi, nếu chất định phân tích hấp thụ ánh sáng yếu thì có thể thêm vào dung dịch các thuốc thử thích hợp để chuyển hóa thành chất hấp thụ ánh sáng mạnh. - Nhờ sử dụng thuốc thử hữu cơ nên phương pháp này có độ nhạy cao, dùng để xác định cỡ hàm lượng vết của các chất hay ion. - Phương pháp này tiến hành nhanh vì bản chất phép đo là một số thao tác đơn giản. Để loại trừ ảnh hưởng của các ion cản có thể dùng biện pháp: chọn thuốc thử, pH… và có thể chọn ánh sáng thích hợp cho đi qua dung dịch phân tích. I.5. GIỚI THIỆU AXIT SUNFOSALIXILIC [8]: Thuốc thử axit sunfosalixilic còn có tên gọi khác là: axit 2- hidroxy-5- sunfobenzoic. Công thức phân tử là: C7H6O6.2H2O (M=254,2200). Công thức cấu tạo : - Tính chất: ở điều kiện thường, axit sunfosalixilic là tinh thể trắng hay hồng, dễ hút ẩm hay kết tinh thành khối. Nhuộm hồng khi có vết sắt, loại khan nóng chảy ở 1200C. Axit sunfosalixilic rất dễ tan trong nước, rượu etylic và eter. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 25 - Axit sunfosalixilic là một axit hữu cơ, trong dung dịch nước phân ly tạo thành anion hữu cơ: - Ứng dụng: axit sunfosalixilic dùng để xác định sắt bằng phương pháp trắc quang so màu, xác định gián tiếp Natri, tác dụng với ion kim loại Al3+, Fe3+, Ti4+…tạo phức chất tan nên có thể dùng để tách các nguyên tố này. Ngoài ra axit sunfosalixilic còn dùng làm chất chỉ thị kim loại để xác định nhiều ion theo phương pháp complexon. I.6. XỬ LÝ THỐNG KÊ CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH [6], [20]: - Loại trừ số đo mắc sai số thô theo chuẩn Dixon. - Đánh giá sai số hệ thống tương đối của phương pháp phân tích: A% = d d X XX  . 100 Trong đó: Xd : giá trị đúng. X : giá trị trung bình của các kết quả riêng lẻ. Phương pháp trắc quang so màu chấp nhận A% ≤ 5%. - Biểu diễn kết quả phân tích ở dạng khoảng tin cậy: Các kết quả phân tích hàm lượng chất X được biểu diễn ở dạng sau: μ = X ± tp, f n S n Trong đó: μ: hàm lượng thật của kết quả phân tích. X : hàm lượng trung bình của kết quả phân tích. n: số lần thí nghiệm song song. tp, f : hệ số Student tại xác suất tin cậy P và số bậc tự do f (f = n – 1). Sn : độ lệch chuẩn mẫu, tính theo công thức: Sn =                   2 11 2 1 1 1 n i i n i i Xn X n Xi : các kết quả phân tích riêng lẻ. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 26 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM II.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT: II.1.1. Thiết bị, dụng cụ: - Máy đo quang Prim advance. - Cân phân tích có độ nhạy 10-4g. - Bếp điện. - Dụng cụ thủy tinh: Cốc 2000ml, 1000ml, 200ml, 100ml, 50ml, bình định mức: 250ml, 100ml, 50ml, 25ml, pipet, đũa thủy tinh. II.1.2. Hóa chất: - NH4Fe(SO4)2.12H2O. - Al2(SO4)3.18H2O. - CuSO4.5H2O. - MnSO4.H2O. - Axit sunfosalixilic. - Dung dịch NH3 25%. - Dung dịch HNO3 đặc (d = 1,40g/cm3). - Dung dịch H2SO4 đặc (d = 1,84g/cm3). II.1.3. Chuẩn bị các dung dịch: - Dung dịch Fe(III) 1mg/mL: cân 0,8634g muối NH4Fe(SO4)2.12H2O (M = 482,2240), hòa tan hoàn toàn bằng nước cất rồi cho vào bình định mức 100mL, axit hóa bằng 5,0mL dung dịch H2SO4 đặc (d = 1,84g/cm3), định mức đến vạch bằng nước cất. - Dung dịch Fe(III) 50μg/mL: lấy 5,0mL dung dịch Fe(III) 1mg/mL cho vào bình định mức 100mL, định mức đến vạch bằng nước cất. - Dung dịch axit sunfosalixilic 10%: cân 10,0000g axit sunfosalixilic, hòa tan hoàn toàn bằng nước cất rồi cho vào bình định mức 100mL, định mức đến vạch bằng nước cất. - Dung dịch NH3 5%: lấy 20,0mL dung dịch NH3 25% cho vào bình định mức 100mL, định mức đến vạch bằng nước cất. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 27 - Dung dịch Cu(II) 1mg/mL: cân 0,3929g CuSO4.5H2O (M = 249,7000), hòa tan hoàn toàn bằng nước cất rồi cho vào bình định mức 100mL, định mức đến vạch bằng nước cất. - Dung dich Al(III) 1mg/mL: cân 2,4682g Al2(SO4)3.18H2O (M = 666,4160), hòa tan hoàn toàn bằng nước cất rồi cho vào bình định mức 100mL, định mức đến vạch bằng nước cất. - Dung dịch Mn(II) 1mg/mL: cân 0,3077g MnSO4.H2O (M = 169,0260), hòa tan hoàn toàn bằng nước cất rồi cho vào bình định mức 100mL, định mức đến vạch bằng nước cất. II.2. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN XÁC ĐỊNH SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG SO MÀU: II.2.1. Khảo sát bước sóng hấp thụ cực đại: a. Tiến hành: Lấy vào 3 bình định mức 25mL lần lượt 2,0mL; 2,5mL; 3,0mL dung dịch Fe(III) 50μg/mL, thêm vào mỗi bình 5,0mL dung dịch axit sunfosalixilic 10%; 4,0 mL dung dịch NH3 5%, định mức đến vạch bằng nước cất, lắc đều các dung dịch. Dung dịch so sánh: lấy vào bình định mức 25mL: 5,0mL dung dịch axit sunfosalixilic 10%; 4,0mL dung dịch NH3 5% định mức đến vạch bằng nước cất, lắc đều dung dịch. Tiến hành đo độ hấp thụ của các dung dịch màu ở các bước sóng từ 400nm đến 500nm với cuvet có chiều dày 1cm. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 28 b. Kết quả: 1Bảng 1: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào bước sóng λ. A λ(nm) 2,0mL dung dịch Fe(III) 50μg/mL 2,5mL dung dịch Fe(III) 50μg/mL 3,0mL dung dịch Fe(III) 50μg/mL 400 0,352 0,439 0,526 410 0,384 0,481 0,583 420 0,402 0,501 0,604 430 0,392 0,494 0,591 440 0,370 0,477 0,563 450 0,338 0,431 0,496 460 0,289 0,369 0,434 470 0,239 0,307 0,366 480 0,185 0,240 0,286 490 0,140 0,184 0,219 500 0,113 0,133 0,158 1Hình 1: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào bước sóng λ. A λ (nm) Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 29 c. Nhận xét và kết luận: Dựa vào bảng 1 và hình 1, chúng tôi nhận thấy cực đại hấp thụ của phức màu đều ở tại bước sóng 420nm; chứng tỏ dung dịch màu này tuân theo định luật hấp thụ Bouguer – Lambert – Beer. Do đó, trong những khảo sát sau, chúng tôi tiến hành đo độ hấp thụ của dung dịch màu này tại bước sóng 420nm. II.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung dịch NH3 5%: a. Tiến hành: Lấy vào các bình định mức 25mL lần lượt 2,5mL dung dịch Fe(III) 50μg/mL; 5,0mL dung dịch axit sunfosalixilic 10%; VmL dung dịch NH3 5% từ 1,0 đến 10,0mL theo bảng 2, định mức đến vạch bằng nước cất, lắc đều các dung dịch. Đo độ hấp thụ của các dung dịch màu ở bước sóng 420nm với cuvet có chiều dày 1cm. b. Kết quả: 2Bảng 2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch NH3 5%. Bình Thể tích dung dịch NH3 5% (mL) A 1 1,0 0,389 2 2,0 0,498 3 3,0 0,501 4 4,0 0,500 5 5,0 0,501 6 6,0 0,500 7 7,0 0,499 8 8,0 0,500 9 9,0 0,502 10 10,0 0,502 Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 30 2Hình 2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch NH3 5%. c. Nhận xét: Dựa vào bảng 2 và hình 2, chúng tôi nhận thấy khi thể tích dung dịch NH3 5% từ 2,0 đến 10,0mL trong bình định mức 25mL thì độ hấp thụ của các dung dịch màu tương đối ổn định. Vì vậy, trong những khảo sát tiếp theo chúng tôi chọn thể tích dung dịch NH3 5% là 4,0mL trong bình định mức 25mL để tạo môi trường cho phản ứng. II.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung dịch axit sunfosalixilic 10%: a. Tiến hành: Lấy vào 10 bình định mức 25mL lần lượt 2,5mL dung dịch Fe(III) 50μg/mL; VmL dung dịch axit sunfosalixilic 10% từ 1,0mL đến 10,0mL theo bảng 3; 4,0mL dung dịch NH3 5%, định mức đến vạch bằng nước cất, lắc đều các dung dịch. Đo độ hấp thụ của các dung dịch màu ở bước sóng 420nm với cuvet có chiều dày 1cm. A Thể tích dung dịch NH3 5% (mL) Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 31 b. Kết quả: 3Bảng 3: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch axit sunfosalixilic 10%. Bình Thể tích dung dịch axit sunfosalixilic 10% (mL) A 1 1,0 0,376 2 2,0 0,453 3 3,0 0,497 4 4,0 0,501 5 5,0 0,501 6 6,0 0,500 7 7,0 0,502 8 8,0 0,499 9 9,0 0,502 10 10,0 0,501 3Hình 3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch axit sunfosalixilic 10%. A Thể tích dung dịch axit sunfosalixilic 10% (mL) Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 32 c. Nhận xét và kết luận: Từ kết quả bảng 3 và hình 3 chúng tôi nhận thấy: Khi thể tích dung dịch axit sunfosalixilic 10% từ 1,0 đến 4,0mL trong bình định mức 25mL thì độ hấp thụ màu của dung dịch tăng dần do lượng thuốc thử chưa đủ để tạo phức với Fe(III). Khi thể tích dung dịch axit sunfosalixilic 10% từ 4,0 đến 10,0mL trong bình định mức 25mL thì độ hấp thụ màu của dung dịch tương đối ổn định. Do đó, trong những khảo sát tiếp theo chúng tôi chọn thể tích dung dịch axit sunfosalixilic 10% là 6,0mL trong bình định mức 25mL. II.2.4. Khảo sát thời gian ổn định màu và bền màu: a. Tiến hành: Lấy vào bình định mức 25mL lần lượt 2,5mL dung dịch Fe(III) 50μg/mL; 6,0mL dung dịch axit sunfosalixilic 10%; 4,0mL dung dịch NH3 5%, định mức đến vạch bằng nước cất, lắc đều dung dịch. Đo độ hấp thụ của dung dịch màu ở bước sóng 420nm với cuvet có chiều dày 1cm. b. Kết quả: 4Bảng 4: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thời gian t. Thời gian (phút) A Thời gian (phút) A 1 0,499 90 0,501 5 0,500 120 0,500 10 0,501 150 0,499 20 0,501 180 0,501 30 0,499 200 0,500 50 0,502 220 0,501 60 0,501 250 0,502 Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 33 4Hình 4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thời gian t. c. Nhận xét và kết luận: Dựa vào kết quả ở bảng 4 và hình 4, chúng tôi nhận thấy sau khi tạo màu dung dịch thì độ hấp thụ của dung dịch màu ổn định khá lâu. Điều này cho thấy phương pháp trắc quang so màu Fe(III) với thuốc thử axit sunfosalixilic trong môi trường kiềm rất thuận lợi để phân tích hàng loạt mẫu. II.2.5. Khảo sát khoảng tuyến tính tuân theo định luật hấp thụ Bouger – Lambert – Beer: a. Tiến hành: Cho vào 17 bình định mức 25mL lần lượt VmL dung dịch Fe(III) 50μg/mL từ 0,3 đến 6,0mL theo bảng 5; 6,0mL dung axit sunfosalixilic 10%; 4,0mL dung dịch NH3 5%, định mức đến vạch bằng nước cất, lắc đều dung dịch. Đo độ hấp thụ của các dung dịch màu ở bước sóng 420nm với cuvet có chiều dày 1cm. A t (phút) Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 34 b. Kết quả: 5Bảng 5: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào nồng độ dung dịch Fe(III). Bình Thể tích dung dịch Fe(III) 50μg/mL (mL) Nồng độ dung dịch Fe(III) μg/mL A 1 0,3 0,6 0,042 2 0,4 0,8 0,067 3 0,5 1,0 0,093 4 0,7 1,4 0,145 5 1,0 2,0 0,198 6 1,5 3,0 0,301 7 1,7 3,4 0,348 8 2,0 4,0 0,402 9 2,5 5,0 0,502 10 2,7 5,4 0,548 11 3,0 6,0 0,603 12 3,5 7,0 0,701 13 4,0 8,0 0,798 14 4,3 8,6 0,853 15 5,0 10,0 0,901 16 5,5 11,0 0,949 17 6,0 12,0 0,136 Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 35 5Hình 5: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào nồng độ dung dịch Fe(III). c. Nhận xét và kết luận: Từ kết quả bảng 5 và hình 5 chúng tôi nhận thấy: - Khoảng nồng độ dung dịch Fe(III) tuân theo định luật hấp thụ Bouguer – Lambert – Beer của phức giữa Fe(III) với axit sunfosalixilic trong môi trường NH3 là từ 0,7 đến 4,3mL dung dịch Fe(III) 50μg/mL trong bình định mức 25mL. - Cận dưới ứng với nồng độ Fe(III) là 1,4 μg/mL. - Cận trên ứng với nồng độ Fe(III) là 8,6 μg/mL. II.2.6. Khảo sát ảnh hưởng của nguyên tố cản: Phương pháp trắc quang so màu Fe(III) với thuốc thử axit sunfosalixilic trong môi trường kiềm bị ảnh hưởng bởi Cu(II), Al(III), Mn(II). Chúng tôi lần lượt khảo sát ảnh hưởng của các nguyên tố này. II.2.6.1. Khảo sát ảnh hưởng của Cu(II): a. Tiến hành: Lấy vào 10 bình định mức 25mL lần lượt 2,5mL dung dịch Fe(III) 50μg/mL; 6,0mL dung axit sunfosalixilic 10%; 4,0mL dung dịch NH3 5% và VmL dung dịch Cu(II) 50μg/mL theo bảng 6, định mức đến vạch bằng nước cất, lắc đều các dung A Nồng độ dung dịch Fe(III) (μg/mL) Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 36 dịch. Đo độ hấp thụ của các dung dịch màu ở bước sóng 420nm với cuvet có chiều dày 1cm. b. Kết quả: 6Bảng 6: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch Cu(II) 50μg/mL. Bình Thể tích dung dịch Cu(II) 50μg/mL (mL) A 1 1,0 0,499 2 2,0 0,501 3 3,0 0,501 4 4,0 0,502 5 5,0 0,499 6 6,0 0,501 7 7,0 0,503 8 8,0 0,512 9 9,0 0,527 10 10,0 0,543 6Hình 6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch Cu(II) 50μg/mL. Thể tích dung dịch Cu(II) 50μg/mL (mL) A Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 37 c. Nhận xét và kết luận: Từ kết quả bảng 6 và hình 6 chúng tôi nhận thấy: - Khi lượng Cu(II) từ 50 đến 350μg trong bình định mức 25mL thì độ hấp thụ của dung dịch màu tương đối ổn định. - Khi lượng Cu(II) lớn hơn 350μg trong bình định mức 25mL thì độ hấp thụ của dung dịch màu tăng lên, tức là khi lượng Cu(II) lớn hơn 2,8 lần lượng Fe(III) thì Cu(II) bắt đầu ảnh hưởng đến độ hấp thụ của dung dịch màu do màu xanh lơ của phức tạo thành giữa Cu(II) và axit sunfosalixilic đã làm tăng độ hấp thụ của dung dịch màu [18], [19]. II.2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của Mn(II): a. Tiến hành: Lấy vào 10 bình định mức 25mL lần lượt 2,5mL dung dịch Fe(III) 50μg/mL; 6,0mL dung axit sunfosalixilic 10%; 4,0mL dung dịch NH3 5% và VmL dung dịch Mn(II) 50μg/mL theo bảng 6, định mức đến vạch bằng nước cất, lắc đều các dung dịch. Đo độ hấp thụ của các dung dịch màu ở bước sóng 420nm với cuvet có chiều dày 1cm. b. Kết quả: 7Bảng 7: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch Mn(II) 50μg/mL. Bình Thể tích dung dịch Mn(II) 50μg/mL (mL) A 1 1,0 0,500 2 2,0 0,503 3 3,0 0,501 4 4,0 0,499 5 5,0 0,498 6 6,0 0,500 7 7,0 0,501 8 8,0 0,502 9 9,0 0,514 10 10,0 0,537 A Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 38 7Hình 7: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch Mn(II) 50μg/mL. c. Nhận xét và kết luận: Từ kết quả bảng 7 và hình 7 chúng tôi nhận thấy: - Khi lượng Mn(II) từ 50 đến 400μg trong bình định mức 25mL thì độ hấp thụ của dung dịch màu tương đối ổn định. - Khi lượng Mn(II) lớn hơn 400μg trong bình định mức 25mL thì độ hấp thụ của dung dịch màu tăng lên, tức là khi lượng Mn(II) lớn hơn 3,2 lần lượng Fe(III) thì Mn(II) bắt đầu ảnh hưởng đến độ hấp thụ của dung dịch màu do màu nâu xám của phức tạo thành giữa Mn(II) và axit sunfosalixilic đã làm tăng độ hấp thụ của dung dịch màu [18], [19]. II.2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của Al(III): a. Tiến hành: Lấy vào 10 bình định mức 25mL lần lượt 2,5mL dung dịch Fe(III) 50μg/mL; 6,0mL dung axit sunfosalixilic 10%; 4,0mL dung dịch NH3 5% và VmL dung dịch Al(III) 1mg/mL theo bảng 8, định mức đến vạch bằng nước cất, lắc đều các dung dịch. Đo độ hấp thụ của các dung dịch màu ở bước sóng 420nm với cuvet có chiều dày 1cm. Thể tích dung dịch Mn(II) 50μg/mL (mL) Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 39 b. Kết quả: 8Bảng 8: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch Al(III) 1mg/mL. Bình Thể tích dung dịch Al(III) 1mg/mL (mL) A 1 1,0 0,501 2 2,0 0,502 3 3,0 0,503 4 4,0 0,501 5 5,0 0,500 6 6,0 0,499 7 7,0 0,501 8 8,0 0,500 9 9,0 0,517 10 10,0 0,531 8Hình 8: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào thể tích dung dịch Al(III) 1mg/mL. Thể tích dung dịch Al(III) 1mg/mL (mL) A Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 40 c. Nhận xét và kết luận: Từ kết quả bảng 8 và hình 8 chúng tôi nhận thấy: - Khi lượng Al(III) từ 1,0 đến 8,0mg trong bình định mức 25mL thì độ hấp thụ của dung dịch màu tương đối ổn định. - Khi lượng Al(III) lớn hơn 8,0mg trong bình định mức 25mL thì độ hấp thụ của dung dịch màu tăng lên, tức là khi lượng Al(III) lớn hơn 64 lần lượng Fe(III) thì Al(III) bắt đầu ảnh hưởng đến độ hấp thụ của dung dịch màu do lúc này lượng Al(III) trong dung dịch đủ lớn để tạo kết tủa Al(OH)3 làm đục dung dịch màu dẫn đến làm tăng độ hấp thụ của dung dịch [18], [19]. Trong thực tế, hàm lượng đồng, mangan, nhôm trong nước sinh hoạt không lớn hơn hàm lượng sắt nên phương pháp trắc quang so màu xác định sắt trong nước sinh hoạt với thuốc thử axit sunfosalixilic không ảnh hưởng bởi các nguyên tố cản trên. II.2.7. Dựng đường chuẩn trên nền nguyên tố cản: Dựa vào khoảng tuyến tính tuân theo định luật hấp thụ Bouger – Lambert – Beer, chúng tôi xây dựng đường chuẩn biểu thị sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ dung dịch Fe(III) từ 1,4 đến 8,6μg/mL trong bình định mức 25mL. a. Tiến hành: Lấy vào 10 bình định mức 25mL lần lượt VmL dung dịch Fe(III) 50μg/mL theo bảng 9; 6,0mL dung dịch axit sunfosalixilic 10%; 4,0mL dung dịch NH3 5%; 2,0mL dung dịch Cu(II) 50μg/mL; 2,0mL dung dịch Mn(II) 50μg/mL; 3,0mL dung dịch Al(III) 1mg/mL, định mức đến vạch bằng nước cất, lắc đều các dung dịch. Đo độ hấp thụ của các dung dịch màu ở bước sóng 420nm với cuvet có chiều dày 1cm. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 41 a. Kết quả: 9Bảng 9: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào nồng độ dung dịch Fe(III). Bình Thể tích dung dịch Fe(III) 50μg/mL (mL) Nồng độ dung dịch Fe(III) μg/mL A 1 0,7 1,4 0,145 2 1,0 2,0 0,197 3 1,5 3,0 0,302 4 1,7 3,4 0,349 5 2,0 4,0 0,403 6 2,5 5,0 0,501 7 3,0 6,0 0,602 8 3,5 7,0 0,701 9 4,0 8,0 0,798 10 4,3 8,6 0,854 9Hình 9: Đường chuẩn trắc quang Fe(III). Nồng độ dung dịch Fe(III) (μg/mL) A Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 42 Phương trình đường chuẩn có dạng: A = 0,0991.C + 0,0057 với R2 = 0,9998 Trong đó: A là độ hấp thụ của dung dịch màu. C là nồng độ dung dịch Fe(III) (μg/mL). II.2.8. Sai số tương đối của phương pháp trắc quang so màu Fe(III) với thuốc thử axit sunfosalixilic trong môi trường NH3: a. Tiến hành: Lập 3 mẫu giả như sau: Lấy vào 3 bình định mức 25mL lần lượt 2,5mL dung dịch Fe(III) 50 μg/mL; 6,0mL dung dịch axit sunfosalixilic 10%; 4,0mL dung dịch NH3 5%; 2,0mL dung dịch Cu(II) 50μg/mL; 2,0mL dung dịch Mn(II) 50μg/mL; 3,0mL dung dịch Al(III) 1mg/mL, định mức đến vạch bằng nước cất, lắc đều các dung dịch. Đo độ hấp thụ của các dung dịch màu ở bước sóng 420nm với cuvet có chiều dày 1cm. b. Kết quả: 10Bảng 10: Các giá trị độ hấp thụ của mẫu giả. Mẫu 1 2 3 A 0,501 0,518 0,511 Nồng độ dung dịch Fe(III) tính theo phương trình đường chuẩn lần lượt là 5,00μg/mL; 5,17μg/mL; 5,10μg/mL. Nồng độ dung dịch Fe(III) trung bình là: 3 10,517,500,5  C = 5,09 (μg/mL). Đánh giá sai số hệ thống tương đối (độ đúng) của phương pháp trắc quang so màu: %80,1100 00,5 00,509,5 100     đ đ C CC Đánh giá sai số ngẫu nhiên tương đối (độ chính xác) của phương pháp trắc quang so màu: %67,1100 09,5 085,0100)(%  C CSCV n Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 43 Sai số trên nằm trong giới hạn cho phép của phương pháp trắc quang so màu nên chúng tôi áp dụng được các điều kiện đã khảo sát vào phân tích hàm lượng sắt trong một số mẫu nước ở Thành phố Hồ Chí Minh. II.3. ÁP DỤNG CÁC KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐỂ XÁC ĐỊNH TỔNG HÀM LƯỢNG SẮT TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC SINH HOẠT Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH: II.3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu nước [12]: II.3.1.1. Lấy mẫu nước: Các mẫu nước được lấy và đựng trong các bình nhựa polietilen có dung tích 5 lít đã được tráng sạch bằng nước cất, trước khi lấy mẫu nào phải tráng bình nhiều lần bằng chính mẫu nước đó. Mẫu nước giếng: lấy vào lúc sáng sớm. Mẫu nước máy: mở vòi cho nước chảy mạnh rồi khoảng 15 phút lấy mẫu một lần, tiếp tục như vậy cho đến khi lấy mẫu đầy bình. II.3.1.2. Bảo quản mẫu nước: Khi lấy mẫu nước phân tích, mỗi lít mẫu chúng tôi thêm vào 5,0mL dung dịch axit HNO3 đặc (d = 1,40g/mL) để bảo vệ mẫu. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 44 II.3.2. Thời gian và địa điểm lấy mẫu: 11Bảng 11: Các mẫu nước phân tích. Mẫu Địa điểm lấy mẫu Thời gian lấy mẫu 1 Nước máy nhà 38/69 Nguyễn Văn Quá, P. Đông Hưng Thuận, Q.12, Tp.Hồ Chí Minh. 9h10 ngày 24/03/2013 2 Nước máy nhà 16/2 Lê Đình Cẩn, P. Tân Tạo, Q. Bình Tân, Tp. Hồ Chí Minh. 11h05 ngày 24/03/2013 3 Nước máy khu 47H Cư Xá Phú Lâm D, P. 10, Q. 6, Tp. Hồ Chí Minh. 14h15 ngày 24/03/201 4 Nước máy nhà 710/28 Hậu Giang, P. 12, Q. 6, Tp. Hồ Chí Minh. 15h05 ngày 24/03/2013 5 Nước máy nhà 90A/8/6/8 Âu Dương Lân, P. 3, Q. 8, Tp. Hồ Chí Minh. 16h30 ngày 24/03/2013 6 Nước giếng nhà 196/2 Nguyễn Thái Sơn, P. 4, Q. Gò Vấp, Tp. Hồ Chí Minh. 6h15 ngày 25/03/2013 7 Nước giếng nhà 1/19C Ấp Đình, xã Tân Xuân, huyện Hóc Môn, Tp. Hồ Chí Minh. 7h10 ngày 25/03/2013 8 Nước giếng nhà 39B Chử Đồng Tử, P.7, Q.Tân Bình, Tp. Hồ Chí Minh. 6h10 ngày 26/03/2013 9 Nước giếng nhà 158/A58 Phan Anh, P. Tân Thới Hiệp, Q. Tân Phú, Tp. Hồ Chí Minh. 6h45 ngày 26/03/2013 10 Nước giếng nhà 686/72/66 Cách mạng tháng 8, P. 11, Q. 3, Tp. Hồ Chí Minh. 8h10 ngày 26/03/2013 Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 45 II.3.3. Xác định tổng hàm lượng sắt trong một số mẫu nước ở thành phố Hồ Chí Minh: a. Quy trình phân tích: VmL mẫu nước đã axit hóa 50mL mẫu Chuyển VmL mẫu vào bình định mức 25 mL Đo độ hấp thụ của dung dịch màu tại bước sóng λ = 420nm Kết quả và xử lý kết quả Cô trên bếp điện + 6,0 mL dung dịch axit sunfosalixilic 10% + 4,0mL dung dịch NH3 5% + Nước cất đến vạch Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 46 b. Tiến hành: Đối với mỗi mẫu nước, lấy 2 lít mẫu cho vào cốc cô trên bếp điện cho đến khi còn 50 mL, để nguội sau đó lấy 10mL mẫu trên cho vào bình định mức 25mL, thêm vào bình định mức 6,0mL dung dịch axit sunfosalixilic 10%; 4,0mL dung dịch NH3 5%, định mức đến bằng nước cất, lắc đều các dung dịch. Đo độ hấp thụ của các dung dịch màu ở bước sóng 420nm với cuvet có chiều dày 1cm. Mỗi mẫu nước chúng tôi làm 3 thí ngiệm song song, thu được kết quả như bảng 12. c. Bảng số liệu thực nghiệm: 12Bảng 12: Bảng số liệu thực nghiệm: A Ký hiệu mẫu Thể tích mẫu nước đã axit hóa (VL) Thể tích nước còn lại sau khi cô (mL) Thể tích mẫu nước đem tạo màu (VmL) A1 A2 A3 1 2,0 50 10 0,304 0,296 0,313 2 2,0 50 10 0,216 0,224 0,209 3 2,0 50 10 0,281 0,287 0,265 4 2,0 50 10 0,226 0,218 0,237 5 2,0 50 10 0,328 0,312 0,319 6 2,0 50 10 0,351 0,369 0,362 7 2,0 50 10 0,516 0,492 0,506 8 2,0 50 10 0,388 0,371 0,385 9 2,0 50 10 0,305 0,326 0,311 10 2,0 50 10 0,338 0,323 0,331 Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 47 d. Kết quả: 13Bảng 13: Bảng kết quả xác định tổng hàm lượng sắt trong một số mẫu nước ở thành phố Hồ Chí Minh. Mẫu Địa điểm lấy mẫu Hàm lượng Fe(III) (mg/L) P = 0,95 1 Nước máy nhà 38/69 Nguyễn Văn Quá, P. Đông Hưng Thuận ,Q. 12, Tp.Hồ Chí Minh. 0,19 ± 0,01 2 Nước máy nhà 16/2 Lê Đình Cẩn, P. Tân Tạo, Q. Bình Tân, Tp. Hồ Chí Minh. 0,13 ± 0,01 3 Nước máy khu 47H Cư Xá Phú Lâm D, P. 10, Q. 6, Tp. Hồ Chí Minh. 0,17 ± 0,02 4 Nước máy nhà 710/28 Hậu Giang, P. 12, Q. 6, Tp. Hồ Chí Minh. 0,14 ± 0,01 5 Nước máy nhà 90A/8/6/8 Âu Dương Lân, P. 3, Q. 8, Tp. Hồ Chí Minh. 0,20 ± 0,01 6 Nước giếng nhà 196/2 Nguyễn Thái Sơn, P. 4, Q. Gò Vấp, Tp. Hồ Chí Minh. 0,22 ± 0,01 7 Nước giếng nhà 1/19C Ấp Đình, xã Tân Xuân, huyện Hóc Môn, Tp. Hồ Chí Minh. 0,32 ± 0,02 8 Nước giếng nhà 39B Chử Đồng Tử, P. 7, Q. Tân Bình, Tp. Hồ Chí Minh. 0,24 ± 0,02 9 Nước giếng nhà 158/A58 Phan Anh, P. Tân Thới Hiệp, Q. Tân Phú, Tp. Hồ Chí Minh. 0,19 ± 0,02 10 Nước giếng nhà 686/72/66 Cách mạng tháng 8, P. 11, Q. 3, Tp. Hồ Chí Minh. 0,21 ± 0,02 Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 48 e. Nhận xét [11], [13]: Dựa vào bảng 13 và theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5502 – 2003) quy định hàm lượng sắt trong nước sinh hoạt là 0,5mg/L. Như vậy, hàm lượng sắt trong các mẫu nước chúng tôi phân tích đều thấp hơn ngưỡng cho phép. Theo quy chuẩn Việt Nam (QCVN 01:2009/BYT) quy chuẩn kĩ thuật Quốc gia về chất lượng nước ăn uống quy định hàm lượng sắt trong nước sinh hoạt và nước ăn là 0,3 mg/L. Như vậy chỉ có mẫu nước số 7 có hàm lượng sắt cao hơn ngưỡng cho phép. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 49 KẾT LUẬN - Khảo sát các điều kiện phân tích sắt bằng phương pháp phân tích trắc quang so màu với thuốc thử axit sunfosalixilic trong môi trường kiềm, chúng tôi kết luận: + Bước sóng hấp thụ cực đại của dung dịch màu là 420nm. + Thể tích dung dịch axit sunfosalixilic 10% là 6,0mL trong bình định mức 25mL. + Thể tích dung dịch NH3 5% là 4,0mL trong bình định mức 25mL. + Dung dịch màu bền theo thời gian. + Trong các mẫu nước ở thành phố Hồ Chí Minh, các ion Al(III), Cu(II), Mn(II) không gây cản trở phép phân tích hàm lượng Fe(III) với thuốc thử axit sunfosalixilic trong môi trường kiềm. + Khoảng nồng độ dung dịch Fe(III) tuân theo định luật hấp thụ Bouguer – Lambert – Beer từ 1,4 đến 8,6μg/mL trong bình định mức 25mL. + Phương trình đường chuẩn trắc quang: A = 0,0991C + 0,0057 với R = 0,9998 Trong đó: A: là giá trị độ hấp thụ của dung dịch màu. C: là nồng độ đung dịch Fe(III) (μg/mL). + Sai số hệ thống tương đối là 1,80%. + Sai số ngẫu nhiên tương đối là 1,67%. - Áp dụng các kết quả khảo sát để xác định tổng hàm lượng sắt trong một số mẫu nước sinh hoạt ở thành phố Hồ Chí Minh, chúng tôi thu được kết quả theo bảng 13. + Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5502 – 2003) quy định hàm lượng sắt trong nước sinh hoạt là 0,5mg/L. Như vậy, hàm lượng sắt trong các mẫu nước chúng tôi phân tích đều thấp hơn ngưỡng cho phép. + Theo quy chuẩn Việt Nam (QCVN 01:2009/BYT) quy chuẩn kĩ thuật Quốc gia về chất lượng nước ăn uống quy định tổng hàm lượng sắt trong nước sinh hoạt và nước ăn là 0,3 mg/L. Như vậy chỉ có mẫu nước số 7 có hàm lượng sắt cao hơn ngưỡng cho phép. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Hồ Thị Bích Ngọc – Giáo trình Hóa vô cơ – Đại học Đà Lạt – 2010. 2. Từ Vọng Nghi, Huỳnh Văn Trung, Trần Tứ Hiếu – Phân tích nước - NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội - 1986. 3. Hoàng Nhâm – Hóa học vô cơ – Tập 2 – Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội – 2007. 4. Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Cự, Bùi Thị Ngọc Dung, Lê Đức, Trần Khắc Tiệp, Cái Văn Chanh – Phương pháp phân tích đất, nước, phân bón, cây trồng – Nhà xuất bản giáo dục - 2000. 5. Nguyễn Tuấn Anh (chủ biên), Đỗ Thị Lan, Nguyễn Thế Hùng – Giáo trình phân tích môi trường – NXB Nông Nghiệp Hà Nội – 2008. 6. Nguyễn Thị Như Mai – Giáo trình xử lý số liệu – Đại học Đà Lạt – 2011. 7. Lê Văn Hiếu – Nguyên tố sắt và sức khỏe – Tạp chí hóa học số 10 – 2006. 8. Nguyễn Trọng Biểu, Từ Văn Mặc – Thuốc thử hữu cơ – Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội - 2002. 9. Đặng Thị Vĩnh Hòa – Giáo trình phân tích quang – Trường Đại học Đà Lạt – 2012. 10. Trần Văn Quảng, Trần Thị Thùy – Phương pháp trắc quang xác định Fe(III) trong dung dịch rửa phim màu – Hóa học và ứng dụng – số 6 – 2003. 11. TCVN 5502:2003._ Nước cấp sinh hoạt. Yêu cầu chất lượng. 12. TCVN 5992:1995._ Chất lượng nước. Lấy mẫu. Hướng dẫn kỹ thuật lấy mẫu. 13. QCVN 01:2009/BYT). Quy chuẩn kĩ thuật Quốc gia về chất lượng nước ăn uống. 14. Các trang wep:    15. Nguyễn Thị Xuân Mai – Thực tập chuyên đề phân tích trắc quang – Tủ sách Đại học Tổng hợp thành phố Hồ Chí Minh - 1995. Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Hóa Học Hoàng Minh Đức Trang 51 16. Hoàng Minh Châu (chủ biên), Từ Văn Mạc, Từ Vọng Nghi – Cơ sở hóa học phân tích – Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật – 2007. 17. Nguyễn Thị Như Mai, Đặng Thị Vĩnh Hòa – Thực tập hóa phân tích 1 – Trường Đại học Đà Lạt – 2010. 18. E.B.Sandell – Colorimetric determination of traces of Metals – New York – 1959. 19. N.Howell Furman – Standard methods of chemical analysis – New York – 1962. 20. Trần Tứ Hiếu – Hóa học phân tích – Nhà xuất bản Đại học Quốc gia – 2003.