Giáo trình Hóa phân tích 2 (Trung cấp Dược) - Trường CĐ Phạm Ngọc Thạch Cần Thơ

Giáo trình Hóa phân tích 2 dành cho Trung cấp Dược cung cấp cho người học những kiến thức như: Đại cương về hóa học phân tích định lượng; phương pháp phân tích khối lượng; phương pháp phân tích thể tích; pha dung dịch chuẩn độ;...Mời các bạn cùng tham khảo!

TRƯỜNG CAO ĐẲNG PHẠM NGỌC THẠCH CẦN THƠ

ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỌC PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG

Nhiệm vụ chính của HHPTĐL là xác định chính xác hàm lượng của nguyên

tố hoặc nhóm nguyên tố có trong đối tượng phân tích (mẫu thử)

Trong ngành Dược, HHPTĐL dùng để thử độ tinh khiết của các nguyên liệu làm thuốc, kiểm nghiệm các chế phẩm bào chế và phục vụ công tác nghiên cứu dược liệu, hóa dược,

I NGUYÊN TẮC CHUNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP HHPTĐL

Các phương pháp HHPTĐL đều dựa trên cơ sở của các phản ứng hóa học, các định luật hóa học như định luật thành phần không đổi, định luật bảo toàn khối lượng,…để xác định hàm lượng của nguyên tố hoặc nhóm nguyên tố có trong mẫu thử

Khi cần định lượng chất A, ta có thể cho tác dụng với thuốc thử B để tạo thành sản phẩm C và D theo phương trình tổng quát:

- Nếu C hoặc D là chất kết tủa, có thể định lượng A thông qua định lượng C hoặc D( lấy riêng tủa C hoặc D đem cân, cân cứ vào thành phần không đổi của C hoặc D để tính ra A)

Ví dụ: để xác định hàm lượng FeCl3 ta cho phản ứng với NaOH dư

FeCl3 + NaOH  Fe(OH)3 + 3NaCl Sau đó đem lọc lấy kết tủa, rửa, sấy và nung khô:

2Fe(OH)3  Fe2O3 + H2O

Từ khối lượng Fe2O3 ta tính được hàm lượng FeCl3 có trong mẫu phân tích

- Cũng có thể định lượng A thông qua định lượng B vì phản ứng giữa A và

B có tỷ lệ trao đổi thành phần phân tử nhất định, dùng chỉ thị màu để biết phản

ứng kết thúc với A dùng hết bao nhiêu B, từ lượng chất B suy ra lượng chất A.Kỹ thuật này được gọi là phương pháp phân tích thể tích

Dựa vào nguyên tắc trên, người ta dùng các phương pháp khác nhau, tùy theo phương tiện, mức độ chính xác và yêu cầu của từng phản ứng hóa học

II PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG:

Có thể phân chia các phương pháp định lượng thành hai loại: các phương pháp hóa học và các phương pháp vật lý, hóa lý

2.1.Phương pháp hóa học:

Phương pháp hóa học có ưu điểm cơ bản là tương đối đơn giản và dễ làm

so với phương pháp vật lý và hóa lý, mức độ chính xác không cao hơn, tốn thời gian

Dựa trên mối liên quan giữa tính chất hóa học và thành phần hóa học của chất cần phân tích.Phương pháp hóa học gồm có:

2.1.1.Phương pháp phân tích khối lượng (PTKL)

Phương pháp PTKL dựa vào sự đo khối lượng chất cần xác định dưới dang hợp chất có thành phần không đổi bằng cân phân tích, từ đó tính được khối lượng chất cần định lượng

2.1.2.Phương pháp phân tích thể tích (PTTT)

Phương pháp PTTT dựa vào việc đo thể tích thuốc thử (có nồng độ chính xác) đã dùng để tác dụng vừa đủ với DD cần xác định, từ đó tính ra lượng chất cần định lượng

Tùy theo phản ứng hóa học được dùng trong quá trình tiến hành mà chia thành nhiều phương pháp: phương pháp acid-bazơ, phương pháp kết tủa, phương pháp oxy hóa khử…

2.2 Phương pháp vật lý và hóa lý:

2.2.1 Phương pháp vật lý:

Là những phương pháp phân tích dựa trên việc đo các tín hiệu vật lý của các chất phân tích như phổ phát xạ, độ phóng xạ,…phương pháp này có độ nhạy rất cao nhưng cũng có nhược điểm là không phải nguyên tố nào cũng xác định được

2.2.2 Phương pháp hóa lý:

Là những phương pháp kết hợp việc thực hiện các phản ứng hóa học, sau

đó dùng máy để đo các tín hiệu vật lý của hệ phân tích như độ hấp thụ ánh sáng,

độ phát quang, độ dẫn điện, độ đục, độ nhớt,…

Các phương pháp vật lý và hóa lý có thể chia thành các nhóm sau:

- Các phương pháp phân tích điện hóa

- Các phương pháp phân tích quang học

- Các phương pháp sắc ký

- Các phương pháp phóng xạ,…

Các phương pháp vật lý và hóa lý đòi hỏi phải dùng những máy đo phức tạp, vì

vậy chúng có tên chung là các phương pháp phân tích dụng cụ

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ

1 1.Trình bày được nguyên tắc chung của các phương pháp hóa học phân tích định lượng (HHPTĐL) ?

2 Phân loại được các phương pháp HHPTĐL và nêu nguyên tắc cơ bản của từng phương pháp đó ?

BÀI 2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG

MỤC TIÊU HỌC TẬP

1 Trình bày được nguyên tắc chung của phương pháp phân tích khối lượng?

2 Trình bày được các phương pháp phân tích khối lượng và cách tính kết quả cho từng phương pháp?

3 Mô tả các thao tác cơ bản trong phân tích khối lượng?

NỘI DUNG CHÍNH

I NGUYÊN TẮC CHUNG

Phương pháp phân tích khối lượng(còn gọi là phương pháp cân) là phương pháp dựa trên cơ sở chất cần xác định được tách ra khỏi những chất khác có trong mẫu phân tích dưới dạng tinh khiết

Qúa trình tách có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau( hóa học hay vật lý), người ta cân sản phẩm tạo thành và từ đó xác định hàm lượng của chất cần xác định

II PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP PTKL:

2.1 Phương pháp kết tủa:

Dùng phản ứng tạo tủa để tách các chất cần xác định ra khỏi dung dịch phân tích, tủa được lọc, rửa, sấy và nung đến khối lượng không đổi Từ khối lượng mẫu ban đầu và khối lượng tủa cân được, ta tính ra hàm lượng chất cần xác định theo công thức:

P F b. .100

a



P là hàm lượng %

F là hệ số chuyển (thừa số chuyển)

b là khối lượng tủa sau khi nung (g)

a là khối lượng mẫu ban đầu (g)

Hệ số chuyển F là tỉ số giữa khối lượng mol phân tử của chất cần xác định (hoặc khối lượng mol nguyên tử) với khối lượng mol phân tử của tủa (sau khi nung)

F =

M chất cần xác định

M tủa (sau khi nung)

Ví dụ: Định lượng natri sulfat trong natri sulfat khan như sau: cân chính xác

a gam natri sulfat khan, hòa tan hoàn toàn trong nước, lấy toàn bộ dd thu được này tác dụng với một lượng TT dư là dd bari clorid, thu tủa bari sulfat, lọc, rửa, sấy, nung đến khối lượng không đổi, cân được b gam Vậy hàm lượng Na2SO4 trong

Na2SO4 khan là?

2 4

100

Na SO

F b P

a



2 4 4

2 4

.100

a



2.2 Phương pháp bay hơi:

Phương pháp bay hơi dùng để xác định chất dễ bay hơi bằng cách lấy mẫu phân tích, xử lý bằng nhiệt độ hay thuốc thử thích hợp để cho chất cần phân tích bay hơi rồi xác định hàm lượng của nó dựa vào độ tăng khối lượng của bình đựng chất hấp phụ hay độ giảm khối lượng của bình sau khi chưng cất

Phương pháp bay hơi có hai loại:

2.2.1 Phương pháp bay hơi bằng nhiệt (Phương pháp bay hơi gián tiếp)

Dùng nhiệt độ thích hợp để làm bay hơi hoàn toàn chất cần xác định Từ khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy, ta tính được chất đã bay hơi (hoặc tính tỷ

lệ %) Phương pháp này còn gọi là phương pháp “giảm khối lượng do sấy khô”

C là hàm lượng % chất bay hơi

a là khối lượng mẫu trước khi sấy (g)

b là khối lượng mẫu sau khi sấy (g)

Phương pháp này được sử dụng để xác định độ ẩm của dược liệu, hóa chất

và nước kết tinh

II.1.2.Phương pháp bay hơi do thuốc thử (Phương pháp bay hơi trực tiếp) Dùng thuốc thử dư để làm bay hơi chất cần phân tích Toàn bộ lượng chất bay hơi được giữ lại ở bình hấp thụ, dựa vào sự tăng khối lượng bình hấp thụ, tính hàm lượng phần trăm của chất bay hơi trong mẫu thử

C là hàm lượng % chất bay hơi

m1 là khối lượng của bình trước khi hấp thụ (g)

m2 là khối lượng của bình sau khi hấp thụ (g)

Ví dụ: Để xác định hàm lượng CO2 trong muối carbonat, ta cho muối đó phản ứng với acid để giải phóng ra khí CO2.Khí CO2 được dẫn qua một bình đựng Ca(OH)2 đã biết trước khối lượng

CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O

III CÁC THAO TÁC CHUNG TRONG PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG

Quá trình phân tích một chất theo phương pháp PTKL phải thực hiện các thao tác cơ bản sau:

3.1 Chọn và cân mẫu:

Kết quả của phương pháp PTKL phụ thuộc nhiều vào việc chọn và cân mẫu.Mẫu phân tích được cân chính xác bằng cân phân tích Lượng cân phải tính toán sao cho không quá bé vì sẽ mắc sai số khi cân, mặc khác cũng không quá lớn

vì sẽ thu được nhiều kết tủa làm mắc thời gian khi lọc, rửa,…

3.2 Hòa tan mẫu:

Với mẫu rắn, thường dùng dung môi là nước để hòa tan mẫu Chú ý dùng tia nước cất để tráng kỹ chén cân, khuấy kĩ đến khi chất rắn tan hết.Trường hợp chất rắn không tan hết trong nước thì dùng dung dịch kiềm hay acid để hòa tan

3.3 Kết tủa

Dùng thuốc thử để kết tủa nguyên tố cần xác định, lượng thuốc thử phải dư

để kết tủa được hoàn toàn.Phải tạo điều kiện cho kết tủa thành tinh thể lớn để tủa

dễ lọc, dễ rửa( bằng cách đun nóng, cho thuốc thử chậm, hoặc để yên tủa một thời gian)

3.5 Sấy và nung tủa:

Tủa được sấy từ từ cho khô, chuyển tủa vào chén nung ( đã biết khối lượng) Nung tủa ở nhiệt độ thích hợp đến khối lượng không đổi

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ

1 Trình bày nguyên tắc chung, cách phân loại, nguyên tắc và cách tính kết quả trong phương pháp PTKH?

2 Trình bày trình tự và nội dung các thao tác chung trong quá trình phân tích một chất theo phương pháp PTKL?

3 Hòa tan hoàn toàn 1,7302 gam Na2SO4 khan trong nước, acid hóa bằng HCl, cho từ từ dd BaCl2 5% đến dư.Đun cách thủy cho phản ứng xảy ra hoàn toàn, lọc, rửa tủa, sấy khô, nung đến khối lượng không đổi, cân lượng chất rắn thu được 2,8362 gam Tính hàm lượng Na2SO4 trong Na2SO4 khan?

4 Cân chính xác 1,5738 gam NaCl, sấy đến khối lượng không đổi, cân lại được 1,4779 gam.Tính độ ẩm của NaCl?

BÀI 3

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH

MỤC TIÊU HỌC TÂP

1 Trình bày được nội dung, điểm tương đương, điểm kết thúc, phân loại

và yêu cầu đối với phản ứng dùng trong phân tích thể tích

2 Trình bày qui tắc chung và cách tính các kết quả định lượng theo nồng

Phản ứng giữa A và B xảy ra hoàn toàn:

A + B → C + D

Sự thêm từ từ dung dịch chuẩn A trên buret vào dung dịch thử B dưới bình nón (có thể tích xác định) gọi là sự chuẩn độ Thời điểm dung dịch chuẩn A cho vào đủ để phản ứng vừa hết toàn bộ dung dịch thử B gọi là điểm tương đương Để xác định điểm tương đương trong chuẩn độ thể tích người ta sử dụng một trong các chất tham gia phản ứng hoặc thêm vào chất phụ có thể gây ra các hiện tương quan sát được (ví dụ: đổi màu dung dịch, xuất hiện kết tủa, thay đổi màu tủa…) xảy ra ở lân cận điểm tương đương gọi là chất chỉ thị

So với phương pháp phân tích khối lượng thì phương pháp phân tích thể tích có độ chính xác không cao, nhưng vẫn đạt được mức yêu cầu cần thiết Mặc khác, phương pháp này thực hiên đơn giản và nhanh hơn nên vẫn được sử dụng hiện nay

II CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI MỘT PHẢN ỨNG DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH:

- Phản ứng phải có tính chọn lọc cao, nghĩa là chỉ xảy ra giữa dung dịch thử

và dung dịch chuẩn, không xuất hiện phản ứng phụ khác

- Phải có chất chỉ thị thích hợp để xác định chính xác điểm tương đương (phản ứng định lượng)

3 PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH:

Dựa vào bản chất của phản ứng dùng trong phân tích thể tích có thể phân loại các phương pháp phân tích như sau:

a) Phương pháp acid - base:

dựa vào phản ứng giữa acid– bazơ để định lượng trực tiếp hay gián tiếp acid

b) Phương pháp oxi hoá khử: dựa vào các phản ứng oxi hoá-khử để định

lượng trực tiếp các nguyên tố chuyển tiếp và một số chất hữu cơ, ngoài ra có thể định lượng gián tiếp một số anion vô cơ

c) Phương pháp kết tủa: dựa vào các phản ứng tạo thành kết tủa (hay hợp

chất ít tan)

d) Phương pháp tạo phức: dựa vào các phản ứng tạo phức giữa chất cần

phân tích và thuốc thử Nó dùng để định lượng trực tiếp đa số các cation kim loại

và định lượng gián tiếp một số anion Thuốc thử được dùng nhiều nhất là các complexon III

4 CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ

Tùy theo trình tự tiến hành chuẩn độ, người ta chia thành các cách chuẩn

độ sau:

a) Cách chuẩn độ trực tiếp: Thêm từ từ dung dịch chuẩn vào dung dịch

chất đinh phân, thuốc thử sẽ tác dụng trực tiếp với chất định phân Dựa vào

thể tích và nồng độ dung dịch chuẩn tính được lượng chất định phân

b) Cách chuẩn độ ngược: Thêm một thể tích chính xác và dư dung dịch

chuẩn vào dung dịch chất định phân Sau đó chuẩn độlượng dư thuốc thử bằng một dung dịch thuốc thử khác thích hợp Dựa vào thể tích và nồng độ của các dung dịch thuốc thử tính ra lượng chất định phân

c) Cách chuẩn độ thay thế: Cho chất định phân X tác dụng với một chất

khác MY để tạo thành hợp chất MX và giải phóng ra Y Sau đó chuẩn độ Y bằng dung dịch thuốc thử thích hợp và dựa vào thể tích, nồng độ thuốc thử tính ra lượng chất X

d) Cách chuẩn độ gián tiếp: Cách chuẩn độ này dùng để định lượng chất X

không thể chuẩn độ trực tiếp bằng một thuốc thửnào đó Chuyển X vào một hợp chất chứa ít nhất một nguyên tố có thể xác định trực tiếp bằng một loại thuốc thử và chất chỉthị thích hợp

5 ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ ĐIỂM KẾT THÚC:

5.1 Điểm tương đương:

Điểm tương đương là thời điểm mà lượng dung dịch chuẩn đã phản ứng tương đương hóa học với lượng chất thử cần xác định, nói cách khác điểm tương đương là thời điểm mà số đương lượng gam dung dịch chuẩn đã phản ứng bằng số đương lượng gam của chất cần xác định Điểm tương đương còn được gọi là điểm kết thúc của sự chuẩn độ lý thuyết hay điểm kết thúc của sự định phân lý thuyết

Ví dụ: Khi chuẩn độ dung dịch HCl bằng dung dịch NaOH:

HCl + NaOH → NaCl + H2O

Khi số đương lượng gam HCl bằn số đương lượng gam NaOH thì trong dung dịch chỉ có NaCl và H2O, pH của dung dịch là 7 Do đó, điểm tương đương ứng với pH = 7

5.2 Các xác định điểm tương đương

Có nhiều cách xác định điểm tương đương ứng với mỗi phương pháp định lượng Nhưng thường được sử dụng là dùng chất chỉ thị màu Chỉ thị màu là chất

có khả năng biến đổi màu hoặc gây ra một dấu hiệu nào đó ở gần điểm tương đương, nhờ vậy có thể xác định điểm tương đương

Ví dụ: Định lượng dung dịch CH3COOH bằng dung dịch NaOH có thể chọn chỉ thị phenoltalein:

CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O Trước điểm tương đương trong dung dịch còn acid, nên phenoltalein không màu Sau điểm tương đương dung dịch dư kiềm, phenoltalein có màu hồng Do đó

ở thời điểm tương đương dung dịch từ không màu chuyển sang màu hồng (tại thời điểm này ta kết thúc sự chuẩn độ)

5.3 Điểm kết thúc:

Điểm kết thúc là thời điểm mà ở đó chất chỉ thị có những biến đổi giúp ta kết thúc sự chuẩn đô Trong trương hợp lý tưởng điểm kết thúc chuẩn độ trùng với

điểm tương đương, trong thực tế điểm kết thúc chuẩn độ thường sai lệch với điểm tương đương

Ví dụ: Trong trường hợp chuẩn độ dung dịch HCl bằng dung dịch chuẩn

độ NaOH thì dùng chỉ thị phenolphthalein, điểm tương đương ứng vơi pH = 7, nhưng chỉ thị phenoltalein lại chuyển màu ở pH = 9, nên thường kết thúc chuẩn độ sau điểm tương đương

Sự sai lệch giữa điểm tương đương và kết thúc gây ra sai số của phép định lượng, nên cần chọn chỉ thị sao cho sai số nhỏ nhất (trong phạm vi cho phép)

6 CÁC DUNG DỊCH DÙNG TRONG PHÂN TÍCH THỂ TÍCH

Trong phương pháp phân tích thể tích thường dùng các loại nồng độ sau:

Với C: nồng độ % của dung dịch

mct: khối lượng chất tan

mdd: khối lượng dung dịch

Ví dụ: 100 ml dung dịch H2C2O4 10% nghĩa là trong 100 ml có chứa 10 g H2C2O4

Thể tích dung dịch HCl 37% (d=1.19) cần lấy để pha:

m

3719.1

6.2.1 Mol đương lượng (đương lượng gam-E): Đương lượng gam của một

chất là số gam của chất đó phản ứng vừa đủ với một đương lượng gam hydro hay với một đương lượng gam của một chất bất kỳ nào khác ký hiệu là E

6.2.2 Công thức tính:

n

M

E 

Với E: đương lượng gam của chất cần xác định (g)

M: khối lượng mol phân tử của chất cần xác định (g)

n: có giá trị tùy theo từng loại hợp chất:

+ Đối với base thì n có giá trị bằng số nhóm OH tham gia phản ứng của một phân tử base

+ Đối với acid thì n có giá trị bằng số nhóm hydroacid tham gia phản ứng của một phân tử acid

+ Đối với muối thì n có giá trị bằng tổng hóa trị của các nguyên tử kim loại tham gia phản ứng của một phân tử muối

+ Đối với chất oxy hóa và chất khử thì n có giá trị bằng số electron thu hay mất của một phân tử chất oxy hóa hay một phân tử chất khử khi tham gia phản ứng

6.2.3 Ví dụ:

Ví dụ 1:

2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O

g n

M

2

98 4

Ví dụ 2:

Bi(OH)3 + 2HCl → Bi(OH)Cl2 + 2H2O

g n

M

E Bi OH 130

2

260 3

)

g n

M

E HCl 36 5

1

5 36

M

E Na CO 106

1

106 3

Na2CO3 + 2HCl → CO2 + NaCl + H2O

g n

M

E Na CO 106

2

106 3

M

2

34 2

6.2.3 Nồng độ đương lương:

Nồng độ đương lượng (nồng độ CN): số mol đương lượng chất tan có trong 1 lít dung dịch hay số đương lượng gam chất tan có trong 1 lít dung dịch Công thức tính:

Với CN: nồng độ đương lượng của dung dịch (N)

mct: khối lượng chất tan của dung dịch (g)

E: đương lượng gam chất tan (g)

E C m V

E

m

ct dd

1000

2004005.01000







6.2.4 Tác dụng giữa các dung dịch đương lượng

Theo định luật tác dụng đương lượng có thể rút ra kết luận: trong các phản ứng hóa học cứ bao nhiêu đương lượng gam của chất này thì phản ứng vừa đủ với bấy nhiêu đương lượng gam của chất kia hay hai chất có số đương lượng gam bằng nhau thì tác dụng vừa đủ với nhau

Từ kết luận trên suy ra:

- Khi 2 dung dịch có nồng độ đương lượng bằng nhau thì chúng tác dụng với nhau theo những thể tích bằng nhau

- Khi 2 dung dịch có nồng độ đương lượng khác nhau mà tác dụng vừa đủ với nhau thì thể tích của chúng tỷ lệ nghịch với nồng độ

Giả sử dung dịch A có nồng độ là N1 và thể tích là V1 Dung dịch B có nồng độ là

N2 và thể tích là V2 Nếu dung dịch A tác dụng vừa đủ với dung dịch B thì:

2 2 1 1 1

2

2

1

V N V N

V N N V N

V

1.20

201.0

1

2 2 1 2 2

1

Với T: độ chuẩn của dung dịch (g/ml)

mct: khối lượng chất tan (g)

/  nghĩa là 1 ml dung dịch HCl tác dụng vừa đủ với 0.0053 g Na2CO3 nguyên chất (hay 1 ml HCl tương đương 0.0053 g Na2CO3)

- Công thức tính:

1000

/

B A

Với TA/B: độ chuẩn của dung dịch A đối với chất cần xác định B

NA: nồng độ đương lương của dung dịch A

EB: đương lượng gam của chất cần xác định B

Ví dụ: Tính độ chuẩn của dung dịch HCl đối với NaOH, biết rằng khi định lượng dung dịch NaOH dùng dung dịch chuẩn độ là HCl 0.1N?

Áp dụng công thức:

ml g E

7 TÍNH KẾT QUẢ TRONG PHÂN TÍCH THỂ TÍCH

7.1 Tính kết quả trong phương pháp định lượng trực tiếp hoặc phương pháp thế

Bài toán: Hút chính xác V ml chế phẩm A (hoặc cân chính xác a gam chế phẩm A) pha thành Vđ.m ml dung dịch trong bình định mức Lấy V1 ml dung dịch này đem chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn độ B có nồng độ N2 hết V2 ml Xác định nồng độ

% của chế phẩm (hoặc hàm lượng % của chế phẩm)

Cách tính như sau:

- Cách 1 Tính theo nồng độ đương lượng

+ Tính nồng độ của dung dịch A trong bình định mức:

1

2 2 1 2 2 1 1

V

V N N V N V