Nghiên cứu sự tạo phức màu của một số Kim loại nặng với thuốc thử hữu cơ bằng phương pháp trắc quang và ứng dụng phân tích đánh giá môi trường

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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

-----------------------------------

TRẦN THỊ THÙY DƯƠNG

NGHIấN CỨU SỰ TẠO PHỨC MÀU CỦA MỘT SỐ KIM

LOẠI NẶNG VỚI THUỐC THỬ HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG

PHÁP TRẮC QUANG VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH

ĐÁNH GIÁ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA 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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

-----------------------------------

TRẦN THỊ THÙY DƯƠNG

NGHIấN CỨU SỰ TẠO PHỨC MÀU CỦA MỘT SỐ KIM

LOẠI NẶNG VỚI THUỐC THỬ HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG

PHÁP TRẮC QUANG VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH

ĐÁNH GIÁ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Chuyên ngành : Hóa phân tích

Mã số : 60.44.29

Cán bộ hướng dẫn khoa học

PGS.TS. TRẦN THỊ HỒNG VÂN

Thái Nguyên - 2009

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

MỤC LỤC

Trang

Bảng danh mục các bảng biểu............................................................................... 1

Bảng danh mục các hình vẽ................................................................................... 3

Mở đầu................................................................................................................... 4

Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................... 6

1.1. Mangan và hợp chất của Mangan............................................................... 6

1.1.1. Mangan......................................................................................................... 6

1.1.2. Các hợp chất của mangan ........................................................................... 6

1.1.3. Ứng dụng của Mangan................................................................................. 9

1.1.4. Sự xuất hiện của Mangan và khả năng gây ô nhiễm của mangan trong

nước ngầm............................................................................................................. 9

1.2. sắt và hợp chất của sắt.................................................................................. 10

1.2.1. Sắt................................................................................................................. 10

1.2.2. Một số hợp chất của sắt................................................................................ 12

1.2.3. Vai trò của sắt đối với cơ thể con người...................................................... 16

1.3. Thuốc thử PAR và các tham số định lƣợng của thuốc thử PAR ............. 17

1.4. Axit sunfosalixilic.......................................................................................... 19

1.4.1. Đặc điểm của thuốc thử H3SS ................................................................... 19

1.4.2. Ứng dụng của thuốc thử H3SS để xác định các nguyên tố........................... 21

1.5. Các phƣơng pháp xác định Mn(II) và Fe(III)............................................ 22

1.5.1. Xác định Mn(II) bằng phương pháp trắc quang .......................................... 22

1.5.2. Các phương pháp xác định sắt..................................................................... 27

1.6. Các phƣơng pháp xác định thành phần của phức..................................... 35

1.6.1. Phương pháp tỷ số mol................................................................................. 35

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

1.6.2. Phương pháp hệ đồng phân tử gam............................................................. 36

1.6.3. Phương pháp Staric – Bacbanel................................................................... 36

1.7. Các bƣớc phân tích phức màu trong phân tích trắc quang...................... 38

1.7.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức..................................................................... 38

1.7.2. Nghiên cứu các điều kiện tạo phức tối ưu.................................................... 39

1.7.3. Xác định thành phần của phức..................................................................... 40

1.7.4. Khảo sát khoảng nồng độ tuân theo định luật Bia........................................ 40

Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KĨ THUẬT

THỰC NGHIỆM........................................................................................................... 41

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu................................................................................... 41

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu.............................................................................. 41

2.2.1. Nghiên cứu sự tạo phức giữa Mn(II) với PAR bằng phương pháp trắc quang 41

2.2.2. Xác định hàm lượng Mn(II) trong nước dựa vào màu của ion MnO4

-

........ 41

2.2.3. Xác định hàm lượng Fe(III) trong nước bằng thuốc thử axit sunfosalixilic 41

2.3. Kỹ thuật thực nghiệm................................................................................... 42

2.3.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu..................................................... 42

2.3.2. Cách tiến hành thực nghiệm......................................................................... 44

2.3.3. Xử lý kết quả thực nghiệm........................................................................... 45

2.3.4. Cách lấy mẫu, xử lý mẫu.............................................................................. 45

Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN.......................... 47

3.1. Nghiên cứu sự tạo phức của Mn(II) với thuốc thử PAR........................... 47

3.1.1. Nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho sự tạo phức Mn(II) – PAR................. 47

3.1.2. Xác định thành phần của phức .................................................................... 51

3.1.3. Xác định khoảng nồng độ tuân theo định luật Bia của phức........................ 57

3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của một số ion gây cản................................................ 59

3.2. Xác định Mn(II) bằng phƣơng pháp trắc quang dựa vào màu của ion MnO4

-

60

3.2.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu....................................................................... 60

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

3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của ion lạ đối với màu của dung dịch MnO4

-

.............. 64

3.2.3. Xác định hàm lượng Mn(II) trong nước giếng khoan.................................. 66

3.2.4. Đánh giá sự chính xác của phương pháp và giới hạn phát hiện của máy đo quang. 71

3.3. Nghiên cứu sự tạo phức của Fe(III) với H2SS￾trong vùng kiềm (pH = 8

– 11,5) và xác định hàm lƣợng Fe(III) trong nƣớc giếng khoan...................... 73

3.3.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu....................................................................... 73

3.3.2. Khoảng nồng độ của Fe3+ tuân theo định luật Bia....................................... 77

3.3.3. Xác định hàm lượng Fe(III) trong nước giếng khoan.................................. 78

3.3.4. Đánh giá sự chính xác của phương pháp và giới hạn phát hiện của máy đo quang. 84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………... 88

LÝ LỊCH KHOA HỌC........................................................................................ 91

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

1

BẢNG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

STT Số bảng Tên bảng Trang

1 1.1 Vùng tồn tại và các đặc trưng quang học của PAR 19

2 1.2 Hằng số phân li axit của PAR 19

3 3.1 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào thời gian 49

4 3.2 Sự phụ thuộc của mật độ quang của phức Mn(II) - PAR vào pH 50

5 3.3 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào pH 51

6 3.4 Kết quả phụ thuộc ∆A vào nồng độ thuốc thử với CMn(II) = 3.10-5M. 52

7 3.5 Kết quả phụ thuộc ∆A vào nồng độ Mn(II) với CPAR = 4.10-5M. 52

8 3.6 Kết quả xác định thành phần phức theo phương pháp hệ

đồng phân tử gam (CPAR + CMn(II) =10-4M)

53

9 3.7 Kết quả xác định thành phần phức theo phương pháp hệ

đồng phân tử gam (CPAR + CMn(II) =6.10-5M)

54

10 3.8 Sự phụ thuộc ∆Ai

/CPAR vào ∆Ai

/∆Agh 55

11 3.9 Sự phụ thuộc ∆Ai

/CMn(II) vào ∆Ai

/∆Agh 56

12 3.10 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào nồng độ Mn(II) 57

13 3.11 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Pb2+ 58

14 3.12 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Fe3+ 58

15 3.13 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Al3+

58

16 3.14 Sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch MnO4

-

vào thời gian 61

17 3.15 Sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch

MnO4



vào thể

tích axit H2SO4 1:1

62

18 3.16 Sự phụ thuộc mật độ quang vào thể tích chất oxi hóa K2S2O8 63

19 3.17 Sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch

MnO4



vào nồng

độ Fe3+

.

64

20 3.18 Khảo sát khả năng che Fe(III) bằng dung dịch H3PO4 1:4 65

21 3.19 Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Mn(II) 66

22 3.20 Kết quả phân tích Mn(II) trong các mẫu giả 67

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

2

23 3.21 Xử lý thống kê kết quả phân tích mẫu giả 1 67

24 3.22 Xử lý thống kê kết quả phân tích mẫu giả 2 68

25 3.23 Hàm lượng Mn(II) trong các mẫu thực 70

26 3.24 Kết quả xác định hàm lượng Mn(II) bằng phương pháp trắc

quang và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.

72

27 3.25 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào thời gian 74

28 3.26 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào pH 75

29 3.27 Sự phụ thuộc của mật độ quang của phức vào nồng độ H2SS￾76

30 3.28 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Fe(III) 77

31 3.29 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Pb2+ 78

32 3.30 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Mn2+ 78

33 3.31 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Al3+ 78

34 3.32 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Fe(III) khi có

mặt của các ion gây cản

79

35 3.33 Xác định Fe(III) trong mẫu giả bằng phương pháp đường chuẩn 80

36 3.34 Hàm lượng Fe(III) xác định trong mẫu giả theo phương

pháp thêm chuẩn.

80

37 3.35 Kết quả xác định hàm lượng Fe(III) trong nước giếng

khoan bằng phương pháp thêm chuẩn

81

38 3.36 Hàm lượng Fe trong nước giếng khoan theo phương pháp

thêm chuẩn

84

39 3.37 Kết quả xác định hàm lượng Fe(III) bằng phương pháp trắc

quang và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.

86

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

3

BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

STT Số hình

vẽ Tên hình vẽ Trang

1 1.1 Đồ thị phương pháp tỉ số mol 36

2 1.2 Đồ thị phương pháp hệ đồng phân tử gam 36

3 1.3 Các đường cong hiệu suất tương đối 38

4 3.1 Phổ hấp thụ điện tử của dung dịch phức Mn(II) – PAR 48

5 3.2 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào thời gian 49

6 3.3 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào pH 50

7 3.4 Sự phụ thuộc của A vào nồng độ của PAR (CMn(II) = 2.10-5M) 51

8 3.5 Sự phụ thuộc của A vào nồng độ của PAR (CMn(II) = 3.10-5M) 52

9 3.6 Sự phụ thuộc của A vào nồng độ của Mn(II)(CPAR = 4.10-5M) 53

10 3.7 Kết quả XĐ thành phần phức theo phương pháp hệ đồng

phân tử gam (CMn(II) + CPAR = 10-4M)

54

11 3.8 Kết quả XĐ thành phần phức theo phương pháp hệ đồng

phân tử gam (CMn(II) + CPAR = 6. 10-5M)

55

12 3.9 Sự phụ thuộc ∆Ai

/CPAR vào ∆Ai

/∆Agh 55

13 3.10 Sự phụ thuộc ∆Ai

/CMn(II) vào ∆Ai

/∆Agh 56

14 3.11 Sự phụ thuộc của mật độ quang của phức vào nồng độ Mn(II) 57

15 3.12 Khoảng nồng độ của Mn(II) tuân theo định luật Bia 57

16 3.13 Phổ hấp thụ của dung dịch Pemanganat. 60

17 3.14 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian 61

18 3.15 Sự phụ thuộc mật độ quang vào thể tích axit H2SO4 1:1 62

19 3.16 Sự phụ thuộc mật độ quang vào thể tích chất oxi hóa K2S2O8 63

20 3.17 Đường chuẩn xác định hàm lượng Mn(II) 66

21 3.18 Phổ hấp thụ electron của phức Fe(III) – H2SS￾so sánh với nước 73

22 3.19 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian 74

23 3.20 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào pH 75

24 3.21 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ thuốc thử 76

25 3.22 Khoảng nồng độ của Fe3+ tuân theo định luật Bia 77

26 3.23 Đường chuẩn khi có mặt các ion gây cản 79

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

4

MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế, khoa học kĩ thuật và

công nghệ, đời sống vật chất của con người ngày càng được nâng cao thì ngược lại,

môi trường sống càng trở nên ô nhiễm. Chính vì vậy mà nghiên cứu về ô nhiễm môi

trường và các biện pháp bảo vệ môi trường là một việc làm rất cần thiết.

Ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe con người từ các nguồn: khí

thải, nước thải, các chất thải rắn... Trong các loại ô nhiễm đó thì ô nhiễm kim loại

nặng trong nước đóng một vai trò đáng kể. Chính vì vậy việc xác định hàm lượng

kim lọai nặng trong nước để từ đó tìm biện pháp hạn chế sự ô nhiễm là rất cần thiết.

Để xác định hàm lượng kim loại trong nước có nhiều phương pháp khác nhau

như: trắc quang, chiết trắc quang, phổ hấp thụ nguyên tử, cực phổ Von-Ampe hoà

tan... Một trong những phương pháp phân tích dùng để xác định kim loại ở nồng độ

thấp là phương pháp trắc quang, một phương pháp được sử dụng nhiều vì phương

pháp này tuy chưa phải hoàn toàn ưu việt nhưng xét về nhiều mặt có những ưu điểm

nổi bật như: có độ lặp lại cao, độ chính xác và độ nhạy đạt yêu cầu của phép phân

tích. Mặt khác, phương pháp này với các phương tiện máy móc không quá đắt, dễ

bảo quản và sử dụng, cho giá thành phân tích rẻ, phù hợp yêu cầu cũng như điều

kiện của các phòng thí nghiệm trong nước hiện nay.

Xuất phát từ những vấn đề trên, luận văn này với mục tiêu xác định hàm

lượng mangan và sắt trong nước sinh hoạt bằng phương pháp trắc quang với giá

thành rẻ, tiện lợi, dễ thực hiện trong các phòng thí nghiệm nhằm đóng góp, làm

phong phú thêm những công trình nghiên cứu trong lĩnh vực xác định vi lượng

mangan, sắt trên cả hai phương diện nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.

Từ những lí do trên chúng tôi chọn đề tài:

“ Nghiên cứu sự tạo phức màu của một số kim loại nặng với thuốc thử

hữu cơ bằng phương pháp trắc quang và ứng dụng phân tích đánh giá môi

trường”