BÁO CÁO PHÂN TÍCH DỤNG CỤ

Dung lượng trao đổi của ionit: Mục đích của dung lượng trao đổi ionit là dùng để xác định ionit và hấp thụ các chất trong dung dịch thích hợp..  Giải thích: Phải xác định độ ẩm vì ioni

BÀI 1: Xác định dung lượng trao đổi của cationit và hệ số phân

bố của một số ion kim loại trên cationit

I TÓM TẮT LÝ THUYẾT:

1 Khái niệm:

Trao đổi ion là quá trình dung dịch và chất trao đổi ion tiếp xúc với dung dịch trao đổi cho nhau các ion cùng dấu

Ionit là chất có chứa các ion linh động có khả năng trao đổi theo đương

lượng và thuận nghịch với các ion cùng dấu trong dung dịch

2 Dung lượng trao đổi của ionit:

Mục đích của dung lượng trao đổi ionit là dùng để xác định ionit và hấp thụ các chất trong dung dịch thích hợp

Dung lượng trao đổi (trao đổi năng) là đại lượng đo khả năng hấp thụ các ion

từ dung dịch của ionit Dung lượng trao đổi toàn phần của ionit được xác định bởi

số mili đương lượng gam (mili equivalent, meq) cực đại của các ion có thể được

anionit)

Để xác định dung lượng trao đổi của ionit, có thể dùng phương pháp tĩnh hoặc phương pháp động

3 Các hệ số phân bố:

d : khối lượng riêng của ionit

II CHUẨN BỊ HÓA CHẤT:

1 Cationit acid mạnh R-SO3H Amberlite IR-120

2 Dung dịch NaOH 0,1 N: pha 1,0 L từ fixanal

3 Dung dịch HCl 0,1 N: pha 1,0 L từ fixanal

4 Dung dịch CaCl2 0,1 N: pha 0,5 L

bình hút ẩm Sau khi chén nguội,, cân chén có đậy nắp Ghi lại kết quả cân Lại tiếp tục sấy, làm nguội, cân như trên đến khi nào kết quả 2 lần cân liên tiếp không thay đổi

Độ ẩm X (%) của cationit được tính bằng công thức:

 g: khối lượng còn lại của cationit sau khi sấy

 Giải thích: Phải xác định độ ẩm vì ionit là các hạt nhựa khi ngâm trong nước thì

nó hấp thụ nước, mà đương lượng trao đổi là số gam nhựa khô trao đổi với 1mg

ion cùng dấu nên mình cần phải xem độ ẩm là bao nhiêu để tính được số gam nhựa khô

2 Xác định dung lượng trao đổi của cationit:

Cho vào mối bình nón I và II 1,0000g cationit đã biết độ ẩm (cân chính xác bằng cân phân tích) Thêm vào bình I 100ml dung dịch NaOH 0,1 N; cho vào bình

Sau đó hút từ mỗi bình 25,0 ml dung dịch và chuẩn độ, dùng chỉ thị metyl da cam Chuẩn độ 2-3 lần để lấy kết quả trung bình

Bình I: chuẩn độ NaOH dư bằng HCl 0,1 N

Bình II: chuẩn độ HCl sinh ra trong quá trình trao đổi bằng NaOH 0,1 N

3 Xác định hệ số phân bố của Cd 2+ và Zn 2+ trên cationit trong các dung dịch HCl có nồng độ khác nhau:

Lấy 4 bình nón, ký hiệu Cd,1; Cd,2; Cd,3; Cd,4 Lấy 4 bình nón khác, ký hiệu Zn,1; Zn,2; Zn,3; Zn,4

độ HCl trong 4 bình của mỗi ion có giá trị 0,05; 0,20; 0,50 và 1,00N (trong đó V tương ứng: 1,25; 5; 12,5; 25ml) Đậy chặt nắp bình và lắc liên tục trong 3 giờ Sau

bằng phương pháp chuẩn độ complexon với dung dịch EDTA 0,01 M trong môi trường đệm amoni có pH = 10, dùng chỉ thị Eriocrom T đen ( dung dịch ở điểm cuối chuẩn độ đổi màu từ tím sang xanh)

Lưu ý: Do dung dịch định phân là acid, trước khi cho dung dịch đệm, cần trung

quỳ chuyển màu

IV TÍNH TOÁN KẾT QUẢ:

Khối lượng còn lại của cationit sau khi sấy:

2 Xác định dung lượng trao đổi của cationit:

 Bình I: chuẩn độ NaOH dư bằng HCl 0,1 N Số ml HCl tiêu tốn:

Số đương lượng gam Cd2+(Zn2+) dư:

= QT - QS (mmol)

B V,

D D

Đồ thị biểu diễn tỷ số tách θ và nồng độ HCl:

4 Lượng cationit cần đổ vào cột:

Ta có: Công thức tính tỷ nhựa nhồi:

 σ = 0,45 g/ml

=> = σ.(VM + VS) = 0,45.1,256.106 = 5,652.105 g

5 Tổng dung lượng có thể đạt được của cột:

Ta có: Dung lượng trao đổi của cationit R-H = 5 meq/g

là:

Qtổng = 5.5,652.105 = 2,826.106 (meq)

6 Thể tích nước được khử cứng trong một chu kỳ hoạt động của cột:

Nước có độ cứng 215 mg/L theo CaCO3 Hiệu suất trao đổi 80%

=> Thể tích nước được khử cứng trong một chu kỳ hoạt động của cột:

Bài 2: TÁCH Cu2+ và Ni2+ TRÊN CỘT SẮC KÝ TRAO ĐỔI

CATION

1 Kỹ thuật sắc ký trao đổi ion:

Sắc ký trao đổi ion được sử dụng để tách các ion vô cơ và những chất hữu cơ có thể tồn tại ở dạng ion

Ionit được ngâm trương nước để:

- Tránh sự xuất hiện các bọt khí giữa các hạt ionit, các bọt khí tạo ra hiện tượng nứt cột làm cho dung dịch dùng làm pha động không tiếp xúc được với các ion chất cần tách ở chổ có các bọt khí, từ đó làm biến dạng peak sắc ký và làm giảm hiệu quả tách của cột

- Khi sa lắng trong cột xuống phía dưới, các hạt ionit có cùng khối lượng và kích thước rơi với tốc độ như nhau, tạo thành những lớp hạt đồng đều nhau trong một tiết diện cắt ngang cột, nhờ đó làm giảm sự giãn vùng do khuếch tán xoáy

Lượng ionit đổ vào cột chỉ nên chiếm 1/3 thể tích cột Phía dưới lớp ionit nên thêm 1 lớp bông thủy tinh để tránh ionit rớt xuống làm tắc lỗ khóa hoặc đầu ra của cột

Tách sắc ký trao đổi ion gồm các giai đoạn:

- Hấp thu hỗn hợp cần tách lên cột: để giữ các ion trong dung dịch định phân, cần dùng 1 lượng ionit lớn hơn lượng tính toán để hỗn hợp phân tích chỉ chiếm 1 phần rất nhỏ phía trên cột

- Giải hấp các ion đã được hấp thu trên cột: các ion được giải hấp ra khỏi cột bằng các dung dịch thích hợp như acid có nồng độ khác nhau hoặc dung dịch 1chất tạo được phức bền với ion cần tách Tùy từng trường hợp cụ thể mà bằng 1 dung dịch,

có thể giải hấp liên tiếp 1 số ion; có trường hợp với mỗi ion, người ta dùng 1 dung dịch giải hấp riêng; cũng có khi nồng độ chất giải hấp được làm gia tăng dần dần trong quá trình giải hấp ( giải hấp gradient)

- Rửa ionit sau khi giải hấp: dùng dung dịch thích hợp để đuổi hết dung dịch giải hấp còn lưu lại trong cột, trong các khoảng trống giữa các hạt ionit

- Tái sinh ionit: đưa ionit trở về dạng ban đầu

- Rửa ionit sau khi tái sinh: Rửa cột bằng nước cất để loại hết dung dịch tái sinh còn trong cột Sau giai đoạn này, có thể dùng cột cho một phép tách mới

2 Tách Cu 2+ và Ni 2+ trên cột trao đổi cation:

Dùng cationit acid yếu dạng Na+ , cationit acid yếu có các nhóm sinh ion là nhóm

carbocylic dùng được trong môi trường trung tính hoặc kiềm, vì chúng là acid yếu, không

phân ly được trong môi trường acid Cationit acid yếu dạng H + được ký hiệu là

Tách sắc ký hỗn hợp Cu2+ và Ni2+ trên cột nhồi cationit acid yếu dạng Na+ gồm các giai

đoạn:

- Thay đổi dạng ion linh động của cationit từ H + sang Na + : đầu tiên nhồi váo cột

ứng trao đổi ion diễn ra như sau:

Rửa cột bằng nước cất để đuổi hết dung dịch NaOH - NaCl Kiểm tra bằng cách nhúng

giấy quỳ vào nước rửa chảy ra ở đáy cột

- Hấp thu hỗn hợp Cu 2+ - Ni 2+ lên cột Cho hỗn hợp cần tách chứa Cu 2+ và Ni 2+ qua

cột Khi đó diễn ra các phản ứng trao đổi ion như sau:

2R-COONa + Cu 2+ (dd)  (R-COO) 2 Cu + 2Na + (dd) 2R-COONa + Ni 2+ (dd)  (R-COO) 2 Ni + 2Na + (dd)

tạo phức mang điện âm màu xanh dương với glycerinat, không bị giữ bởi cationit;

trong khi đó, Ni2+ không tạo phức, vẫn được giữ trên cationit:

- Như vậy, mỗi ion khảo sát được giải hấp bằng một dung dịch khác nhau

bằng cách làm chuyển dịch cân bằng trao đổi ion

- 4.Rửa cột sau khi giải hao61 Dùng nước cất rửa cationit để duổi hết HCl còn lại trong cột

trong phân đoạn giải hấp bằng HCl được xác định bằng phương pháp

complexon

*Chuẩn bị hóa chất cho tách sắc ký trao đổi ion

Cationit acid yếu R-COOH

Ta có: 250ml Cu 2+  250mg Cu 2+

CuSO 4 5H 2 O  Cu 2+

249,685 63,546

x 250 mg m Cu2+ = 982,3 mg = 0.9823 g

m Ni2+ = 1.196 g Dung dịch NaCl 1M - NaOH 1M pha 0,5L Muối NaCl M=58,443 g/mol

NaCl: a=C M M.V=1.58,443.0,5=29,22 (g) NaOH: a=C M M.V=1.40.0,5=20 (g)

Dung dịch NaOH 2M pha 0,5L a=C M M.V=2.40.0,5= 40 (g)

Dung dịch HCL 3M pha 1,0 L d= 1,18 C%= 36,46

C M = 10.C%.d/M =10.36,46.1.18/36,5=11,79 (M) Theo định lượng: C 1 V 1 = C 2 V 2

 V 1 = C 2 V 2 / C 1 = 3.0,5/11,79 = 0,1273 (l) = 127,3 (ml)

*Chuẩn bị hóa chất cho phép đo iod-thiosulphat xác định Cu 2+

Dung dịch CH 3 COOH 4N pha 100ml

a = C N M.V/1000.n =4.60.100/1000.1 = 24(g) Dung dịch KI 5% pha 100ml

a = 5(g) Dung dịch KSCN 10% pha 100ml

a = 10(g) Dung dịch hồ tinh bột 1% pha 100ml a= 1(g)

Dung dịch Na 2 S 2 O 3 0,01N pha 1,0 L Muối Na 2 S 2 O 3 5H 2 O M= 248,18 g/mol

a= C N M.V/n = 0.01.248,18.1 = 2,4818(g)

*Chuẩn bị hóa chất cho phương pháp complexon xác định Ni 2+

Dung dịch EDTA 0,01M pha 1,0 L a= C M M.V = 0,01.372,24.1= 3,7224(g) Chỉ thị murexide 1% trong NaCl pha 10g hỗn hợp chỉ thị Dung dịch NH 4 OH 1M pha 250 ml

a= C M M.V/1000= 1.35.250/1000=8.75 (g)

-Cho nhựa cationit (đã được ngâm trong nước) cùng với nước vào cột đến 1/3 chiều cao cột Cho qua cột 100ml dung dịch NaOH 1M – NaCl 1M với tốc độ 2-3 ml/phút Sau đó rửa cột bằng nước cất đến khi hết phản ứng kiềm (thử nước chảy ra bằng giấy quỳ)

-Cho qua cột 50ml hỗn hợp Cu2+ 1mg/ml – Ni2+ 1mg/ml ở tốc độ 2ml/phút Sau khi cho chảy hết, tiến hành giải hấp và định lượng Cu2+ và Ni2+:

(trong khi tiến hành thí nghiệm cần tránh bị nứt cột, và cần chú ý đến tốc độ vì tốc độ ảnh hưởng đến sự trao đổi ion)

3-4ml/phút Quan sát hiện tượng trên cột, tránh hiện tượng nứt cột Dùng cốc hứng dung dịch chảy ra khỏi cột Tiến hành giải hấp đến khi đến khi dung dịch

màu xanh dương (của phức glycerinat-đồng) ra hết khỏi cột thì dừng giải hấp Lấy cốc đựng dung dịch đựng dung dịch đồng được giải hấp ra ngoài, vừa thêm

từ từ dung dịch HCl 3M vào dung dịch vừa lắc đều đến khi phức đồng bị phá hủy (dung dịch mất màu xanh dương) Ước lượng thể tích dung dịch rồi dùng bình định mức có thế tích lớn hơn gần nhất, định mức đến vạch bằng nước cất

glycerinat Giải hấp Ni2+: cho dung dịch HCl 3M chảy qua cột với tốc độ 3-4 ml/phút Dùng cốc đựng dung dịch chảy ra Tiến hành giải hấp đến khi cột chuyển thành màu của nhựa ban đầu Tiến hành định mức bằng nước cất với bình có thể tích lớn hơn gần nhất

yên trong chỗ tối khoảng 10 phút Từ burette nhỏ từng giọt dung dịch thiosulphat, lắc đều đến khi dung dịch có màu vàng rơm Tiếp tục thêm 0,5ml dung dịch hồ tinh bột và lại chuẩn độ bằng dung dịch Na2S2O3 tới mất màu xanh tím Thêm tiếp 2,5 ml dung dịch KSCN 10% lắc kỹ và chuẩn độ đến hoàn toàn mất màu xanh

nón Thêm chỉ thị Murexide Vừa thêm từ từ từng giọt NH4OH 1M (Để trung

)vừa lắc đều đến khi xuất hiện màu vàng Sau đó chuẩn độ bằng dung dịch EDTA 0,01M đến khi dung dịch trong bình chuyển sang màu tím hồng

Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo:

- pH:

- nhiệt độ

- quá trình lắc

- thời gian

IV TÍNH TOÁN KẾT QUẢ:

) (

) (

Cu

O S Na N Cu

V C

)

(

) (

Ni

EDTA

V C C

=>a Ni2  C M(Ni2 ).M Ni2  V Ni2 

Cu2+ (V Na s S s O3

tiêu tốn) Ni2+ (V EDTA tiêu tốn)

BÀI 3 XÁC ĐỊNH CHẤT TẨY RỬA TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP

CHIẾT –TRẮC QUANG VỚI THUỐC THỬ XANH MEYLEN

-Phương pháp chiết là dựa trên sự phân bố của các chất, các ion hoặc các hợp chất có chứa ion kim loại giữa hai pha không trộn lẫn vào nhau, thường là pha nước và pha còn lại là dung môi hữu cơ Khi đó chất sẽ chuyển từ pha nước sang pha hữu cơ

dung dịch đồng nhất có bề mặt dày và nồng độ thì một phần bức xạ có cường độ I bị phản xạ từ bề mặt, một phần sẽ tiếp tục đi vào dung dịch hấp thu phần còn lại đi ra ngoài với cường độ I: I<I

A=log

lại một vành cặn trên thành thau, chậu) nhóm – COOH của xà phòng được thay

ion kim loại, không tạo kết lắng

-Chất tẩy rửa thương mại đàu tiên, tên Dreft, đã được hãng proter và gamble sản

xuất ;vào giữa những năm 1930; tuy nhiên đến nam 1947,mới có thông tin về các

chat tẩy rữa như là tác nhân gây ô nhiễm tại một thành phố ở Mỹ Vào thứ sáu,

người ta đã phân phối một chất tẩy rửa mới đến từng gia đình, và đến thứ hai, một lớp bọt cao 5 feet ( khoảng 1,5 m) đã chào đón các công nhân làm việc tại hệ

thống cống rảnh thành phố

đặc ở mức 0,5ppm Các chất tẩy rửa dạng cũ, chứa alkylbenzen sulphonat (ABS)

được sản xuất từ phế thải dầu mỏ nên giá rẻ, nhưng mạch cacbon phân nhánh cao,

và các vi khuẩn không thể làm thoái biến (phân hủy) sinh học nó hoàn toàn vì các

vi khuẩn mổi lần phân hủy 2 cacbon trong mạch và dùng lại ở chuổi phân nhánh

Sau này các nhà khoa học đã làm được các chất tẩy rửa mạch thẳng (LAS, linear

alkylbenzen sulphonat) có khả năng thoái biến sinh học

Alkybenzen sulphonat Mạch phân nhánh,khó thoát biến ( )

Mạch thẳng, dễ phân hủy

nhiều hợp chất tương tự phương pháp chuẩn để xác định chất tẩy rửa trong nước là

chiết trắc – quang khi lên màu với thuốc thử xanh metylen Đây lày một phương

pháp nhạy (xác định được dưới 0,1 ppm chất tẩy rửa) chỉ cần dụng cụ, thiết bị đơn

giản xanh metylen phản ứng với các chất tẩy rửa chứa nhân bezen tạo thành một

liên hợp ion màu xanh, tan trong chloroform Cường độ màu tuyến tính theo định

luật beer trong khoảng hàm lượng 0,1đến 4 ppm Cản trở việc xác định sulphonat,

sulphat, carbocynat, phosphat hữu cơ và các phenol vì chúng làm tăng cường độ

màu trong khi các amin lại làm giẩm màu do tạo phức cạnh tranh với xanh

1.2 Tính nồng độ dung dịch phân tích bằng phương pháp đường chuẩn

Quan hệ giữa một tính chất vật lý hoặc hóa lý được đo y nào đó của chất định phân với hàm lượng x của nó trong mẫu thường là quan hệ tuyến tính:

Y=a + bx (1) Một ví dụ là định luật Beer quan hệ giữa mật độ quang D của một chất màu với nồng

độ C (mol/L) của nó trong dung dịch bằng biểu thức

D = εlC (2) Trong đó - hệ hấp thụ mol của chất màu, L/mol.cm; 1- bề dày lớp dung dịch, cm Trong phương pháp đường chuẩn, người ta chuẩn bị một loạt n mẫu có hàm lượng chất

các hệ số a và b trong quan hệ tuyến tính (1) bằng công thức sau:

1 1

2

1 1

1 1

i i

n i

i i n

i i n

i i n

i i

x x

n

y x x

y x

(2)

1 1

2

1 1

i

i n

i

i i

x x

n

y x

y x n

(3)

đo được ứng với mẫu phân tích trong cùng điều kiện như khi xây dựng đường

=

2.1 Hóa chất

Lấy 15ml dung dịch xanh metylen (1) vào bình định mức dung tích 0,5l, thêm khoảng

Phễu chiết quả lê, dung tích 125ml

3.1 Xây dựng đường chuẩn

-Lấy lần lược 4 phễu chiết các thể tích dung dịnh chuẩn DBS (2) bằng

2.0; 4.0; 6.0 và 8.0ml, thêm nước cất vào phễu chiết đến thể tích 50ml (nồng độ các mẫu với thể tích tương ứng lần lượt là 0.04; 0.08; 0.12; 0.16)

-Điều chỉnh pH: thêm 3-4 giọt dung dịch phenolphtalein Nếu dung dịch phễu chiết không đổi màu, hãy kiềm hóa dung dịch bằng vài giọt NaOH 1N (thêm NaOH để thành dung dịch màu hồng), sau đó làm mất màu phenolphtalein bằng vài giọt H SO 1N (để tạo môi trường trung tính vì trong môi trường trung tính thì phức mới bền)

-Chiếc lần 1: cho mỗi phễu chiết CHCL , 7,5ml dung dịch xanh metylen ( xanh

metylen phản ứng với chất tẩy rửa chứa nhiều bezen tạo thành hỗn hợp ion màu

xanh, tan trong CHCL , phản ứng lên màu cho dung dịch ) Đóng chặt nút và lắc phễu chiết trong 30s, để tách pha (chú ý quan sát màu cua pha hữu cơ) Nếu một nhũ tương

có thể được tạo thành, cần lắc mạnh phễu chiết hoặc thêm vài giọt isopropyl ancol (trong khi lắc cần mở nắp liên tục để khí ra) Thu phần pha hữu cơ vào bình định mức 10ml sạch khô (bình định mức phải khô và sạch vì nếu lẫn nước vô thì sẽ gây sai lệch kết quả đo quang, gây ra sai số và nồng độ chất tẩy rửa thấp)

-Chiết thêm 2 lần (chiết thêm 2 lần nữa để tách hết các chất tẩy rửa có trong pha nước

trong phễu chiết, gom hết phần chiếc hữu cơ vào bình định mức đến vạch bằng CHCL , lắc đều

-Sử dụng cuvet thạch anh để đo mật độ quang (độ hấp thụ) của phần chiết hữu cơ trên máy đo màu ở bước sóng 652nm Dung dịch so sánh là CHCL

-Xác định phương trình đường chuẩn; với mỗi dung dịch chuẩn, hãy tính nồng độ theo

3.2 Xác định hàm lượng chất tẩy rửa trong một số mẫu nước

-Sinh viên có thể lấy các mẫu nước ở một số địa điểm sau: suối cam ly, hồ xuân

VI Kết quả thí nghiệm

4.1 xây dựng dường chuẩn

Mẫu giả định:A = 0.307

phương trình đường chuẩn có dạng y = ax +b