Kết quả thực nghiệm và thảo luận
Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức đơn ligan
3.1.1 Phổ hấp thụ của PAN Cách tiến hành: Chuẩn bị dung dịch trong bình định mức 10,00ml, dung dịch thuốc thử có nồng độ C PAN =6,00.10 -5 M, lực ion hằng định = 0,1; ở pH = 7,
20 Sau đó tiến hành chiết bằng 5,00ml dung môi clorofom Khảo sát phổ hấp thụ electron của PAN Kết quả đ-ợc trình bày trong bảng 3.1 và hình3.1
Bảng 3.1: Giá trị mật độ quang của dung dịch PAN ở các b-ớc sóng khác nhau (l=1,001cm, =0,1 pH=7,20)
Từ đó ta có phổ hấp thụ electron:
Hình 3.1: Phổ hấp thụ của PAN trong dung môi CHCl 3 , đo trên máy UV-Vis pH= 7, 20
Kết quả cho thấy tại pH = 7, 20 phổ hấp thụ electron của PAN có 1 pic tại
3.1.2 Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức của Pb 2+ - PAN Cách tiến hành: Để khảo sát phổ hấp thụ electron của phức Pb 2+ -PAN, chúng tôi chuẩn bị các dung dịch sau:
* Dung dịch so sánh: C PAN = 7,00.10 -5 M ở pH=7,20 ; = 0,1
* Dung dịch phức : Pb 2+ - PAN ở pH =7, 20; = 0,1
- Khảo sát phổ hấp thụ electron của:
+ PAN, dung dịch so sánh là CHCl 3 + Pb 2+ -PAN, dung dịch so sánh là CHCl 3 Kết quả chụp phổ và đo đ-ợc trình bày ở bảng 3.2 và hình 3.2
Bảng 3.2: Giá trị mật độ quang của phức Pb 2+ - PAN ở các b-ớc sóng khác nhau (l=1,001 cm; =0,1; pH=7,20)
Hình 3.2: Phổ hấp thụ electron của phức PAN- Pb 2+ và của thuốc thử PAN trong dung môi clorofom
(1): Phổ hấp thụ electron của thuốc thử PAN
(2): Phổ hấp thụ electron của phức PAN- Pb 2+ Bảng 3.3 : B-ớc sóng hấp thụ cực đại của PAN và phức Pb 2+ - PAN
Dung dịch nghiên cứu pH λ max(nm) Δλ max(nm)
Kết quả cho thấy ở pH = 7, thuốc thử PAN hấp thụ cực đại tại bước sóng 470 nm Khi thêm Pb²⁺ vào dung dịch PAN, hiệu ứng chuyển bước sóng cực đại từ 470 nm đến 560 nm (Δλ = 90 nm) diễn ra, đi kèm với sự tăng mật độ quang, thể hiện rõ quá trình tạo phức giữa Pb²⁺ và PAN Phức hấp thụ quan trọng nhất được xác định ở bước sóng 560 nm, và các phép đo mật độ quang lần sau đều thực hiện tại bước sóng này để đảm bảo độ chính xác trong phân tích.
Nghiên cứu các điều kiện tối -u cho sự tạo phức Pb 2+ -PAN
3.2.1 Dung môi chiết phức Pb 2+ - PAN
Chuẩn bị các dung dịch trong bình định mức 10,00ml:
Dung dịch so sánh : C PAN = 7,00.10 -5 M, pH=7 20; = 0,1
Dung dịch phức Pb 2+ - PAN có: C Pb 2+ = 3,00.10 -5 M,
Tiến hành chiết các dung dịch bằng các dung môi hữu cơ khác nhau với thể tích 5,00 ml, sau đó đo mật độ quang của các dịch chiết trong điều kiện tối ưu Kết quả đo được trình bày rõ ràng trong Bảng 3.4 và Hình 3.3, giúp đánh giá hiệu quả của quá trình chiết và xác định các điều kiện tối ưu cho phân tích.
Bảng 3.4: Mật độ quang của phức Pb 2+ - PAN trong các dung môi hữu cơ khác nhau ( l=1,001cm, =0,1, pH=7, 20)
Figure 3.3 illustrates the electron absorption spectra of the Pb²⁺-PAN complex in different solvents The spectrum labeled (1) shows the absorption in chloroform, highlighting its interaction with the complex Spectrum (2) demonstrates the electron absorption in iso-amyl alcohol, indicating solvent effects on the complex’s absorption characteristics Lastly, spectrum (3) presents the absorption in isobutyl alcohol, providing insights into how varying solvents influence the electronic properties of the Pb²⁺-PAN complex.
Bảng 3.5: Các thông số về phổ hấp thụ electron của phức Pb 2+ -PAN trong các dung môi hữu cơ thông dụng khác nhau
STT Dung môi pH max (nm) A max
Dựa trên kết quả từ bảng 3.4 và hình 3.3, chúng tôi nhận thấy phức Pb²⁺-PAN có khả năng chiết xuất kém trong các dung môi phân cực, nhưng lại chiết tốt hơn trong các dung môi ít phân cực Đặc biệt, trong dung môi cloroform, mật độ quang phức đạt giá trị cao nhất Vì vậy, trong các bước nghiên cứu tiếp theo, chúng tôi sẽ sử dụng dung môi chloroform để tối ưu hóa quá trình chiết phức Pb²⁺-PAN nhằm nâng cao hiệu quả phân tích.
3.2.2 Xác định thời gian lắc chiết tối -u
Chuẩn bị dung dịch trong bình định mức 10ml:
Dung dịch so sánh: C PAN =6,00.10 -5 M ở pH=7, 20; = 0,1 Dung dịch phức Pb 2+ - PAN ở pH=7, 20:
Tiến hành lắc chiết mẫu với dung môi chloroform (5,00 ml) trong các khoảng thời gian khác nhau để tối ưu quá trình chiết xuất Đo mật độ quang của dịch chiết ở các điều kiện tối ưu nhằm xác định hiệu quả chiết xuất và mức độ hòa tan của hợp chất Kết quả các phép đo được trình bày trong bảng (3.6) và hình (3.4), giúp đánh giá ảnh hưởng của thời gian lắc đến độ hòa tan và khả năng chiết xuất của hợp chất trong môi trường chloroform.
Bảng 3.6: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức Pb 2+ -PAN vào thời gian lắc chiết
(l=1,001cm, =0,1, pH=7,20, max = 560nm) t(phót) 1 2 3 4 5 6 7 8
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức Pb 2+ -PAN vào thời gian lắc chiết
Kết quả nghiên cứu cho thấy, mật độ quang bắt đầu ổn định sau khi lắc chiết khoảng 2-5 phút Vì vậy, trong các bước tiếp theo, chúng tôi đã tiến hành lắc chiết phức trong thời gian 5 phút để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của quá trình phân tích quang học.
3.2.3 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào thời gian sau khi chiết Cách tiến hành: Để nghiên cứu khoảng thời gian tối -u của phức sau khi chiết, chúng tôi chuẩn bị các dung dịch sau:
Dung dịch so sánh : C PAN = 6,00.10 -5 M, = 0,1; pH=7, 20 Dung dịch phức Pb 2+ -PAN ở pH=7,20
Sau khi lắc chiết với dung môi chlorofom (5,00 ml) trong vòng 5 phút, thu được dịch chiết Tiếp theo, đo mật độ quang của dịch chiết ở các điều kiện tối ưu và ở các thời gian khác nhau Kết quả đo đạc được trình bày trong bảng (3.7) và hình (3.5): t(phốt).
Bảng 3.7: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức Pb 2+ -PAN vào thời gian
(l=1,001cm, =0,1, pH=7,20, max = 560nm) t(phót) A i t(phót) A i
Hình 3.5: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức
Kết quả cho thấy mật độ quang của phức Pb 2+-PAN sau khi chiết lên pha hữu cơ 30 phút bắt đầu ổn định và duy trì tính bền vững trong thời gian dài Do đó, các thí nghiệm tiếp theo của chúng tôi đều được tiến hành đo mật độ quang của phức sau khi chiết trong khoảng thời gian 30 phút để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả.
3.2.4 Xác định pH tối -u Để xác định pH chiết tối -u, chúng tôi chuẩn bị các dung dịch trong bình định mức 10,00ml:
Dung dịch so sánh: C PAN =4,50.10 -5 M, = 0,1.
Dung dịch phức Pb 2+ PAN:
Tiến hành điều chỉnh dung dịch thuốc thử và phức ở các giá trị pH khác nhau, sau đó chiết bằng 5,00ml dung môi cloroform Mật độ quang của dịch chiết phức được đo ở các điều kiện tối, kết quả được trình bày trong bảng (3.8) và hình (3.6), giúp đánh giá ảnh hưởng của pH đến khả năng tạo phức và khả năng chiết xuất.
Bảng 3.8: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức Pb 2+ -PAN vào pH chiết
Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc thuộc mật độ quang của phức Pb 2+ - PAN vào pH chiết pH
Từ đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của mật độ quang của phức Pb 2+ -PAN vào pH, cho thấy mật độ quang của phức này tăng dần khi pH tăng và đạt giá trị cực đại trong khoảng pH từ 7,2 đến 7,3 Trong các nghiên cứu tiếp theo, chúng tôi lựa chọn thực hiện quá trình chiết tại pH=7,2 để đảm bảo hiệu quả tối ưu của quá trình chiết.
3.2.5 Xác định thể tích dung môi chiết tối -u
Chuẩn bị dung dịch trong bình định mức 10ml:
Dung dịch so sánh: C PAN =6,00.10 -5 M, = 0,1; pH=7, 20 Dung dịch phức Pb 2+ - PAN ở pH=7, 20
Trong quá trình đo mật độ quang của phức trong pha nước trước khi chiết, ta đã xác định giá trị A1 Sau đó, sử dụng các thể tích khác nhau V1, V2, , Vn của dung môi chlorofom để thực hiện quá trình chiết phức và đo mật độ quang của pha nước sau chiết, thu được giá trị A2 Hiệu suất chiết (R%) được tính bằng công thức dựa trên sự khác biệt giữa A1 và A2, phản ánh hiệu quả của quá trình chiết phức Nồng độ của ion chì Pb²⁺ là 2,00×10⁻⁵ M và của PAN là 6,00×10⁻⁵ M, với hệ số độ dẫn μ là 0,1, và bước sóng tối ưu λmax ở khoảng V0nm, nhằm đảm bảo kết quả phân tích chính xác vàtin cậy.
Để xác định thể tích dung môi hữu cơ tối ưu (V0), chúng tôi đã thử các thể tích chloroform lần lượt là 2,00ml, 3,00ml, 4,00ml, 5,00ml, 6,00ml, 7,00ml và 8,00ml Thể tích dung môi hữu cơ tối ưu được xác định là thể tích cho giá trị phần trăm chiết cao nhất và mật độ quang của phức trong dịch chiết đạt giá trị lớn nhất Kết quả chi tiết được trình bày trong bảng (3.9).
Bảng 3.9: Sự phụ thuộc phần trăm chiết của phức Pb 2+ -PAN vào thể tích dung môi chiÕt ( max V0nm, l=,001cm, =0,1, pH=7, 20)
V(ml) n-íc sau khi chiÕt)
A i (phức trong n-íc tr-íc khi chiÕt )
A 2 (phức trong n-íc sau khi chiÕt )
Kết quả nghiên cứu cho thấy:
Thể tích pha nước trước và sau khi chiết đều không thay đổi đáng kể, do đó, có thể coi gần như thể tích pha nước vẫn giữ nguyên trong quá trình chiết.
Hiệu suất chiết tăng khi tăng thể tích pha hữu cơ, đặc biệt khi sử dụng 6,00ml, 7,00ml hoặc 8,00ml dung môi hữu cơ, giúp cải thiện hiệu quả tách chất Tuy nhiên, khi chiết với thể tích nhỏ hơn như 2,00ml, 3,00ml hoặc 4,00ml, mật độ quang của phức trong pha hữu cơ tương đối lớn nhưng hiệu suất chiết lại kém hơn Do đó, việc điều chỉnh thể tích pha hữu cơ phù hợp là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa quá trình chiết và nâng cao hiệu quả phân tích.
Trong quá trình nghiên cứu, sử dụng 5,00ml dung môi cho hiệu suất chiết cao và đạt được giá trị mật độ quang của phức trong dịch chiết tương đối lớn Chính vì vậy, chúng tôi lựa chọn thể tích pha hữu cơ chiết là 5,00ml cho các bước phân tích tiếp theo nhằm đảm bảo hiệu quả và độ chính xác của phương pháp.
3.2.6 Sự phụ thuộc phần trăm chiết vào số lần chiết và hệ số phân bố
Chuẩn bị dung dịch trong bình định mức 10ml:
Dung dịch so sánh: C PAN =6,00.10 -5 M, = 0,1; pH=7,20 Dung dịch phức Pb 2+ -PAN ở pH=7, 20
C Pb 2+ = 2,00.10 -5 M, C PAN = 6,00.10 -5 M, = 0,1; max V0nm Sau đó tiến hành 3 thí nghiệm:
Thí nghiệm 1: Dùng 5,00ml dung môi clorofom để chiết một lần dung dịch phức, đo mật độ quang ta đ-ợc A 1
Xác định thành phần phức Pb 2+ -PAN
3.3.1 Ph-ơng pháp tỷ số mol xác định thành phần phức Pb 2+ : PAN Cách tiến hành: Chúng tôi chuẩn bị 2 dãy dung dịch trong bình định mức
Dãy1: - Dung dịch nghiên cứu:
C PAN thay đổi từ 0,40.10 -5 M đến 4,00.10 -5 M
Các dung dịch này đều chuẩn bị ở pH = 7,20 = 0,1; max V0 nm
Dãy 2: - Dung dịch nghiên cứu:
C Pb2+ thay đổi từ 0,20.10 -5 M đến 2,00.10 -5 M
C PAN = 2,00.10 -5 M Các dung dịch này cũng chuẩn bị ở pH = 7, 20; = 0,1; max V0 nm
Tiến hành chiết bằng 5,00ml dung môi clorofom, đo mật độ quang của dịch chiết phức so với mẫu trắng, kết quả đ-ợc trình bày trong bảng (3.14); (3.15) và h×nh (3.8); (3.9):
Dãy 1: Bảng 3.14: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức Pb 2+ -PAN vào nồng độ(λ max V0 nm; l=1;001cm; à = 0,1; pH=7,20)
Hình 3.8: Đồ thị xác định tỉ lệ PAN: Pb 2+ theo ph-ơng pháp tỉ số mol
Dãy 2: Bảng 3.15: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức Pb 2+ -PAN vào nồng độ Pb 2+ (λ max V0 nm; l=1,001cm; à =0,1; pH=7,20)
Hình 3.9: Đồ thị xác định tỉ lệ Pb 2+ :PAN phức theo ph-ơng pháp tỉ số mol
Từ kết quả thu đ-ợc trên hình 3.8 và 3.9 cho ta thấy phức Pb 2+ -PAN có tỷ lệ = 1:2
3.3.2 Ph-ơng pháp biến đổi liên tục (ph-ơng pháp hệ đồng phân tử, ph-ơng pháp Otrom-slenco - Job)
Cách tiến hành: Chúng tôi chuẩn bị 2 dãy dung dịch trong bình định mức 25ml có tổng nồng độ C PAN + C Pb2+ hằng định; C PAN , C Pb2+ thay đổi; C 0 PAN C 0 Pb2+ = 1,00.10 -3 M
Dãy 2: C PAN + C Pb2+ = 4,20.10 -5 M Các mẫu này đ-ợc chế hóa ở pH = 7, 20; = 0,1 Tiến hành chiết phức và đo mật độ quang của phức so với dung dịch so sánh là dịch chiết PAN (bằng dung dịch thuốc thử mà ta lấy để tạo phức)
Kết quả đo của dãy 1 đ-ợc trình bày ở bảng 3.16 và hình 3.10
Bảng 3.16 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào tỷ lệ
TT VPb2+ (ml) VPAN (ml)
Hình 3.10 Ph-ơng pháp hệ đồng phân tử xác định thành phần phức (C PAN + C Pb2+ = 7,20.10 -5 )
Kết quả thu đ-ợc trên hình 3.6 cho thấy: x max 2
C = n m + n = 0,667 m: n = 1:2 hay tỷ lệ Pb 2+ :PAN = 1:2
Kết quả đo của dãy 2 đ-ợc trình bày ở bảng 3.17 và hình 3.11
Bảng 3.17 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào tỷ lệ
(C PAN + C Pb2+ = 4,20.10 -5 M; pH = 7, 20; à = 0,1; = 560nm; l = 1,001cm)
STT V Pb2+ (ml) V PAN (ml)
Hình 3.11 Ph-ơng pháp hệ đồng phân tử xác định thành phần phức (C PAN + C Pb2+ = 4,20.10 -5 M) Kết quả thu đ-ợc trên hình 3.7 cho thấy: x max Pb 2
C = n m + n = 0,667 m: n = 1:2 hay tỷ lệ Pb 2+ :PAN = 1:2
Các kết quả cho thấy, tại các tổng nồng độ khác nhau, vị trí cực đại thay đổi nhưng hoành độ trùng nhau, chứng tỏ thành phần phức chất là không đổi và tỷ lệ Pb²⁺ : PAN là 1:2 Kết quả này phù hợp hoàn toàn với phương pháp tỉ số mol, xác nhận tính ổn định của phức chất trong các điều kiện nghiên cứu.
3.3.3 Ph-ơng pháp Staric-Bacbanel
Phương pháp tỷ số mol và phương pháp hệ đồng phân tử đều cho kết quả tỷ lệ Pb²⁺ : PAN là 1:2 Chúng tôi đã sử dụng phương pháp Staric-Bacbanel để xác định chính xác giá trị tuyệt đối của hệ số tỷ lệ này giữa Pb²⁺ và PAN, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình phân tích hợp chất.
Cách tiến hành: Chúng tôi khảo sát 2 dãy dung dịch
Dãy 1: - Dung dịch nghiên cứu:
C Pb 2+ thay đổi từ 0,40.10 -5 M đến 2,00.10 -5 M
- Dung dịch so sánh PAN 4,00.10 -5 M
Các mẫu này đều chế hóa ở pH = 7, 20; = 0,1
Dãy 2: - Dung dịch nghiên cứu:
C PAN thay đổi từ 0,30.10 -5 M đến 3,00.10 -5 M Dung dịch so sánh PAN (chính là dung dịch PAN mà ta lấy để tạo phức)
Các mẫu đều được chế hóa ở pH = 7, 20 để đảm bảo điều kiện ổn định cho phản ứng Tiếp theo, tiến hành chiết phức và đo mật độ quang của dịch chiết so với mẫu trắng dưới các điều kiện tối, nhằm xác định hàm lượng hợp chất trong mẫu Kết quả đo đạc được trình bày rõ ràng trong các bảng (3.18), (3.19), (3.20) và hình (3.11), (3.12), thể hiện mức độ tương quan và độ chính xác của phương pháp phân tích Những dữ liệu này giúp đánh giá hiệu quả của quy trình chiết phức và tính ổn định của mẫu trong các điều kiện tối.
Bảng 3.18 : Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào C PAN và C Pb 2+
Dãy 1: Bảng 3.19 : Kết quả xác định thành phần phức Pb 2+ -PAN
Hình 3.12: Đ-ờng thẳng hiệu suất t-ơng đối xác định m của phức Pb m PAN n tại pH = 7, 20
Dãy 2: Bảng 3.20: Kết quả xác định thành phần phức Pb 2+ -PAN (λ max = 560 nm, l=1,001cm, à = 0,1, pH =7, 20)
Hình 3.13: Đồ thị đ-ờng cong hiệu suất t-ơng đối xác định n của phức Pb m PAN n tại pH =7,2
Từ đồ thị ta thấy:
) có dạng một đ-ờng thẳng Vì vậy hệ số tỉ l-ợng m=1
) có dạng một đ-ờng cong, có cực đại tại
) = 0,520 Nên thay vào công thức tính đ-ợc n 2
Kết quả xác định thành phần phức bằng ba phương pháp độc lập đều cho tỷ lệ Pb²⁺ : PAN là 1:2, chứng tỏ phức tạo thành có dạng Pb(PAN)₂ Các phân tích này khẳng định rằng phức Pb-PAN là phức đơn nhân, đảm bảo tính chính xác trong quá trình xác định thành phần phức kim loại Phương pháp xác định này giúp đảm bảo độ chính xác cao và phù hợp trong nghiên cứu và phân tích hóa học phức kim loại.
Nghiên cứu cơ chế tạo phức Pb 2+ -PAN
3.4.1 Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của Pb 2+ và PAN theo pH 3.4.1.1 Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của Pb 2+ theo pH
Trong dung dịch Pb 2+ bị thuỷ phân 3 nấc theo các ph-ơng trình:
Pb 2+ + H 2 O Pb(OH) + + H + K 1 = 10 -7,5 Pb(OH) + + H 2 O Pb(OH) 2 + H + K 2 = 10 -10,0 Pb(OH) 2 + H 2 O Pb(OH) 3 + H + K 3 = 10 -11,3
[Pb(OH) + ] = h -1 K 1 [ Pb 2+ ] [Pb(OH) 2 ] = h -2 K 1 K 2 [Pb 2+ ] [Pb(OH) 3 - ] = h -3 K 1 K 2 K 3 [Pb 2+ ] áp dụng định luật bảo toàn nồng độ ban đầu ta có:
C Pb 2+ = [Pb 2+ ] + [Pb(OH) + ] + [Pb(OH) 3 ] = [Pb 2+ ] [ 1 + h -1 K 1 + h -2 K 1 K 2 + h -3 K 1 K 2 K 3 ]
Từ đó, ta rút ra đ-ợc biểu thức tính nồng độ cân bằng của các cấu tử có trong dung dịch:
Tỷ lệ phần trăm các dạng tồn tại:
Tiến hành xử lý số liệu phần trăm các dạng tồn tại của ion Pb 2+ bằng phần mềm đồ họa Malabv 5.3 chúng ta có:
Hình 3.14: Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của Pb 2+ theo pH
3.4.1.2 Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của PAN theo pH
Thuốc thử PAN hoàn toàn tan trong các dung môi hữu cơ như axeton Khi hòa vào dung môi hữu cơ, PAN tồn tại các trạng thái cân bằng đặc trưng, điều này giúp tăng hiệu quả trong các phản ứng phân tích Việc sử dụng dung môi hữu cơ phù hợp như axeton là yếu tố quan trọng để đảm bảo tính chính xác của các phép thử liên quan đến PAN.
Theo định luật bảo toàn nồng độ ban đầu ta có:
Từ đó ta rút ra đ-ợc biểu thức tính nồng độ cân bằng của các cấu tử có trong dung dịch :
Tỷ lệ phần trăm các dạng tồn tại:
Kết quả tính phần trăm các dạng tồn tại của thuốc thử PAN theo pH đ-ợc trình bày ở hình (3.15):
Bảng 3.21: Phần trăm các dạng tồn tại của thuốc thử PAN (HR) theo pH pH %[H 2 R + ] %[HR] %[R - ]
Tiến hành xử lí số liệu phần trăm các dạng tồn tại của thuốc thử PAN bằng phần mềm đồ họa Matlab chúng ta có:
Hình 3.15 : Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của thuốc thử PAN theo pH
3.4.2 Cơ chế tạo phức Pb 2+ -PAN Để xác định dạng ion Pb 2+ và PAN đi vào phức, chúng tôi sử dụng đoạn tuyến tính trong đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức Pb 2+ -PAN vào pH (bảng 3.23; hình 3.16) để xác định các giá trị: C K , (C R – 2C K ), -lgB dựa vào các công thức:
Từ đó biểu thức B đ-ợc tính
Kết quả đ-ợc trình bày trong bảng (3.22), (3.23) và hình 3.16:
Bảng 3.22: Kết quả tính nồng độ các dạng tồn tại của ion Pb 2+ pH C K 10 5 [Pb 2+ ].10 5 [Pb(OH) + ].10 7 [Pb(OH) 2 ].10 10 [Pb(OH) 3 - ].10 15
Bảng 3.23: Kết quả tính –lgB. pH -lg BPb 2+ -lgBPb(OH) + -lgBPb(OH) 2 -lgBPb(OH) 3 -
Từ bảng (3.23) chúng tôi xử lý kết quả - lgB = f(pH) bằng ch-ơng trình Regression của phần mềm Ms- Excel và đồ thị đ-ợc biểu diễn trên hình 3.16:
Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc -lgB =f(pH) của phức Pb 2+ -PAN
Từ đồ thị ta thấy chỉ có một đ-ờng –lg B Pb 2+ có tgα> 0, nên ta chọn dạng có i 0 làm dạng tồn tại chủ yếu
ứng với i = 0 có tgα= qn = 1,919≈ 2, với q = 2⇒ n = 1 Từ đây chúng tôi rút ra kết luận:
Dạng ion kim loại đi vào phức là Pb 2+
Dạng thuốc thử PAN đi vào phức là R - Vậy công thức giả định của phức là Pb(R - ) 2
Ph-ơng trình phản ứng tạo phức giả định là: Pb 2+ + HR Pb(R) 2 +2H +
3.5 Xác định các tham số định l-ợng của phức: , , k p
3.5.1 Xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức và thuốc thử 3.5.1.1 Xác định hệ số hấp thụ phân tử của PAN
Để xác định hệ số hấp thụ phân tử gam của phức theo phương pháp Komar, cần biết hệ số hấp thụ phân tử gam của thuốc thử PAN tại bước sóng hấp thụ tối ưu của phức Việc này giúp đảm bảo độ chính xác trong quá trình phân tích quang học và định lượng kim loại trong hợp chất phức Áp dụng đúng phương pháp này giúp xác định nhanh chóng, chính xác hệ số hấp thụ phân tử, từ đó nâng cao hiệu quả phân tích hóa học liên quan đến phức của kim loại.
Chuẩn bị dãy dung dịch thuốc thử PAN với các nồng độ khác nhau để đo mật độ quang của từng dịch chiết giúp xác định hệ số hấp thụ phân tử gam theo định luật Beer-Lambert Kết quả thu được từ phép đo sẽ được trình bày trong bảng (3.25), từ đó có thể tính toán chính xác hệ số hấp thụ phù hợp cho thuốc thử Quá trình này đảm bảo dữ liệu chính xác và hỗ trợ phân tích định lượng thuốc thử PAN dựa trên các nguyên tắc quang học.
Trong đó: : là hệ số hấp thụ phân tử gam của PAN
C: nồng độ dung dịch PAN(mol/l) l: chiều dày cuvét(cm)
Bảng 3.24: Kết quả tính PAN theo định luật Buger-Lamber-Beer:
Xử lý thống kê bằng ch-ơng trình Descriptive Statistic trong phần mềm Ms - Excel (p=0,95, k=5 ) ta đ-ợc kết quả:
3.5.1.2 Xác định của phức Pb(R - ) 2 bằng ph-ơng pháp Komar Để xác định hệ số hấp thụ phân tử gam của phức Pb(R - ) 2 theo ph-ơng pháp Komar, chúng tôi chuẩn bị năm cặp dung dịch phức có nồng độ: 2C PAN = CPb 2+ Sau đó đo mật độ quang của dịch chiết phức và tính hệ số hấp thụ mol của phức PAN- Pb 2+ theo ph-ơng pháp Komar bởi công thức:
Từ đó chúng tôi đã tính hệ số hấp thụ phân tử gam, kết quả đ-ợc trình bày trong bảng (3.26)
Bảng (3.25): Kết quả xác định của phức Pb 2+ -PAN bằng ph-ơng pháp
Xử lý thống kê bằng ch-ơng trình Descriptive Statistic trong phần mềm Ms - Excel (p=0,95, k=4 ) ta đ-ợc kết quả:
3.5.1.3 Xác định của phức Pb(R - ) 2 bằng ph-ơng pháp đ-ờng chuẩn Cách tiến hành: Chuẩn bị một dãy mẫu có nồng độ phức tăng dần và
Trong quá trình phân tích, 2C PAN được quy đổi thành dạng C Pb2+ và các mẫu được chế hòa ở pH = 7, nồng độ μ = 0,1 trong bình định mức 10ml Tiếp theo, tiến hành chiết phức trong 5ml dung môi chlorofom, sau đó đo mật độ quang của dịch chiết tại λ = 560nm, sử dụng mẫu trắng làm đối chứng Kết quả thu được thể hiện rõ ràng trong bảng 3.27 và hình 3.17, cung cấp dữ liệu chính xác cho phân tích.
Bảng 3.26 Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ phức (pH = 7,2; = 0,1; = 560nm; l = 1,001cm)
Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ phức
3.5.1.4 So sánh hai giá trị tính từ hai ph-ơng pháp
Giả thiết 1 2 là do nguyên nhân ngẫu nhiên với xác suất P = 0,95
= 1,21 t(P = 0,95; K = 4) = 2,78 Vậy t TN < t(P = 0,95; K = 6) 1 2 là do nguyên nhân ngẫu nhiên
Nh- vậy, sự khác nhau giữa hai giá trị phức tính từ hai ph-ơng pháp là do nguyên nhân ngẫu nhiên
3.5.2 Tính các hằng số K H , K p, của phức Pb(R - ) 2 Để tính các giá trị K H, K p , β của phức chúng tôi giả định ph-ơng trình phản ứng tạo phức xảy ra trong dung dịch nh- sau:
A i ε Δ ; ( đ-ợc tính theo ph-ơng pháp Komar)
Trong dung dịch có cân bằng chính sau:
Hằng số không bền K H của phức đ-ợc tính theo công thức sau:
Từ đó chúng tôi đã tính đ-ợc lgK H , -lgK p và lg, kết quả đ-ợc trình bày trong bảng (3.27) và (3.28):
Bảng 3.27: Kết quả tính lgK cb của phức Pb(R - ) 2 bằng ph-ơng pháp Komar
STT CPb 2+ 10 5 C K 10 5 [Pb 2+ ].10 7 [HR].10 7 LgK cb
Bảng 3.28: Kết quả tính lg của phức Pb(R - ) 2
STT CPb 2+ 10 5 C K 10 5 M [ Pb 2+ ].10 7 [R - ].10 12 -lgK H lg
Xử lý thống kê bằng ch-ơng trình Descriptive Statistic trong phần mềm Ms - Excel (p=0,95, k=4 ) ta đ-ợc kết quả: lgK cb = 7,482 0,1694 lg = 20,50123 0,3593.
Xây dựng phơng trình đờng chuẩn phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ của phức và xác định hàm lợng Chì trong mẫu nhân tạo
3.6.1 Xây dựng ph-ơng trình đ-ờng chuẩn phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ của phức Để xây dựng ph-ơng trình đ-ờng chuẩn phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ của phức, chúng tôi tiến hành nghiên cứu khoảng nồng độ tuân theo định luật Beer của phức
Chuẩn bị dung dịch: C PAN = 2 CPb 2+
Sau đó thực hiện các thí nghiệm trong các điều kiện tối -u, kết quả nghiên cứu đ-ợc trình bày trong bảng (3.29) và hình (3.18):
Bảng 3.29: Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ của phức
Hình 3.18 : Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN- Pb 2+ vào nồng độ Pb 2+
Dựa trên kết quả thu được, chúng tôi kết luận rằng nồng độ tuân theo định luật Beer của phức Pb²⁺-PAN nằm trong khoảng từ 0,3 đến 3,3 × 10⁻⁵ M Khi nồng độ của phức vượt quá khoảng này, hiện tượng lệch khỏi định luật Beer sẽ xảy ra, cho thấy sự giới hạn của phương pháp trong đo nồng độ phức hợp Pb²⁺-PAN.
Xử lý đoạn nồng độ tuân theo định luật Beer bằng ch-ơng trình Regression trong phần mềm Ms- Excel thu đ-ợc ph-ơng trình đ-ờng chuẩn:
Xử lí thống kê đ-ờng chuẩn:
Sau khi tính đ-ợc a và b ta phải đánh giá độ chính xác của chúng:
Tõ ®©y ta cã: S a = 0,001034, S b = 74,13793, víi tp=0,95, k=6 = 2,31
b = t p,k S b = 2,31.74,13793 2 a = (0,014 0,0020); b = (3,211 0,0172).10 4 Ph-ơng trình đ-ờng chuẩn có dạng:
Giá trị hệ số hấp thụ phân tử gam của phức theo phương pháp đường chuẩn là ε_phức = (3,211 ± 0,0172) × 10^4, cho thấy kết quả này hoàn toàn phù hợp với phương pháp Komar, đảm bảo độ chính xác và tin cậy trong phân tích quang học của phức hợp.
3.6.2 Chế hoá và định l-ợng chì trong mẫu nhân tạo Để đánh giá độ chính xác của ph-ơng pháp và có cơ sở khoa học tr-ớc ứng dụng kết quả nghiên cứu để xác định hàm l-ợng chì trong một số đối t-ợng phân tích.Chúng tôi chuẩn bị các dung dịch phức PAN- Pb 2+ trong bình định mức 10 ml, ở pH=7, 20
Trong quá trình phân tích, nồng độ của CPb 2+ được xác định là 2,40 x 10^-5 M, trong khi nồng độ của thuốc thử PAN là 6,00 x 10^-5 M Thí nghiệm được thực hiện bằng phương pháp chiết bằng 5,00 ml dung môi chloroform dưới điều kiện tối, sau đó đo mật độ quang của dung dịch chiết so với thuốc thử PAN Quá trình này được lặp lại 5 lần nhằm đảm bảo tính chính xác, và các kết quả đo lường đã được tổng hợp trình bày trong bảng (3.33).
Bảng 3.31: Kết quả xác định hàm l-ợng chì trong mẫu nhân tạo bằng ph-ơng pháp trắc quang (l=1,001cm, =0,1, pH=7, 20, V0nm )
Hàm l-ợng thực của chì (M) A i Hàm l-ợng chì (M) xác định đ-ợc
Để đánh giá độ chính xác của phương pháp, chúng tôi sử dụng hàm phân bố Student để so sánh giá trị trung bình của hàm lượng chì xác định được với giá trị thực của nó Kết quả so sánh này được thể hiện trong bảng các giá trị đặc tính (bảng 3.32) của tập số liệu thực nghiệm, giúp xác định mức độ phù hợp và độ chính xác của phương pháp đo lường.
Bảng 3.32: Các giá trị đặc tr-ng của tập số liệu thực nghiệm:
Ph-ơng sai(S 2 ) Độ lệch chuẩn
Ta thấy t tn < t (0,95; 4) X a là do nguyên nhân ngẫu nhiên với p = 0,95
Phép xác định có sai số tương đối là q% = 1,43%, thấp hơn mức 5%, cho thấy kết quả nghiên cứu đáng tin cậy và có thể áp dụng để xác định hàm lượng chì trong nhiều đối tượng phân tích khác nhau.
3.7 ứng dụng kết quả nghiên cứu xác định hàm l-ợng chì di động trong đất trồng b-ởi phúc trạch
3.7.1.1 Khái niệm Đất là một thực thể bao gồm các hạt khoáng lớn nhỏ khác nhau, các dị thể của các loại hình sinh vật từ hạ đẳng đến th-ợng đẳng, các sản phẩm của các hoạt động sống của thế giới sinh vật sống trong đất Ngoài ra còn có n-ớc, không khí, những hợp chất hữu cơ và vô cơ là nguồn chất dinh d-ỡng của cây
Willam nhà thỗ nh-ỡng học Ng-ời Nga đã định nghĩa đất một cách đúng đắn và chính xác nh- sau
Đất là lớp mặt tơi xốp của vỏ quả địa cầu có khả năng sản xuất ra sản phẩm thực vật, đóng vai trò quan trọng trong nông nghiệp và phát triển kinh tế Nó còn được xem là tư liệu sản xuất, là sản phẩm lao động của con người, góp phần thúc đẩy năng suất và hiệu quả trồng trọt Độ phì nhiêu là một đặc tính cơ bản và quan trọng của đất, quyết định khả năng sinh trưởng và phát triển của cây trồng Việc duy trì và nâng cao độ phì nhiêu của đất là yếu tố then chốt để đảm bảo sự bền vững của ngành nông nghiệp.
3.7.1.2 Mẫu đất Phúc Trạch – H-ơng khê – Hà Tĩnh.
- Số phẫu diện : Rộng 1m – dài : 1,2 m
- Địa điểm lấy mẫu : Xóm 6 Phúc Trạch – H-ơng Khê – Hà Tĩnh
3.7.2 Phân huỷ đất Đất đ-ợc bóp nhỏ, nhặt sạch xác thực vật, sỏi, đá Cho vào hộp giấy phơi khô trong nhà nơi thoáng mát và tránh ánh nắng chiếu vào mẫu Đất đã khô rây qua rây, nghiền bằng cối chày sứ rồi lại rây lại làn nữa, để riêng dùng làm mẫu thí nghiệm Để phân huỷ mẫu đất chúng tôI sử dụng hỗn hợp HNO 3 và các chất oxi hoá nh- H 2 O 2 , HCIO 4 , KClO 3 Khi sử lí bằng hỗn hợp này các chất hữu cơ bị khoáng hoá, các chất khó tan của chì hoàn toàn chuyển sang dạng dung dịch Quá trình phân huỷ tiến hành trong bình Kendan với sinh hàn không khí d-ới dạng ống thuỷ tinh
3.7.3 Tr×nh tù ph©n tÝch
Dưới đây là phần tóm tắt quan trọng theo chuẩn SEO cho đoạn văn của bạn: Chuẩn bị mẫu đất bằng cách nghiền 2,5g đất thành bột mịn rồi cho vào bình Kenđan Thêm 15ml HNO₃ đặc và vài giọt H₂O₂, đậy kín bằng phễu thuỷ tinh dài để tiến hành đun nóng nhẹ nhàng cho đến khi xuất hiện các oxit nitơ Sau đó, để bình nguội tự nhiên rồi tiếp tục thêm HNO₃ và H₂O₂ để đun tới khi mẫu đất trở nên trắng, đảm bảo quá trình phân huỷ và phân tích chính xác.
Xử lý mẫu bằng HCl rồi lọc qua cốc thủy tinh chịu nhiệt để loại bỏ các tạp chất không hòa tan Đổ dung dịch lọc vào cốc, thêm HCl 1:1 và đun ở nhiệt độ 80-90°C để kết tủa các hợp chất không hòa tan Tiếp tục lọc và rửa phần đất không hòa tan còn lại để làm sạch Cuối cùng, cho dung dịch lọc vào bình định mức rồi định mức bằng nước cất đến vạch định mức để chuẩn bị mẫu phân tích.
Bạn lấy một thể tích dung dịch mẫu, cho vào phễu chiết, rồi thêm 5-10 ml amonixitrat 10% và 1-2 giọt chỉ thị thymol xanh Tiến hành điều chỉnh pH bằng amoniac trung hòa đến mức pH 8 (chỉ thị đổi thành màu xanh) Tiếp theo, thêm 5 ml dung dịch PAN trong CHCl₃ và lắc đều để phân lớp Chuyển phần hữu cơ vào bình chiết khác, lặp lại quá trình chiết lại chì cho đến khi màu của PAN không còn thay đổi, rồi gộp tất cả phần chiết Thêm 10 ml HCl 0,02N vào phễu chiết, lắc mạnh để chuyển chì sang phần tách nước, sau đó chuyển phần này vào phễu chiết khác Rửa phần hữu cơ bằng nước, rồi gộp phần nước rửa vào bình chứa dung dịch chì.
Để chuẩn bị mẫu phân tích, thêm vào dung dịch chứa chì, 5 ml amonaxitrat 10%, rồi trung hòa bằng HCl đến pH = 7,2 Tiếp theo, thêm 1 ml KCN 5% và 5 ml dung dịch PAN trong CHCl₃, sau đó lắc mạnh để hoà trộn Sau khi phân lớp, rót phần hữu cơ vào bình định mức dung tích 25 – 50 ml hoặc ống chia độ, rồi lặp lại quá trình chiết cho đến khi màu của PAN không còn thay đổi, thu nhận dung dịch mẫu phân tích.
3.7.4 Xác định hàm l-ợng Chì trong mẫu : ph-ơng pháp đ-ờng chẩn:
Sau ba lần thử nghiệm, hàm lượng chì di động trong mẫu đất Phúc Trạch – Hương Khê – Hà Tĩnh được xác định thông qua phương trình đường chuẩn Kết quả cho thấy, việc áp dụng phương trình này giúp đánh giá chính xác mức độ ô nhiễm chì trong đất, góp phần nâng cao hiệu quả kiểm soát và quản lý môi trường đất đai tại khu vực.
Lần thí nghệm Mật độ quang trung bình
Hàm l-ợng Pb 2+ (mg/kg)
Xử lý thống kê bằng ch-ơng trình Descriptive Statistic trong phần mềm Ms – Excel chúng tôi thu đ-ợc
Hàm l-ợng Chì di động là : 12,331 + 0,001414 (mg/kg)
Sai số t-ơng đối là q% = 1,3 %
Căn cứ vào nhiệm vụ của đề tài, dựa trên các kết quả nghiên cứu, chúng tôi rút ra các kết luận sau:
1 Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức và các điều kiện tối -u cho sự tạo phức
Các điều kiện tối -u cho sự tạo phức: T.- = 560nm, pH T.- = 7, 20
