xđ Fe hàm lượng sắt bằng phương pháp trắc quang

Nội dung của phương pháp 1.Cở sở của phương pháp 2.Nguyên tắc xác định 3. Khảo sát các điều kiện tối ưu 3.1.Bước sóng 3.2.Thời gian bền màu 3.3.Môi trường pH 3.4.Nồng độ thuốc thử 3.5.Khảo sát khoảng tuyến tính của phép đo 4.Quy trình xác định sắt trong dung dich mẫu bằng thuốc thử H2SSal (trong phòng TNo) 5 . Đề tài : xác định hàm lượng sắt trong nước giếng khoan

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG SỬ

DỤNG THUỐC THỬ AXITSUNFUSALISILIC

3 Các phương pháp phân tích hóa hoc

3.1 Phương pháp phân tích khối lượng

3.2 Phương pháp phân tích thể tích

3.3 Các phương pháp phân tích công cụ

PHẦN II Nội dung của phương pháp

1.Cở sở của phương pháp 2.Nguyên tắc xác định

3 Khảo sát các điều kiện tối ưu

3.1.Bước sóng

3.2.Thời gian bền màu

3.3.Môi trường pH

3.4.Nồng độ thuốc thử

3.5.Khảo sát khoảng tuyến tính của phép đo

4.Quy trình xác định sắt trong dung dich

mẫu bằng thuốc thử H2SSal (trong phòng

TNo)

5 Đề tài : xác định hàm lượng sắt trong nước giếng khoan

1 .Sơ lược về nguyên tố sắt

1.1 Vị trí và cấu tạo của sắt

Sắt là một nguyên tố kim loại phổ biến (sau nhôm), đứng thứ tư về hàm lượng trái đất, chiếm 1,5% khối lượng vỏ trái đất

Sắt là kim loại màu trắng xám, dễ rèn, dễ dát

mỏng và gia công cơ học Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt

tốt Dưới 800oC sắt có tính nhiễm từ, bị nam châm hút và

trở thành nam châm (tạm thời) Sắt có 4 dạng thù hình

( dạng α , β , γ ,δ ) bền ở những khoảng

nhiệt độ nhất định

:

Fe→ 700˚C Fe (β)→911˚C Fe (γ) →1390˚C Fe (δ) →1538˚C Fe lỏng

Những dạng α và β có kiến trúc tinh thể kiểu lập phương

tâm khối nhưng có kiến trúc electron khác nhau nên Fe (α)

có tính sắt từ và Fe (β) có tính thuận từ, Fe (α) khác với Fe

(β) là không hòa tan C Dạng Fe (γ) có cấu trúc tinh thể lập

phương tâm diện, dạng Fe (δ) có cấu trúc lập phương tâm

khối như dạng α và β nhưng tồn tại đến nhiệt độ nóng

chảy

1.2.2 Tính chất hóa học:

Sắt là kim loại có hoạt tính hóa học trung bình Ở điều kiện

thường nếu không có hơi ẩm, chúng không tác dụng rõ rệt với

những nguyên tố không – kim loại điển hình như O2 , S , Cl2 ,

Br2 vì có màng oxit bảo vệ Nhưng khi đun nóng, phản ứng xảy

ra mãnh liệt, nhất là khi kim loại ở trạng thái chia nhỏ

Khi đun nóng trong không khí khô, sắt tạo nên Fe2O3 và ở nhiệt

độ cao hơn, tạo nên :

cacbonic và oxi ở trong không khí tạo nên gỉ sắt:

4 Fe + 3O2 → 2Fe3O4

do lớp gỉ sắt xốp và giòn nên không bảo vệ sắt tránh bị oxi hóa tiếp Sắt phản ứng với nước ở nhiệt độ nóng đỏ, sắt phản ứng với hơi nước Sắt tạo thành hai dãy hợp chất Fe2+ và Fe3+

Muối Fe2+ được tạo thành khi hòa tan sắt trong dung dịch axit loãng trừ axit HNO3 Muối của Fe3+ với axit mạnh như: HCl, …

dễ tan trong nước, còn muối của các axit yếu như: FeS, FeCO3,

… khó tan

1.3.Trạng thái thiên nhiên và phương pháp điều chế

Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất, đứng thứ 4sau O, Si, Al Sắt ở trạng thái tự do trong các mảnh thiên thạch

và các khoáng vật,… Trong tự nhiên sắt có bốn đồng vị bền:

54Fe (5,8%) , 56Fe (91,8%) , 57Fe (2,15%) , 58Fe (0,25%) Ngoài

ra sắt còn có tám đồng vị phóng xạ: 51Fe (τ=0,25 giây) , 52Fe (τ=8,27 giờ), 53Fe (τ=258,8 ngày) , 55Fe (τ=2,7 năm) , 59Fe

(τ=44,6 ngày) , 60Fe (τ=1,5.106 năm) , 61Fe (τ=182,5 ngày) , 62Fe(τ=68 giây)

Những khoáng vật quan trọng của sắt là manhetit (Fe3O4 ) chứa đến 72,42 % sắt, hematit (Fe 2O3) chứa 60% sắt, pirit (FeS2 ) chứa 46,67 % sắt và xiderit (FeCO3) chứa 35% sắt

FeSO4 được dùng để chống sâu bọ có hại cho thực vật, được dùng trong việc sản xuất mực viết, trong sơn vô cơ và trong nhuộm 12 vải; nó còn dùng để tẩy gỉ kim loại và có khả năng hoà tan Cu2S tạo thành CuSO4 được dùng để điều chế đồng bằng phương pháp thuỷ luyện

Sắt là nguyên tố quan trọng cho sự sống và công nghiệp Vì thế người ta tìm nhiều cách thức và phương pháp để tách và làm giàu nguyên tố này

2 Sự tạo phức của sắt với thuốc thử hữu cơ

2.1 Khả năng tạo phức của Fe 3+ với thuốc thử axit

SSal được sử dụng rộng rãi để xác định Fe2+ trong khoảng

pH = 2,0 – 2,8; trong môi trường axit, hoặc xác định tổng lượng

Fe2+ và Fe3+ trong môi trường kiềm

Đối với Fe3+ , tùy thuộc vào pH mà phức tạo thành có thành phần như thế nào và ở các bước sóng khác nhau:

pH Môi trường Phức Màu λ max (nm)

> 12 Ba zơ Phân hủy

Ơ pH =12 phức bị phân hủy do xảy ra sự hình thành phức hidroxo

2.2 Khả năng tạo phức của Fe với các thuốc thử khác

Khi nồng độ SCN- lớn không những nó làm tăng độ

nhạy của phép đo mà còn loại trừ được ảnh hưởng của các

ion F-, PO43- và một số anion khác tạo phức được với ion

Fe3+ Trong môi trường axit có những ion gây ảnh hưởng

đến việc xác định Fe3+ bằng SCN như C2O4 , F

Ngoài ra còn có các ion tạo phức màu hay kết tủa

với ion thioxianat như Cu2+, Co2+, Ag+ , Hg2 +

…,

Muốn sử dụng phương pháp này cần phải tách các ion ảnh

hưởng đến màu của phức

Phương pháp dùng thuốc thử SCN- có giới hạn phát hiện kém,

độ chính xác thấp mà được sử dụng rộng vì phương pháp này

đơn giản, nhanh, áp dụng được trong các dung dịch axit mạnh

và chi phí của nó tương đối thấp

Phương pháp này xác định được hàm lượng sắt từ 1 – 10

ppm Người ta cũng đã sử dụng phức của Fe3+ với SCN- để chiết lên dung môi hữu cơ nhằm tăng độ chọn lọc và độ nhạy cho phép xác định Fe3+ SCN- là một trong số ít các thuốc thử

vô cơ được dùng để xác định sắt

2.2.2

Thuốc thử o – Phenantrolin

Thuốc thử o – Phenantrolin là một thuốc thử khá nhạy, dùng để xác định ion Fe2+ dựa trên sự tạo phức giữa thuốc thử và Fe2 +

Phức này hoàn toàn bền, cường độ màu không thay đổi trong khoảng pH từ 2 – 9 và phức có λmax = 510 nm Fe3+ cũng tạo phức với o – Phenantrolin, phức này có màu xanh lục nhạt ở λmax = 585 nm Tuy vậy, phức này không bền theo thời gian và chuyển dần sang màu vàng nhạt có cực đại hấp thụ ở λmax =

360 nm

2.2.3

Thuốc thử bato – phenantrolin

Phức của Fe2+ với bato – phenantrolin có thể được chiết bằngnhiều dung môi hữu cơ, trong đó tốt nhất là ancol n – amylic và iso – amylic và clorofom

2.2.4

Thuốc thử 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol (PAN

(

Thuốc thử tạo phức với sắt được nghiên cứu trong môi trường kiềm ở pH tối ưu 6 – 8, phức bền theo thời gian và phức có thành phần

Fe : R là 1 : 2 ở λmax = 565 nm , ε = 2,7.104

2.2.5 Thuốc thử trioxyazobenzen (TOAB

(

Phức màu Fe3+ - TOAB tạo thành tốt nhất ở pH = 8 – 12 , phức bền với thời gian , có độ nhạy cao, có λmax = 452 nm và 610 nm,

Nghiên cứu về thuốc thử axit sunfosalixilic

hất của thuốc thử axit sunfosalixi

chảy giảm xuống 110o C và thấp hơn Rất dễ tan trong nước, ancol etylic và ete

…

Phản ứng: dung dịch SSal trong nước tác dụng FeCl3 màu tím

CH3COONa dung dịch chuyển sang màu đỏ nâu, thêm dung dịch NH3 (đậm đặc) dung dịch sẽ chuyển sang màu vàng

3.2

khả năng tạo phức của axit sunfosalixilic

Axit sunfosalixilic tác dụng với các ion kim loại Al , Fe , Ti , …tạophức chất tan nên có thể dùng để tách các nguyên tố (ví dụ tách Ti khỏi Fe) Làm chỉ thị kim loại để xác định nhiều ion theo phương pháp complexon Để kết tủa và xác định anbumin theo phương pháp đo độ đục

4 Các phương pháp xác định sắt

4.1

phương pháp xác định khối lượng

L àm kết tủa sắt dưới dạng hidroxit [Fe(OH) 3] , sau đó tách ra khỏi một số kim loại kiềm, kiềm thổ, Zn, Pb,… Các hidroxit của các kim loại này kết tủa ở pH cao hơn hidroxit sắt hoặc nó bị giữ lại khi có mặt của NH3 trong dung dịch

4.2

Phương pháp trắc quang

Phương pháp trắc quang được dùng phổ biến để xác định sắt Sau đây là một số thuốc thử mà các nhà phân tích đã nghiên cứu Xác định sắt bằng phương pháp trắc quang và chiết trắc quang

Thuốc thử dư độ

nhạy

λmax(nm

pHxácñịnh

Thờigianbiếnmàu

Ảnhhưởngthuốcthử dưα,α’-dipyridyl 0,007 522 3 – 9 1 năm không2,2’,2”-terpyridyl 0,005 552 3 –

Vàitháng3,5-disunfonyl

ferron

2,7-3,7

1-2tuần

Có

Axit sunfosalixilic 0,01 430 7 Hơn 1

ngày

Có

Thioxianat 0,008 480 Axit Giảm Không

Thioxiant/nước

-axeton

đổi theo t

Có

4.3 Phương pháp chuẩn độ pemanganat

Phản ứng oxi hóa bằng ion pemanganat MnO4 - là cơ sở của phương pháp pemanganat Phương pháp này có thể thực hiện trong môi trường axit, kiềm và trung tính

Khi thực hiện trong môi trường axit, mangan (VII) bị khử tới mangan (II) và màu tím đỏ của dung dịch bị mất Thực hiện chuẩn độ muối sắt (II) bằng kalipemanganat: Axit hóa dung dịchbằng dung dịch axit sunfuric và chuẩn độ tới điểm cuối Sắt (II)

bị oxi hóa thành Sắt (III

:(

5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H 2O

Biết nồng độ đương lượng và thể tích cần chuẩn độ của

KMnO4 dễ dàng tính được lượng sắt trong dung dịch

4.4

Các phương pháp khác xác định sắt

Một số phương pháp khác xác định sắt như: phương pháp sắc

ký ion , phương pháp hấp thụ nguyên tử ngọn lửa, phương

pháp Vôn Ampe,…Tuy nhiên các phương pháp này có chi phí cao, dẫn đến giá thành cao và ít được sử dụng

PHẦN II Nội dung của Phương pháp

1 Nguyên tắc của phương pháp

Muốn xác định một cấu tử X nào đó, ta chuyển nó thành hợpchất có khả năng hấp thụ ánh sang rồi đo sự hấp thu ánh sángcủa nó và suy ra chất cần xác định X

*

Nguyên tắc xác định

- Dựa trên phản ứng tạo phức màu giữa Fe3+ với thuốc thử

H2SSal pH= [ 8, 10] cho màu vàng chanh

- Phương trình phản ứng:

Fe3+ + 3 SSal2- = [Fe(SSal)3]

2 Cơ sở định lương :

Định luật Lambe-Bia :

“ Ở một điều kiện xác định, mật độ quang của dung dịch màu tỉ

lệ thuận với tích số nồng độ dung dịch và bề dày lớp dung dịch

mà ánh sáng đi qua.“

D=ε.l.CTrong đó :

*

Cơ sở phương pháp :Phương pháp quan trắc xác định sắt

được dựa trên sự tạo thành các hợp chất phức có màu và đomật độ quang dung dịch thu được ở các điều kiện tối ưu

3 Khảo sát các điều kiện tối ưu

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ D – λ

Bước sóng hấp thụ cực đai của phức là 430nm

3.2.Khảo sát độ bền của phức theo thời gian.

Cách tiến hành: chuẩn bị dung dịch phức có nồng Fe(III) là2.10-4, nồng độ thuốc thử H2SS- là 2.10-2 ở PH bằng 10 Đo mật

độ quang của dung dịch ở bước sóng λ max=430 nm với dungdịch so sánh trong những khoảng thời gian khác nhau

Kết quả nghiên cứu cho thấy mật độ quang của phức thayđổi không đáng kể theo thời gian, tức là phức khá bền đây làđiều kiện thuận lợi cho phân tích trắc quang

Tiến hành đo mật độ quang của phức trong 10 phút đầu

3.3.Sự phụ thuộc của mật độ quang A vào pH trong môi trường bazơ pH=8 - 11

• Cách xác định: pha dãy dung dịch tiêu chuẩn, tiến

hành đo mât độ quang trong điều kiện cố định tất cả cácđiều kiện đo chỉ thay đổi giá trị pH của dung dịch Tại giá trị

pH cho giá trị mật độ quang D là lớn nhất và ổn định nhấtđồng thời phức hình thành bền nhất, trong quá trình phântích giá trị pH là không đổi thì đó chính là giá trị pH tối ưu

Kết quả khảo sát cho thấy phức Fe(III) – H2SS- tạo phức tốt

nhất ở pH = 10

3.4.Sự phụ thuộc của mật độ quang của phức vào

nhất

.Qua nghiên cứu

:

Khi nồng độ H2SSal tăng thì mật độ quang tăng đến nồng độ

H2SSal = 10-2M thì mật độ quang của phức ổn định không tăng nữa, chứng tỏ tại đó có sự tạo phức hoàn toàn của Fe(III) -

H2SS- Như vậy với nồng độ H2SS- = 10-2M, gấp 50 lần nồng độ Fe(III), mật độ quang của phức đạt giá trị cức đại

3.5 Khảo sát khoảng tuyến tính của phép đo

Trong thực tế không phải lúc nào D cũng tuyến tính với C vìvậy trước khi phân tích xác định chất bằng phương pháp

đo quang ta phải khảo sát khoảng nồng độ mà trong đó D =f(C)

Cách xác định khoảng tuyến tính: pha dãy dung dịch

khoảng 20 bình, cố định tất cả các điều kiện đo chỉ thay đổinồng độ chất cần phân tích rồi tiến hành đo D ở mỗi bình.Sau đó tiến hành vẽ đồ thị D = f(C) ta xác định được khoảng

nồng độ tuyến tính

. Khoảng nồng độ Fe(III) tuân theo định luật Bia

Kết quả khảo sát cho thấy nồng độ Fe(III) tuân theo định luật Bia trong khoảng khá rộng đường chuẩn có dạng A

= 5713,5.C – 0,0313 (C là nồng độ phương trình mol/L của

Fe(III) Với kết quả này cho phép sử dụng phức Fe(III) – H2SS trong môi trường kiềm để xác định vi lượng Fe(III) trong mẫu

thử H2SSal bằng phương pháp đường chuẩn (trong

đường chuẩn

- Bước 1: pha một loạt dung dịch chuẩn có Ctc tăng dần 1 cách đều đặn 9 (thường 5- 8 Ctc) Cho vào các dung dịch chuẩn, mỗi dung dịch lượng thuốc thử như nhau, điều kiện

pH, dung môi nhiệt độ như nhau…( có cùng điền kiện dungdịch xác định) Để màu ổn định

- Bước 2: Tiến hàng pha chế dung dịch xác định với các điều kiện giống dung dịch chuẩn

- Để ổn định màu đi đo Ax

- Bước 3: Dựa vào đồ thị xác định Cx

+ Bảo đảm sự tuyến tính của A=f(C)

• Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp

- Ưu điểm

+ Với đường chuẩn cho phép phân tích hàng loạt mẫu.

+ Dung dịch không đòi hỏi phải tuân thủ theo định luật

Lamber- beer một cách nghiêm ngặt

+ Thuận tiện, dễ tiến hành

- Nhược điểm

+ Độ chính sác của phương pháp không cao

+ Nếu thành phần mẫu phân tích phức tạp thì khi pha dãy dung dịch tiêu chuẩn sẽ sai lệnh dẫn đến sai số trong phân tích

+ Không được loại bỏ ảnh hưởng của nền mẫu

+ Đường chuẩn 1 thời gian phải hiệu chỉnh lại

• Phạm vi ứng dụng của phương pháp

- Xác định chất với hàm lượng nhỏ

- Chất không lẫn quá nhiều tạp chất

- Phân tích 1 mẫu, khi phân tích vài mẫu không sử dụng

phương pháp đường chuẩn vì việc xây dựng đường chuẩn lâu và tốn kém

3.6.2.Quy trình

- Chuẩn bị dãy màu tiêu chuẩn

+ Lấy 6 bình định mức 25ml ( các bình càng giống nhau càng tốt)

+ Đánh số từ 1 đến 6( mẫu số 5 là mẫu trắng, mẫu số 6 là mẫu thực

+ Lấy vào các bình theo bảng dưới

+ Để ổn định 15 phút đi đo A ở λmax = 430 nm ghi lại kết quả

• Ta được bảng số liệu sau

Từ các điểm trên đồ thị vẽ đường thẳng đi sát nhiều điểm nhất.

- Đo độ hấp phụ của bình số 6

- Xác định Ax trên đồ thị

Từ Ax xác định Cx rồi xác định hàm lượng của Fe cần xác định

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Xác định hàm lượng Fe(III) trong nước giếng

khoan

1

Khảo sát ảnh hưởng của một số ion gây cản trở

Các nghiên cứu ở trên đều được giả thiết ở trong dung dịchkhông có chất lạ Tuy nhiên trong thực tế, muốn định lượng mộtchất trong một đối tượng nào đó bằng phương pháp trắc quang,cần phải thực hiện quy trình phân tích qua rất nhiều giai đoạnnhư: Phân hủy mẫu, sử dụng các phản ứng hoặc chất phụ trợ.Trong nước ngầm có thể có mặt nhiều ion khác nhau Trong

phần này chúng tôi chỉ tập trung khảo sát một số ion kim loạiphổ biến trong nước giếng khoan có ảnh hưởng đến khả năngtạo phức của Fe(III) như Al3+, Pb2+, Mn2+ Cách tiến hành nhưsau: Pha các dung dịch có CFe(III) cố định = 2.10-4M, nồng độ

H2SS- = 2.10-2M, sau đó thêm các dung dịch ion gây cản vớinồng độ tăng dần (Từ 0,25 10-4 – 2,00.10-4M) và tiến hành đo A

tại pH = 10 và bước sóng 424 nm

2

Xây dựng đường chuẩn khi có mặt các ion dưới ngưỡng gây cản

Sau khi nghiên cứu ảnh hưởng của các ion gây cản, tiến hànhdựng đường chuẩn khi có mặt các ion dưới ngưỡng gây cản

Cụ thể chúng tôi lấy nồng độ của các ion Al3+, Pb2+, Mn2+ bằng0,75 lần nồng độ của Fe(III) Sự phụ thuộc của mật độ quang

vào nồng độ Fe(III) khi có mặt của các ion gây cản

3.53

2.52

10.1

(

FeC

0.9730.835

0.756

0.6060.456

0,013

A

Phương trình đường chuẩn khi có mặt các ion gây cản là : A =

5938,3.CFe(III) – 0,0746 (*

Phương pháp đường chuẩn

:

Lấy chính xác 0,2ml dung dịch Fe3+ (10-2M) vào bình định mức10ml (Khi đó nồng độ Fe3+ trong bình là 2.10-4M) rồi cho thêmcác ion dưới ngưỡng gây cản (0,15ml các dung dịch Al3+ , Pb2+,

Mn2+ 10-2M) Sau đó thêm 2ml axit sunfosalicylic 10-1M, pH củadung dịch được điều chỉnh bằng 10 Dung dịch so sánh là nước

cất

-CFe.10-4MA

ghiệmLần thí n