Nghiên cứu Chiết - trắc quang phức Đaligan trong hệ 1-(2-pyridilazơ)-2-Naphtol (PAN)-Pb(II)-CCl3COOH và ứng dụng phân tích

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

LÊ XUÂN THỨ

NGHIÊN CỨU CHIẾT - TRẮC QUANG PHỨC

ĐALIGAN TRONG HỆ 1-(2-PYRIDILAZƠ)-2-

NAPHTOL (PAN)-Pb(II)-CCl3COOH VÀ ỨNG

DỤNG PHÂN TÍCH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC

THÁI NGUYÊN-2009

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

LÊ XUÂN THỨ

NGHIÊN CỨU CHIẾT - TRẮC QUANG PHỨC

ĐALIGAN TRONG HỆ 1-(2-PYRIDILAZƠ)-2-

NAPHTOL (PAN)-Pb(II)-CCl3COOH

VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH

Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH

Mã số: 60.44.29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS HỒ VIẾT QUÝ

THÁI NGUYÊN-2009

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hoá phân tích và Hoá

môi trường - khoa Hoá học - Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên.

Bằng tấm lòng trân trọng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS

Hồ Viết Quý - người đã hướng dẫn khoa học, tận tình chỉ bảo em trong suốt

quá trình học tập và nghiên cứu.

Em xin trân trọng cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Hoá học và các Thầy

Cô giáo trong tổ bộ môn Hoá phân tích và Hoá môi trường Trường Đại học

sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho

em hoàn thành luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn BGH Trường THPT Na Rỳ - Bắc Kạn, các

đồng nghiệp, bạn bè, người thân đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá

trình học tập và nghiên cứu.

Thái Nguyên, ngày 15 tháng 9 năm 2009

Lê Xuân Thứ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .....................................................................................................1

Chƣơng I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...........................................................3

1.1. Giới thiệu về nguyên tố chì.......................................................................3

1.2. Tính chất và khả năng tạo phức của PAN. ..............................................11

1.3. Axit tricloaxetic CCl3COOH. .................................................................15

1.4. Phức đaligan và ứng dụng của nó trong hóa học phân tích......................15

1.5. Phương pháp nghiên cứu chiết phức đa ligan..........................................18

1.6. Các bước nghiên cứu phức màu dùng trong phân tích trắc quang [31]........21

1.7. Các phương pháp xác định thành phần phức trong dung dịch {[20],

[21], [23]}. ............................................................................................26

1.8. Cơ chế tạo thành phức đa ligan...............................................................33

1.9. Các phương pháp xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức. ...................39

1.10. Phương pháp thống kê xử lý số liệu thực nghiệm. ................................41

1.11. Ô nhiễm nước [15]. ..............................................................................44

Chƣơng II: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM ...............................................46

2.1. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu. ..............................................................46

2.2. Pha chế hoá chất.....................................................................................46

2.3. Cách tiến hành thí nghiệm. .....................................................................48

2.4. Xử lý các kết quả thực nghiệm. ..............................................................49

Chƣơng III: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN..................50

3.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức đaligan trong hệ PAN-Pb2+

- CCl3COO-

......50

3.1.1. Phổ hấp thụ phân tử của PAN..............................................................50

3.1.2. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức và chiết phức đaligan của Pb2+ với

PAN và CCl3COO-

. ...............................................................................51

3.2. Nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho sự tạo phức và chiết phức

đaligan PAN-Pb2+

-CCl3COO-

. ...............................................................54

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3.2.1. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức đaligan vào thời gian.................54

3.2.1.1. Thời gian tạo phức tối ưu..................................................................54

3.2.1.2. Khảo sát thời gian lắc chiết tối ưu.....................................................55

3.2.1.3. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức đaligan trong pha hữu cơ

vào thời gian..........................................................................................56

3.2.2. Xác định pH tối ưu. .............................................................................57

3.2.3. Chọn dung môi chiết phức tối ưu.........................................................59

3.2.3.1. Chọn dung môi chiết.........................................................................59

3.2.3.2. Khảo sát thể tích dung môi chiết phức tối ưu. ...................................62

3.2.4. Sự phụ thuộc phần trăm chiết vào số lần chiết và hệ số phân bố. .........63

3.2.5. Xử lý thống kê xác định phần trăm chiết. ...........................................65

3.3. Xác định thành phần phức đaligan PAN-Pb2+

-CCl3COO-

.......................66

3.3.1. Phương pháp tỷ số mol xác định thành phần phức PAN-Pb2+

-

CCl3COO-

..............................................................................................66

3.3.2. Phương pháp biến đổi liên tục (phương pháp hệ đồng phân tử,

phương pháp Otromuslenco-Job)...........................................................69

3.3.3. Phương pháp Staric- Bacbanel.............................................................71

3.3.4. Xác định hệ số tỷ lượng của CCl3COO￾trong phức đaligan bằng

phương pháp chuyển dịch cân bằng. ......................................................74

3.4. Nghiên cứu cơ chế tạo phức đaligan. ......................................................77

3.4.1. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của Pb2+ theo pH..............................77

3.4.2. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của PAN theo pH. ...........................80

3.4.3. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của CCl3COOH theo pH..................82

3.4.4. Cơ chế tạo phức đaligan PAN-Pb(II)-CCl3COO-

.................................84

3.5. Xác định các tham số định lượng của phức đaligan PAN-Pb(II)-

CCl3COO-

...............................................................................................87

3.5.1. Xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức đaligan. ...............................87

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3.5.1.1. Xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức đaligan theo phương

pháp Komar. ..........................................................................................87

3.5.1.2. Xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức đaligan theo phương

pháp đường chuẩn. ................................................................................89

3.5.1.3. So sánh hai giá trị εphức tính từ hai phương pháp. ..............................90

3.5.2. Xác định hằng số cân bằng của phức: Kp. ...........................................91

3.5.3. Xác định hằng số bền điều kiện phức đaligan: β. .................................92

3.6. Chế hóa và định lượng chì trong mẫu nhân tạo bằng phương pháp

chiết - trắc quang dựa trên sự tạo phức đaligan. .....................................93

3.7. Xác định hàm lượng Pb2+ trong mẫu nước hồ nuôi cá ở quận Hoàng

Mai - Hà Nội. ........................................................................................95

3.7.1. Quy trình xử lý mẫu.............................................................................95

3.7.2. Xác định hàm lượng Pb2+ bằng phương pháp thêm nhiều mẫu

chuẩn trong phân tích trắc quang. ..........................................................95

3.8. Xác định hàm lượng Pb2+ trong mẫu nước hồ nuôi cá ở huyện Chợ

Mới - tỉnh Bắc Kạn..............................................................................100

3.8.1. Quy trình xử lý mẫu...........................................................................100

3.8.2. Xác định hàm lượng Pb2+ bằng phương pháp thêm nhiều mẫu

chuẩn trong phân tích trắc quang. ........................................................101

KẾT LUẬN................................................................................................104

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................106

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1

MỞ ĐẦU

Chì là một nguyên tố có nhiều ứng dụng quan trọng trong khoa học, kĩ

thuật và đời sống: Dùng để làm ắc quy, đầu đạn, các ống dẫn trong công nghệ

hoá học, đúc khuôn để in chữ, chế tạo thuỷ tinh pha lê, pha vào xăng để tăng

thêm chỉ số octan. Do có tính ngăn cản mà người ta dùng chì làm áo giáp cho

nhân viên: chụp X quang, lò phản ứng hạt nhân, đựng nguyên tố phóng xạ,

cho vào màn hình vi tính, ti vi.…

Tuy nhiên, bên cạnh đó chì cũng là nguyên tố gây nhiễm độc cho môi

trường, đặc biệt trước lúc xăng 95 chưa ra đời thì hàm lượng chì trong xăng

do các động cơ đốt trong thải ra cho môi trường là rất lớn, ảnh hưởng trực

tiếp đến môi trường nhất là những tuyến đường quốc lộ. Nhiễm độc chì rất

khó cứu chữa, chì có thể tích luỹ trong cơ thể người mà không bị đào thải.

Việc ô nhiễm các nguồn nước, thực phẩm, sữa, rau quả bởi chì đã gây ra

những bệnh hiểm nghèo như ung thư, ảo giác, quái thai,... ảnh hưởng nghiêm

trọng đến sức khoẻ cộng đồng.

Chì là nguyên tố có khả năng tạo phức với nhiều phối tử, đặc biệt là phối

tử hữu cơ. Cho nên nghiên cứu sự tạo phức của chì và tìm ra một phương pháp

phân tích nhanh, chính xác hàm lượng chì trong các đối trượng phân tích khác

nhau là vô cùng quan trọng, có tính thời sự, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Trong thời gian qua, việc phân tích chì trong các mẫu vật đã được

nghiên cứu bằng nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên vẫn chưa có một tài

liệu nào công bố hoàn chỉnh về việc nghiên cứu sự tạo phức và chiết phức

đaligan của chì với thuốc thử 1-(2-pyridilazơ)-2-naphtol (PAN) hoặc công bố

ở những điều kiện thí nghiệm khác nhau. Sau khi xem xét, chúng tôi nhận

thấy nghiên cứu phức màu của chì bằng phương pháp chiết - trắc quang là

một trong những phương pháp có nhiều triển vọng, mang lại hiệu quả và phù

hợp với điều kiện phòng thí nghiệm ở nước ta.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2

Xuất phát từ tình hình thực tế này, chúng tôi đã chọn đề tài: “Nghiên

cứu chiết - trắc quang phức đaligan trong hệ 1-(2-pyridilazơ)-2-naphtol

(PAN) - Pb(II) - CCl3COOH và ứng dụng phân tích''.

Để thực hiện đề tài này chúng tôi tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau:

1. Khảo sát hiệu ứng tạo phức của Pb(II) với PAN và CCl3COO-

.

2. Khảo sát các điều kiện tối ưu của sự tạo phức và chiết phức.

3. Xác định thành phần của phức.

4. Nghiên cứu cơ chế tạo phức PAN-Pb(II)-CCl3COO-

.

5. Xác định hệ số hấp thụ phân tử, hằng số cân bằng và hằng số bền điều

kiện của phức.

6. Ứng dụng kết quả nghiên cứu để định lượng Pb(II) trong mẫu nhân

tạo và trong mẫu nước tự nhiên, nước thải.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3

Chương I

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Giới thiệu về nguyên tố chì.

1.1.1. Vị trí, cấu tạo và tính chất của chì [1], [16].

Chì là nguyên tố ở ô thứ 82 trong hệ thống tuần hoàn. Sau đây là một

số thông số về chì.

Ký hiệu: Pb

Số thứ tự: 82

Khối lượng nguyên tử: 207,2 dvc

Cấu hình electron: [Xe] 4f145d106s2

6p2

Bán kính ion: 1,26A0

Độ âm điện (theo paoling): 2,33

Thế điện cực tiêu chuẩn

pb E pb 0 2

= -0,126V.

Năng lượng ion hoá:

Mức năng lượng ion hoá I1 I2 I3 I4 I5 I6

Năng lượng ion hoá 7.42 15.03 31.93 39 69.7 84

Từ giá trị I3 đến giá trị I4 có giá trị tương đối lớn, từ giá trị I5 đến I6 có

giá trị rất lớn do đó chì tồn tại ở số ôxi hóa : +2 và +4.

1.1.2. Tính chất vật lý [1],[16].

Chì là kim loại màu xám thẫm , khá mềm dễ bị dát mỏng.

Nhiệt dộ nóng chảy: 327,460C.

Nhiệt độ sôi: 1740C.

Khối lượng riêng: 11,34 g/cm3

Chì và các hợp kim của nó đều độc và nguy hiểm do tính tích luỹ của

nó, nên khó giải độc khi bị nhiễm độc lâu dài.

Chì hấp thụ tốt các tia phóng xạ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4

1.1.3. Tính chất hoá học [1], [16].

Tác dụng với các nguyên tố không kim loại:

2Pb+ O2 = 2PbO

Pb + X2 = PbX2

Tác dụng với nước khi có mặt oxy:

2Pb + 2H2O + O2 = 2Pb(OH)2

Tác dụng yếu với các axit HCl và axit H2SO4 nồng độ dưới 80% vì tạo

lớp muối PbCl2 và PbSO4 khó tan.

Khi các axit trên ở nồng độ đặc hơn thì có phản ứng do lớp muối đã bị

hoà tan:

PbCl2 + 2HCl = H2 PbCl4

PbSO4 + H2SO4 = Pb(HSO4)2

Với axit HNO3 tương tác tương tự như những kim loại khác.

Khi có mặt oxy có thể tương tác với nước hoặc axit hữu cơ:

2Pb + 2H2O + O2 = 2 Pb(OH)2

2Pb + 6 CH3COOH + 3 O2 = 2 (CH3COO)2Pb + 10 H2O

Tác dụng với dung dịch kiềm nóng:

Pb + 2 KOH + 2H2O = K2 [Pb(OH)4 ] + H2

1.1.4. Các khoáng vật trong tự nhiên của chì.

Chì là nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất. Chì tồn tại ở các trạng thái

oxy hoá 0, +2 và +4, trong đó muối chì có hoá trị 2 là hay gặp nhất và có độ

bền cao nhất. Trong tự nhiên, tồn tại các loại quặng galenit (PbS), Cesurit

(PbCO3) và anglesit (PbSO4).

Trong môi trường nước, tính năng của hợp chất chì được xác định chủ

yếu thông qua độ tan của nó. Độ tan của chì phụ thuộc vào pH, pH tăng thì

độ tan giảm, ngoài ra còn phụ thuộc vào yếu tố khác như: độ muối (hàm

lượng iôn khác nhau) của nước, điều kiện oxy hoá- khử v.v…Chì trong nước

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5

chiếm tỷ lệ khiêm tốn, chủ yếu là từ đường ống dẫn, các thiết bị tiếp xúc có

chứa chì.

Trong khí quyển chì tương đối giàu hơn so với các kim loại nặng khác.

Nguồn chính của chì phân tán trong không khí là do sự đốt cháy các nhiên

liệu phù hợp chất của chì làm tăng chỉ số octan thêm vào dưới dạng Pb(CH3)4

và Pb(C2H5)4. Cùng với các chất gây ô nhiễm khác, chì được loại khỏi khí

quyển do quá trình sa lắng khô và ướt. Kết quả là bụi thành phố và đất bên

đường ngày càng giàu chì với nồng độ điển hìmh cỡ vào khoảng 1000 - 4000

mg/kg ở những thành phố náo nhiệt. [7].

1.1.5. Tác dụng sinh hóa của chì.

Phần lớn người dân trong thành phố hấp thụ chì từ ăn uống 200 -

3000μg Pb/ ngày, nước và không khí cung cấp thêm 10 - 15μg Pb/ ngày [7].

Tổng số chì hấp thụ này, có khoảng 200μg chì được thải ra, còn khoảng 25μg

chì được giữ lại trong xương mỗi ngày.

Bảng 1.1. Lượng chì bị hấp thụ vào cơ thể mỗi ngày:

Nguồn hấp thụ Lƣợng chì

(μgPb/ngày)

Vào ngƣời

(μgPb/ngày)

Bài tiết

(μgPb/ngày)

Không khí 10

25 (tích tụ

trong xương)

Nước (dạng hoà tan hoặc phức) 15 200

Thực phẩm (dạng phức) 200

Tác dụng sinh hoá chủ yếu của chì là tác động của nó tới sự tổng hợp

máu dẫn đến phá vỡ hồng cầu. Chì ức chế một số enzim quan trọng của quá

trình tổng hợp máu do sự tích luỹ của các hợp chất trung gian của quá trình

trao đổi chất.[26].

Hợp chất trung gian kiểu này là delta- amino levunilic axit (ALA￾đehyase). Một pha quan trọng của tổng hợp máu là sự chuyển hoá delta￾amino levunilic axit thành porphobiliogen. Chì ức chế ALA-dehdrase enzym,