Đề tài Phân tích dạng Se(IV), Se(VI) vô cơ trong mẫu nước ngầm và thực phẩm bằng phương pháp động học – xúc tác trắc quang

Từ đồ thị khảo sát thời gian ta thấy khi không có mặt của xúc tác Se(IV) thì tốc độ của phản ứng rất chậm (đường 1). Khi có mặt chất xúc tác thì phản ứng xảy ra rất nhanh và nhanh đạt trạng thái cân bằng ( trạng thái đạt cân bằng khi A = 0) , nồng độ xúc tác càng cao thì càng nhanh đạt trạng thái cân bằng (đường 2, 3). Đồ thị khảo sát thời gian cũng cho thấy phản ứng xảy ra theo hai giai đoạn rõ rệt. Ban đầu khi có Se(IV) làm xúc tác thì phản ứng xảy ra chậm hơn, phù hợp với giải thích về cơ chế có phản ứng xảy ra giữa Se(IV) và hydrazin giảm ( giai đoạn hai), tốc độ phản ứng rất nhanh và đạt đến cân bằng. Vì vậy ở các thí nghiệm sau chúng tôi chọn thời gian ấn định là 8,0phút (480s) để đo độ hấp thụ quang của dung dịch kể từ khi thêm chất khử (tương ứng chỉ theo dõi tốc độ phản ứng ở giai đoạn đầu).

doc69 trang | Chia sẻ: oanh_nt | Ngày: 04/07/2013 | Lượt xem: 1454 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Phân tích dạng Se(IV), Se(VI) vô cơ trong mẫu nước ngầm và thực phẩm bằng phương pháp động học – xúc tác trắc quang, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ủa đường cong thực nghiệm tại một điểm bất kì, từ đó có thể tính được nồng độ. B. Phương pháp tích phân Phương pháp tích phân chủ yếu dựa vào việc đánh giá tốc độ tương ứng vượt quá một giới hạn, thường là khoảng nhỏ t. * Đo thời gian ấn định và đo sự thay đổi của một biến số có liên quan tới nồng độ của chất phản ứng hoặc sản phẩm vượt qua một khoảng thời gian xác định. * Phương pháp nồng độ ấn định hoặc biến thiên thời gian (chu kì thời gian) được áp dụng để đo sự thay đổi tương tự trong nồng độ chất phản ứng hoặc sản phẩm. C. Phương pháp khác * Phương pháp dựa trên việc đo độ dài của chu kì cảm ứng. * Phương pháp đặc biệt như phản ứng dao động. Cần chú ý là độ chính xác của phương pháp phân tích động học phụ thuộc vào độ tin cậy của kỹ năng phân tích khi đo những thay đổi nồng độ của một cấu tử. Độ nhạy và giới hạn phát hiện của phương pháp: Ưu điểm chính của phương pháp là giới hạn phát hiện (nồng độ thấp nhất mà chất xúc tác đo được) thấp và độ nhạy cao. Nồng độ các chất xúc tác ở trong khoảng 10-6-10-11 g/ml có thể xác định được dựa trên khả năng xúc tác của chúng và nồng độ phù hợp để có thể đo được tín hiệu phân tích nhỏ nhất. Độ chọn lọc của phương pháp: Theo IUPAC, độ chọn lọc biểu thị cho khả năng xác định một chất khi có mặt các chất cản trở đi kèm trong mẫu. Các đặc tính riêng không gây ảnh hưởng cản trở trong trường hợp này. Đặc tính xúc tác của một ion vô cơ phụ thuộc vào kích thước ion, điện tích và liên kết của nó. Các chất có đặc tính tương tự như chất phân tích sẽ ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng, và do đó phương pháp phân tích động học thường không có tính chọn lọc cao khi có mặt các chất hoá học có liên quan đến các nguyên tố. Độ chọn lọc của phương pháp xúc tác có thể được cải thiện bằng các cách sau: Thay đổi điều kiện phản ứng (pH, nồng độ chất phản ứng, nhiệt độ...), sử dụng các kỹ thuật tách (trao đổi ion, phương pháp phổ, khuyếch tán phổ, kết tủa đồng thời, chưng cất, điện di...), sử dụng các tác nhân che để hạn chế ảnh hưởng của các ion cản. Giới hạn phát hiện là một ưu điểm thường được nhấn mạnh trong phương pháp phân tích động học xúc tác. Tuy nhiên, độ chọn lọc thấp có thể là nguyên nhân hạn chế một phần các ứng dụng của phương pháp này. 1.3.2. Một số nghiên cứu xác định Selen theo phương pháp động học – xúc tác trắc quang Phương pháp động học xúc tác xác định Se(IV), Se(VI), và tổng Selen vô cơ trong nước, dựa vào khả năng xúc tác của Se(IV) trong phản ứng khử Bromat bằng p-nitrophenyl hydrazin khi có mặt NaBr 0,6 M ở pH = 3. Br2 sinh ra làm mất màu calmagite. Độ hấp thụ quang của dung dịch được đo tại bước sóng 523nm bằng phương pháp trắc quang theo thời gian ấn định. Trong phản ứng chỉ thị này, Br- đóng vai trò là chất hoạt hóa cho sự xúc tác của Se(IV) và là chất khử Se(VI) ở pH=3,0. Ở điều kiện tối ưu (thời gian t= 7 phút và nhiệt độ là 25o C), đường chuẩn tuyến tính trong khoảng 1,0- 35,0 g Se(IV)/ l, giới hạn phát hiện của phương pháp là 0,22 g/l. Ảnh hưởng của các cation và anion đến xác định Se(IV) cũng đã được nghiên cứu [51 ].  Trong một công trình khác, lượng nhỏ Se(IV) có thể xúc tác cho phản ứng oxi hóa làm mất màu metyl tím bằng bromat trong môi trường đệm Clark - Lubs với pH = 3,0. Dựa trên phản ứng chọn lọc của Se(IV), người ta đã phát triển phương pháp động học - xúc tác để xác định dạng của Selen trong sinh vật biển. Sau khi được xử lí bằng HNO3 - HClO4 và khử bằng HCl, Selen hữu cơ được oxi hóa lên Se(IV), đồng thời Se(VI) bị khử về Se(IV), do đó tổng lượng Selen, Se(VI), Se(IV) và Selen hữu cơ được xác định lần lượt bằng phương pháp quang phổ xúc tác và phương pháp vi phân. Khoảng tuyến tính của phương pháp này là 0,14 – 8,0g/l, và giới hạn phát hiện tuyệt đối Selen trong mẫu sinh học là 3,5 ng. Phân tích dạng Selen trong rong biển và động vật thân mềm hai mảnh vỏ đã được thực hiện cho kết quả khả quan [55 ]. Phương pháp động học xúc tác còn được dùng để xác định selen trong nền mẫu sinh học dựa trên khả năng xúc tác của Selen đối với phản ứng giữa Metylen xanh và Na2S. Dựa trên phản ứng này, người ta khảo sát độ hấp thụ quang của dung dịch metylen xanh theo thời gian và xác định được thời gian (t) cần thiết để phản ứng xảy ra hoàn toàn. Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của t-1 vào nồng độ Selen cho ta đường chuẩn có khoảng tuyến tính từ 2,5 – 30,0 ng/ml Selen. Trong nghiên cứu này, người ta cũng đã kiểm tra các thông số thí nghiệm và ảnh hưởng của các ion cản tới việc xác định selen.Tetramethyl ammoni hydroxyt được dùng để xử lí mẫu máu, tóc và nước tiểu, kết quả cho mẫu nước tiểu là tốt nhất. Phương pháp xúc tác được ứng dụng cho mẫu nước tiểu với hiệu suất thu hồi là 84,9% [25 ]. Phương pháp động học xúc tác cũng đã được nghiên cứu để xác định selen trong mẫu nước ở môi trường đệm phtalat pH = 2, người ta đã nghiên cứu sự xúc tác của Se(IV) cho phản ứng làm mất màu xylenol da cam bằng Na2S. Phản ứng xúc tác là một phản ứng bậc không, hằng số của tốc độ phản ứng là 7,67x 10-5 mol/l.s và năng lượng hoạt hóa là 50,09 kJ/mol. Sự phụ thuộc của delta A (hiệu độ hấp thụ giữa phản ứng có và không có xúc tác) vào nồng độ của Se (IV) là tuyến tính khi nồng độ Se(IV) <= 0,12mg/l, giới hạn phát hiện là 2,66x 10-5 g/l. Phương pháp đã nêu được áp dụng để xác định lượng vết của Se(IV) trong mẫu nước [53 ]. Kết luận phần tổng quan: Như vậy bằng phương pháp động học- xúc tác trắc quang người ta có thể xác định được các dạng tồn tại của Selen trong các mẫu khác nhau, môi trường đệm khác nhau nhờ tác dụng xúc tác cho các phản ứng chỉ thị oxi hóa- khử của chúng. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 2.1.2. Nguyên tắc của phương pháp động học - xúc tác trắc quang xác định hàm lượng Selen. Metyl da cam là hợp chất có màu và được sử dụng như một chất chỉ thị oxy hóa khử. Sự làm mất màu của metyl da cam (MO) khi có mặt ion Bromat trong môi trường axit xảy ra khá chậm. Khi có mặt Se(IV) làm xúc tác thì việc khảo sát độ hấp thụ quang của dung dịch rất khó khăn vì phản ứng xảy ra quá nhanh. Do vậy, việc bổ sung thêm hydrazine vào môi trường phản ứng sẽ làm cho tốc độ phản ứng chậm lại. Cơ chế xúc tác của Se(IV) có thể giả định như sau: muối hydrazin khử Se(IV) về Selen nguyên tố trong môi trường axit theo phản ứng (1). Selen nguyên tố được tạo thành lại bị oxi hóa thành Se(IV) bởi BrO3- và sinh ra Br- theo phản ứng (2). Trong môi trường axit, Br- bị oxi hóa bởi BrO3- thành Br2 theo phản ứng (3) và chính Br2 sinh ra làm mất màu MO theo phản ứng (4). Do đó sự oxi hóa MO được tăng tốc đáng kể khi có mặt lượng nhỏ Br2, tức là phản ứng được xúc tác gián tiếp khi có mặt lượng nhỏ Se(IV) [50 ]. SeO32- + 2H+ + N2H4 Se0 + N2 + 3H2O (1) 3Se0 + 2BrO3- + 3H2O 3H2SeO3 + 2Br- (2) BrO3- + 5Br- + 6 H+ 3Br2 + 3H2O (3) Vì vậy, bằng cách theo dõi sự giảm độ hấp thụ quang của metyl da cam (khi có mặt hydrazin, KBrO3) theo nồng độ Se(IV) thì có thể định lượng được Se(IV) trong mẫu. Nếu trong mẫu có Se(VI) thì cần khử Se(VI) xuống Se(IV) bằng chất khử thích hợp, sau đó xác định tổng lượng Selen rồi từ đó suy ra hàm lượng Se(VI) trong mẫu. 2.1.2. Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm: - Tối ưu hóa các điều kiện của phép xác định gồm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố sau đến phản ứng chỉ thị: + Phổ hấp thụ của dung dịch chất màu và chọn cực đại hấp thụ để đo độ hấp thụ quang. + Ảnh hưởng của thời gian phản ứng. Theo dõi biến thiên tốc độ phản ứng để chọn phương pháp tga hay phương pháp thời gian ấn định. + Ảnh hưởng của nồng độ đầu các tác nhân phản ứng như (NH3Cl)2, MO, KBrO3 đến tốc độ phản ứng. + Ảnh hưởng của môi trường phản ứng . - Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion lạ đến phép xác định. - Đánh giá phương pháp phân tích : gồm khảo sát giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng, khoảng tuyến tính; đánh giá độ chụm và độ chính xác của phương pháp phân tích, tính hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích. - Xây dựng qui trình phân tích và ứng dụng phân tích mẫu thực tế. 2.2. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 2.2.1. Dụng cụ, thiết bị * Bình định mức thủy tinh loại A có dung tích 25, 50, 100, 250, 500 ml. * Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt dung tích 100, 250 ml. * Bình nón dung tích 250 ml, buret 25 ml. * Các loại pipet chia vạch: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10; 25 ml. * Máy trắc quang UV - VIS 1601 PC - Shimadzu (Nhật Bản), bước sóng làm việc tử 190- 900 nm , cuvet thạch anh chiều dày l = 1cm. * Cân phân tích Scientech SA 210 độ chính xác 0,0001g. * Máy điều nhiệt. * Đồng hồ bấm giờ. * Máy đo pH. 2.2.2. Hóa chất Các hóa chất cần dùng là loại tinh khiết phân tích (p.a. và tinh khiết thuốc thử (p.R.). Các dung dịch được pha chế bằng nước cất hai lần. Pha các dung dịch tiêu chuẩn: + Pha 100,00ml dung dịch Se(IV) 1000ppm từ SeO2 Cân chính xác 0,1405 gam SeO2 tinh thể trên cân phân tích, hòa tan sơ bộ lượng cân này bằng nước cất hai lần, chuyển vào bình định mức 100ml, tráng rửa cốc cân nhiều lần rồi chuyển vào bình định mức trên, thêm nước cất tới vạch mức, sóc trộn đều dung dịch ta được 100,00ml dung dịch Se(IV) 1000ppm. + Thiết lập lại nồng độ Se(IV) bằng dung dịch Iot tiêu chuẩn Pha 100,00 ml dung dịch I2 0,0127 M từ Iot tinh thể Cân chính xác 0,32g 0,01 Iot trên cân kỹ thuật. Hòa tan sơ bộ lượng cân này bằng nước cất, sau khi iot tan hết thêm khoảng 10g KI. Thêm nước cất tới vạch mức, sóc trộn đều dung dịch được dung dịch I2 0,0127 M. Dung dịch vừa pha bảo quản trong chai thủy tinh màu nút nhám. Pha 100,00 ml dung dịch Na2S2O3 0,025M từ Na2S2O3 tinh thể Cân chính xác 0,62 0,01g Natri thiosunfat trên cân kỹ thuật, hòa tan sơ bộ bằng nước cất, chuyển vào bình dịnh mức 100,00 ml, tráng rửa cốc cân, thêm nước cất tới vạch mức được 100,00 ml dung dịch Na2S2O3 0,025 M. Pha 100,00 ml dung dịch K2Cr2O7 4,17x10-3M Cân chính xác 0,12270,0001g Kali dicromat loại tinh khiết hóa học trên cân phân tích, hòa tan sơ bộ bằng nước cất chuyển vào bình định mức 100ml, tráng rửa cốc cân nhiều lần chuyển vào bình trên, thêm nước cất đến vạch mức, sóc trộn đều dung dịch được 100,00 ml dung dịch K2Cr2O7 4,17x10-3M. Thiết lập lại nồng độ dung dịch Na2S2O3 theo K2Cr2O7 Phương trình chuẩn độ: K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 Cr2(SO4)3 + 3I2 + 4 K2SO4 + 7H2O I2 + 2Na2S2O3 2NaI + Na2S4O6 Hút chính xác 10,00ml dung dịch K2Cr2O7 4,17x10-3M vừa pha vào bình nón nút mài, thêm 10,0ml KI 10%; 5,0ml H2SO4 ½, pha loãng dung dịch bằng nước cất tới khoảng 150,0 ml. Để bóng tối 5 phút, lấy ra đem chuẩn bằng dung dịch Na2S2O3 vừa pha tới màu vàng nhạt, thêm khoảng 1,0 ml hồ tinh bột chuẩn đền mất màu xanh. Làm thí nghiệm song song, sai số giữa hai lần chuẩn không quá 0,1ml. Thiết lập lại nồng độ dung dịch I2 theo Na2S2O3 Phương trình chuẩn độ: I2 + 2Na2S2O3 2NaI + Na2S4O6 Hút chính xác 10,00 ml dung dịch I2 vào bình nón, thêm một lượng nhỏ nước cất, đem chuẩn bằng dung dịch Na2S2O3 tới vàng nhạt, thêm 1,0 ml hồ tinh bột 1% chuẩn tiếp tới mất màu xanh. Làm thí nghiệm song song, sai số giữa hai lần chuẩn không quá 0,1ml. Thiết lập lại nồng độ dung dịch Se(IV) bằng I2 Phương trình chuẩn độ: I2 + 2Na2S2O3 2NaI + Na2S4O6 Se4+ + 2I- Se2+ + I2 Hút chính xác 10,00 ml dung dịch Se(IV) vừa pha chuyển vào bình nón, thêm NaHCO3 (pH =8), thêm chính xác 10,00 ml dung dịch I2, chuẩn bằng dung dịch Na2S2O3 tới vàng nhạt, thêm 1,0 ml hồ tinh bột 1% chuẩn tiếp tới mất màu xanh. Làm thí nghiệm song song, sai số giữa hai lần chuẩn không quá 0,1ml. Pha 100,00 ml dung dịch Se(IV) 10ppm từ dung dịch Se(IV) 1000ppm Hút chính xác 1,00ml dung dịch Se(IV) 1000ppm chuyển vào bình định mức 100ml, thêm nước cất tới vạch mức, sóc trộn đều dung dịch được 100,00mlm dung dịch Se(IV) 10ppm ( dung dịch chuẩn) Pha 100,0 ml dung dịch metyl dacam (MO) 1000 mg/l Cân 0,1g MO hòa tan bằng nước cất, thêm nước cất tới 100 ml được 100,0ml dung dịch MO 1000 mg/l. Pha 100,0 ml dung dịch (NH3Cl)2 5,0x10-2M Cân khoảng 0,53 0,01g hydrazin dihydrochlorua trên cân kỹ thuật. Hòa tan sơ bộ bằng nước cất, thêm nước đễn thể tích 100 ml , sóc trộn đều dung dịch được 100,0ml dung dịch N2H4.2HCl 5,0x10-2M. Pha 100,0ml dung dịch KBrO3 5,0x10-2M Cân chính xác 0,84 0,01g kali bromat tinh khiết hóa học trên cân kỹ thuật, hòa tan sơ bộ bằng nước cất, thêm nước đến vạch mức, sóc trộn đều dung dịch được 100,0ml dung dịch KBrO3 5,0x10-2M. Pha dung dịch đệm Glixin- HCl có pH= 1,6 Pha 100,0 ml dung dịch glixin 0,1M từ glixin tinh thể Cân chính xác 0,75g glixin loại tinh khiết hóa học trên cân kỹ thuật, hòa tan sơ bộ bằng nước cất, thêm nước tới thể tích 100ml, sóc trộn đều dung dịch được 100,0ml dung dịch Glixin 0,1M. Pha 1000,0 ml dung dịch HCl 1,0M từ HCl đặc 37%, (d = 1,19g/ml) Từ dung dịch glixin và HCl trộn vào nhau theo các tỷ lệ thích hợp khác nhau và hiệu chỉnh pH bằng máy đo pH. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu phương pháp xác định Selen(IV) dựa trên xúc tác của nó với hệ phản ứng hydrazine dihidroclorua – KBrO3 và metyl da cam. 3.1.1. Nghiên cứu chọn điều kiện tối ưu của phản ứng chỉ thị 3.1.1.1. Phổ hấp thụ của sản phẩm phản ứng chỉ thị. Lấy vào 05 bình định mức dung tích 25 ml, mỗi bình 5,00 ml dung dịch đệm Glicin – HCl có pH = 1,6 0,02. Thêm vào các bình lượng Se(IV) được lấy từ dung dịch Se(IV) 10,0 ppm như sau: Bình 1-2 : mẫu trắng Bình 3: 1,25 ml dung dịch Se(IV) 10,00ppm. Bình 4: 2,50 ml dung dịch Se(IV) 10,00ppm. Bình 5: 3,75 ml dung dịch Se(IV) 10,00ppm. Thêm vào các bình từ bình 2-5 mỗi bình 2,50 ml Metyl da cam (MO) 100,0mg/l, thêm vào tất cả các bình, mỗi bình mỗi bình 2,50 ml dung dịch (NH3Cl)2 5,0x10-2M; 2,50 ml dung dịch KBrO3 5,0x10-2M, định mức bằng nước cất đến vạch mức. Sóc trộn đều dung dịch. Để yên 8,0 phút, đem đo độ hấp thụ quang của các dung dịch trong khoảng bước sóng từ 400 – 700nm với dung dịch so sánh là dung dịch trong bình 1. Kết quả thu được như hình 1. Đường 1: Phổ hấp thụ của dung dịch có MO, KBrO3, (NH3Cl)2 Đường 2: Phổ hấp thụ của dung dịch có MO, (NH3Cl)2, KBrO3, Se(IV) 0,5ppm. Đường 3: Phổ hấp thụ của dung dịch có MO, (NH3Cl)2, KBrO3, Se(IV) 1,0 ppm Đường 4: Phổ hấp thụ của dung dịch có MO, (NH3Cl)2, KBrO3, Se(IV) 1,5 ppm Hình 1: Phổ hấp thụ quang của dung dịch MO khi có mặt (NH3Cl)2 , KBrO3, Se(IV) (Nồng độ cuối của các tác nhân trong dung dịch lần lượt là: (NH3Cl)2 5,0x10-3 M; MO 50,0 mg/l; 5,0 x 10-3 M KBrO3) Mettyl da cam là thuốc thử màu cam, có bước sóng hấp thụ cực đại ở bước sóng l=508 nm trong môi trường axit mạnh (đường 1). Khi giữ nguyên nồng độ KBrO3 5,0 x 10-3 M và cho thêm Se(IV) với nồng độ khác nhau 0,5ppm (đường 2), Se(IV) 1,0ppm (đường 3), và Se(IV) 1,5ppm (đường 4) thì thực nghiệm cho thấy, càng tăng nồng độ của Se(IV) thì độ hấp thụ quang A của dung dịch phản ứng giảm càng nhanh mà không làm chuyển dịch cực đại. Điều đó chứng tỏ khi có Se(IV) thì phản ứng giữa bromat và hydrazin sinh ra brom xảy ra nhanh hơn. Do đó trong các thí nghiệm tiếp theo chúng tôi chọn bước sóng l=508 nm để khảo sát. 3.1.1.2.Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng Lấy vào 3 bình định mức dung tích 25,0 ml lần lượt thứ tự thuốc thử như sau: 5,0 ml đệm glixin – HCl pH = 1,6. Thêm vào các bình lượng Se(IV) được lấy từ dung dịch Se(IV) 10,0 ppm Bình 1: mẫu trắng. Bình 2 – 3: 0,25 – 1,25ml dung dịch Se(IV) 10,0ppm Thêm vào các bình 2,50ml dung dịch (NH3Cl)2 5,0x10-2M; 2,50ml dung dịch MO 100,0 mg/l; 2,50ml dung dịch KBrO3 5,0x10-2M, định mức bằng nước cất tới vạch mức. Sóc trộn đều dung dịch. Để yên dung dịch trong 2 phút. Theo dõi độ hấp thụ quang của dung dịch ở bước sóng với dung dịch so sánh là nước cất trong khoảng 80 phút. Kết quả thu được như hình 2. Hình 2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang theo thời gian (Nồng độ cuối của các tác nhân phản ứng là: MO 10 mg/l; (NH3Cl)2 5,0x10-2M; KBrO3 5,0x10-3M) Đường 1: Dung dịch phân tích khi có MO, đệm, (NH3Cl)2. Đường 2:Dung dịch phân tích khi có MO, đệm, (NH3Cl)2; Se(IV) 10,0ppm. Đường 3: Dung dịch phân tích khi có MO, đệm, (NH3Cl)2; Se(IV) 50,0ppm. Từ đồ thị khảo sát thời gian ta thấy khi không có mặt của xúc tác Se(IV) thì tốc độ của phản ứng rất chậm (đường 1). Khi có mặt chất xúc tác thì phản ứng xảy ra rất nhanh và nhanh đạt trạng thái cân bằng ( trạng thái đạt cân bằng khi A = 0) , nồng độ xúc tác càng cao thì càng nhanh đạt trạng thái cân bằng (đường 2, 3). Đồ thị khảo sát thời gian cũng cho thấy phản ứng xảy ra theo hai giai đoạn rõ rệt. Ban đầu khi có Se(IV) làm xúc tác thì phản ứng xảy ra chậm hơn, phù hợp với giải thích về cơ chế có phản ứng xảy ra giữa Se(IV) và hydrazin giảm ( giai đoạn hai), tốc độ phản ứng rất nhanh và đạt đến cân bằng. Vì vậy ở các thí nghiệm sau chúng tôi chọn thời gian ấn định là 8,0phút (480s) để đo độ hấp thụ quang của dung dịch kể từ khi thêm chất khử (tương ứng chỉ theo dõi tốc độ phản ứng ở giai đoạn đầu). 3.1.1. 3. Ảnh hưởng của nồng độ metyl da cam Tốc độ của phản ứng phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ của Metyl da cam được tối ưu hóa bằng cách thay đổi nồng độ Metyl da cam trong khoảng từ 2,0 – 20,0 mg/l. Chuẩn bị 21 bình định mức 25,0ml đánh số từ 1đến 21,cho vào tất cả các bình mỗi bình 5,00ml dung dịch đệm pH = 1,6; thêm tiếp thể tích thuốc thử như sau: - Bình 1: 2,5ml dung dịch (NH3Cl)2 5,0x10-2M - Bình 2-11: 2,5ml dung dịch (NH3Cl)25,0x10-2M; 0,5-5,0ml dung dịch MO 100 mg/l. - Bình 12-21: 2,00ml dung dịch chuẩn Se(IV) 10,0ppm; 2,5ml dung dịch (NH3Cl)25,0x10-2M; 0,50-5,00ml dung dịch MO 100,0mg/ Thêm vào 21 bình, mỗi bình 2,50ml dung dịch KBrO3 5,0x10-2M, cuối cùng thêm nước cất tới vạch mức, sóc trộn đều dung dịch. Đem đo độ hấp thụ quang của dung dịch ở bước sóng với dung dịch so sánh là dung dịch trong bình 1, kết quả thu được trình bày như trong bảng 1, hình 3: Bảng 1: Ảnh hưởng của nồng độ Metyl da cam đến phép phân tích (Nồng độ cuối của KBrO3 là 5x10-3M; (NH3Cl)25x10-3M; Se(IV) là 800ppb). Nồng độ MO (mg/l) 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 A nền 0,200 0,395 0,593 0,822 0,992 A mẫu 0,141 0,270 0,412 0,557 0,702 A 0,059 0,125 0,181 0,265 0,290 Nồng độ MO (mg/l) 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 A nền 1,207 1,394 1,601 1,777 1,984 A mẫu 0,846 0,999 1,777 1,248 1,427 A 0,361 0,395 0,484 0,529 0,557 Hình 3: Ảnh hưởng của nồng độ MO đến độ hấp thụ quang của dung dịch Với Đường 1: Độ hấp thụ quang của dung dịch nền (A nền). Đường 2: Độ hấp thụ quang của dung dịch mẫu ( A mẫu). Đường 3: Độ hấp thụ quang trung bình () Từ kết quả ở hình 3 ta thấy với phản ứng nền, khi cố định nồng độ hydrazin, KBrO3 và thay đổi nồng độ Metyl da cam thì độ hấp thụ quang phải tăng tuyến tính với nồng độ Metyl da cam. Khi có xúc tác Se(IV), theo cơ chế phản ứng đầu tiên tạo ra Br2. Khi tăng nồng độ MO thì sự giảm độ hấp thụ quang xảy ra tỷ lệ thuận với nồng độ MO và độ hấp thụ quang A của dung dịch giảm nên đường biểu diễn có hệ số góc thấp hơn đường 1 ( phản ứng nền). Hiệu số của đường Anền và đường Amẫu biểu thị tốc độ phản ứng xúc tác cho thấy ở nồng độ MO 8,0 – 10,0 mg/l thì tín hiệu đo A rất lớn và hiệu số độ hấp thụ quang là cao nhất. Vì vậy nồng độ cuối của MO được chọn cho các thí nghiệm tiếp theo là 8,0 mg/l. 3.1.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ (NH3Cl)2 Ảnh hưởng của nồng độ (NH3Cl)2 được khảo sát trong khoảng 1,0x10-3M – 1,0x10-2M. Chuẩn bị 30 bình định mức 25 ml. Lấy vào các bình 5,00ml dung dịch đệm pH = 1,6. thêm vào các bình thứ tự thuốc thử như sau: Bình 1-10:; 1,00- 10,00ml (NH3Cl)25,0x10-2M. Bình 11-20: 1,00- 10,00ml (NH3Cl)2 5,0x10-2M; 2,00ml MO 100,0 mg/l. Bình 21-30: 2,00ml Se(IV) dung dịch chuẩn 10,0ppm; 1,00- 10,00ml (NH3Cl)2 5,0x10-2M; 2,00ml MO 100,0mg/l. Cuối cùng thêm vào các bình mỗi bình 2,50ml dung dịch KBrO3 5,0x10-2M, thêm nước tới vạch mức. Sóc trộn đều dung dịch. Sau 8,0phút đem đo độ hấp thụ quang của các dung dịch ở bước sóng 508nm với dung dịch so sánh là dung dịch trong bình 1. Kết quả thu được như bảng 2. Bảng 2:Ảnh hưởng của nồng độ (NH3Cl)2 đến độ hấp thụ quang của dung dịch nghiên cứu (Nồng độ cuối của MO là 8,0 mg/l; Se(IV) 800ppb; KBrO3 5,0x10-3M) (NH3Cl)2 (x10-3M) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A nền 0,861 0,850 0,841 0,825 0,8009 0,794 0,784 0,761 0,748 0,727 A mẫu 0,666 0,641 0,582 0,536 0,508 0,460 0,440 0,426 0,411 0,391 A 0,195 0,209 0,259 0,289 0,301 0,334 0,344 0,335 0,337 0,336 Hình 4: Ảnh hưởngcủa nồng độ (NH3Cl)2 đến tốc độ phản ứng chỉ thị Từ đồ thị khảo sát ảnh hưởng của (NH3Cl)2 ta thấy khi nồng độ (NH3Cl)2 càng lớn thì độ hấp thụ quang của dung dịch tại thời điểm 8 phút càng giảm chứng tỏ giả thiết hydrazine có tác dụng kìm hãm phản ứng là đúng. Hiệu số độ hấp thụ quang giữa tín hiệu đo của phản ứng nền và phản ứng khi có Se(IV) gần như không đổi khi nồng độ hydrazine trong khoảng từ 6,0x10-3- 1,2x10-2M . Vì vậy ta chọn nồng độ (NH3Cl)2 là 6,0x10-3M để khảo sát các thí nghiệm tiếp theo. 3.1.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ KBrO3. Ảnh hưởng của nồng độ KBrO3 được khảo sát trong khoảng nồng độ từ 2,0x10-3- 2,6x10-2M. Chuẩn bị 30 bình định mức 25, lấy vào mỗi bình 5,00ml dung dịch đệm pH = 1,6; thêm vào các bình thứ tự thuốc thử như sau: Bình 1-10: 3,00ml (NH3Cl)2 5,0x10-2M Bình 11-20: 3,00ml (NH3Cl)2 5,0x10-2M; 2,00ml MO 100,0mg/l. Bình 21-30: 2,00ml Se(IV) 10,0ppm; 3,00ml (NH3Cl)25,0x10-2M Cuối cùng thêm vào các bình 0,50 - 6,50ml KBrO3 5,0x10-2M, định mức bằng nước cất đến vạch mức, sóc trộn đều dung dịch. Sau 8,0phút đem đo độ hấp thụ quang của dung dịch ở bước sóng 508nm, với dung dịch so sánh là dung dịch trong bình 1.Kết quả thu được biểu diễn trên bảng 3. Bảng 3: Ảnh hưởng của nồng độ KBrO3 (Trong đó nồng độ cuối của MO là 8,0 mg/l; Se(IV) 800ppb; (NH3Cl)2 6,0x10-3M) Nồng độ KBrO3 (x10-3M) 2 4 6 8 10 12 14 A nền 0,514 0,511 0,509 0,507 0,498 0,495 0,490 A mẫu 0,502 0,486 0,436 0,401 0,361 0,321 0,267 A 0,012 0,025 0,073 0,106 0,137 0,174 0,223 Nồng độ KBrO3 (x10-3M) 16 18 20 22 24 26 A nền 0,488 0,480 0,472 0,468 0,461 0,452 A mẫu 0,206 0,161 0,091 0,049 0,035 0,021 A 0,282 0,319 0,318 0,419 0,426 0,431 Hình 5: Ảnh hưởng của nồng độ KBrO3 đến phản ứng chỉ thị Từ đồ thị ta thấy với phản ứng nền khi tăng nồng độ BrO3- thì độ hấp thụ quang giảm tuyến tính theo sự tăng nồng độ BrO3-. Khi có mặt Se(IV) cùng với sự tăng nồng độ BrO3- từ 1,0x10-3M đến 1,1x10-3M thì độ hấp thụ quang của hỗn hợp phản ứng giảm nhanh hơn, làm cho sự chênh lệch của độ hấp thụ quang (A) giữa phản ứng nền với phản ứng có xúc tác tăng lên. Điều này phù hợp với cơ chế phản ứng cho rằng ban đầu Se(IV) phản ứng với hydrazin tạo ra Se, sau đó Se tiếp tục phản ứng với bromat để tạo ra brom. Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng nồng độ BrO3- thì độ hấp thụ quang của phản ứng có xúc tác giảm nhưng chậm, nên sự chênh lệch của độ hấp thụ quang (A) giữa phản ứng nền với phản ứng có xúc tác hầu như không thay đổi. Vì vậy, để tăng độ nhạy ta chọn nồng độ cuối của BrO3- là 1,1x10-3M để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. 3.1.1.6. Ảnh hưởng của pH Ảnh hưởng của pH đến tốc độ của các phản ứng có xúc tác và không có xúc tác được nghiên cứu trong khoảng pH từ 0,5 đến 3,00,02 (đệm HCl- Glyxin). Các điều kiện khác giữ nguyên không đổi. Kết quả thu được như bảng 4. Bảng 4: Ảnh hưởng của pH đến tốc độ phản ứng (Nồng độ cuối của MO là 8,0 mg/l; Se(IV) 800ppb; (NH3Cl)2 6,0x10-3M, KBrO3 là 1,1x10-3M) pH 0,5 1,0 1,3 1,5 1,7 2,0 2,5 3,0 A nền 0,874 0,712 0,713 0,709 0,701 0,621 0,543 0,497 A mẫu 0,177 0,261 0,294 0,300 0,314 0,394 0,421 0,400 A 0,697 0,460 0,419 0,409 0,387 0,227 0,122 0,097 Hình 6:Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của pH Từ đồ thị khảo sát ảnh hưởng của pH ta thấy, ở pH 2,0 thì tốc độ phản ứng nền giảm nhưng phản ứng có xúc tác tăng nên hiệu số tốc độ phản ứng có xúc tác giảm nhanh. Trong khoảng pH = 1,3 – 1,7 thì sự chênh lệch của độ hấp thụ quang hầu như không đổi. Do đó, pH được chọn là tối ưu cho các nghiên cứu tiếp theo là 1,5. Như vậy, sau khi khảo sát các điều kiện tối ưu, nồng độ các chất khi tiến hành phân tích là: MO là 8,0 mg/l; Se(IV) 800ppb; (NH3Cl)2 6,0x10-3M, KBrO3 là 1,1x10-3, pH = 1,5. 3.1.2. Đánh giá phương pháp phân tích 3.1.2.1. Độ chọn lọc của phương pháp phân tích Theo tài liệu mà chúng tôi tham khảo [51] được thì phép xác định Se(IV) bị ảnh hưởng bởi các ion Na+, K+, Ca2+, Mg2+, NH4+, Mo6+, Sn2+, Fe3+, Cu2+, I-,Cl-, As3+, Sb3+,..... do chúng có khả năng tham gia phản ứng oxi hóa khử với các chất trong hệ hoặc đơn giản chỉ làm thay đổi lực ion của dung dịch. Tuy nhiên, với mục đích xác định hàm lượng Se(IV) trong thực phẩm và mẫu môi trường (nước ngầm) chúng tôi chỉ khảo sát ảnh hưởng của các ion chủ yếu như: Fe3+, Cu2+, Cl-, NH4+, I-, As3+, Sb3+. Các ảnh hưởng khác tham khảo theo tài liệu [50] cho thấy /CSe(IV) = 10000 (với I1 là Na+, K+, Ca2+, Mg2+), /CSe(IV) = 1000 (với I2 là NH4+, Cl-), / CSe(IV) = 10 (với I3 là Fe3+, I-, As3+, Sb3+). Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các ion cản bằng cách tăng dần nồng độ của các ion cản trong khi cố định nồng độ Se(IV) là 0,5ppm; MO là 50,0 mg/l; (NH3Cl)2 là 6,0x10-3M; KBrO3 là 1,1x10-3M. Thêm nước cất đến vạch mức, sóc trộn đều dung dịch, sau 8,0phút đem đo độ hấp thụ quang của dung dịch tại bước sóng 508nm, với dung dịch so sánh là mẫu trắng. Sau

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docPhân tích dạng Se(IV), Se(VI) vô cơ trong mẫu nước ngầm và thực phẩm bằng phương pháp động học – xúc tác trắc quang.doc
Tài liệu liên quan