Luận án Nghiên cứu động học quá trình chuyển hóa một số chất độc quân sự bằng dẫn xuất chloro - Isocyanurate trong môi trường nước

MỤC LỤC .iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT . vi

DANH MỤC CÁC BẢNG. x

DANH MỤC CÁC HÌNH .xiii

MỞ ĐẦU . 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN . 5

1.1. Giới thiệu về các chất độc quân sự . 5

1.1.1. Sơ lược về chất độc quân sự . 5

1.1.2. Đặc điểm của các chất độc quân sự là đối tượng nghiên cứu của luận án . 9

1.1.3. Phân tích nồng độ các chất độc quân sự. 17

1.2. Tổng quan về tiêu độc các chất độc quân sự . 18

1.2.1. Khái niệm, phân loại các phương pháp tiêu độc. 18

1.2.2. Tiêu độc bằng phương pháp hóa học . 19

1.2.3. Một số chất tiêu độc hiện đang được sử dụng trong quân đội . 20

1.2.4. Các chất tiêu độc đã được nghiên cứu trong nước. 22

1.2.5. Nghiên cứu sử dụng các chất tiêu độc nhập khẩu. 23

1.2.6. Phân tích xác định sản phẩm tiêu độc các chất độc quân sự. 24

1.3. Các dẫn xuất chloro- isocyanurate . 24

1.3.1. Tổng quan về dẫn xuất chloro- isocyanurate. 24

1.3.2. Cơ chế thủy phân dẫn xuất chloro- isocyanurate. 26

1.3.3. Về ảnh hưởng của pH và nồng độ của MCCA, NaDCC, TCCA đến

nồng độ clo tự do trong dung dịch . 30

1.3.4. Phân tích nồng độ clo tự do trong dung dịch. 31

1.3.5. Ứng dụng dẫn xuất chloro- isocyanurate trong chế tạo tiêu độc chất độc

quân sự. 32

pdf156 trang | Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 14/03/2022 | Lượt xem: 320 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu động học quá trình chuyển hóa một số chất độc quân sự bằng dẫn xuất chloro - Isocyanurate trong môi trường nước, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
0369 0,6676 5 Chuẩn Student (t) 91,1606 41,2524 6,1064 6 Độ chính xác () 0,0005 0,00038 0,002125 Bảng 2.4: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo đối với GB nồng độ chuẩn bị 0,200 mg/L; 0,500 mg/L, 1,500 mg/L TT Thông số Kết quả 1 Nồng độ chuẩn bị (mg mg/L) 0,200 0,500 1,500 2 Nồng độ trung bình (mg mg/L) 0,2134 0,5121 1,518 3 S 0,0087 0,00487 0,02143 4 RSD (%) 3,96 0,95 1,44 5 Chuẩn Student (t) 0,1423 0,0256 0,0312 6 Độ chính xác () 0,00618 0,00621 0,0323 Kết quả đo sai số và độ lặp của các phép đo được đánh giá là phù hợp cho việc phân tích CS, HD, GB. Tuy nhiên, trong luận án sẽ đánh giá lại phép đo trên khi trong hệ có mặt các dẫn xuất chloro- isocyanurate. 2.2.4. Phân tích sản phẩm phản ứng chuyển hóa bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ GC/MS Sử dụng phương pháp sắc ký khối phổ so sánh với thư viện phổ chuẩn NIST 2005 với 195.000 phổ chuẩn để xác định sản phẩm phản ứng chuyển hóa từ đó dự đoán đặc điểm, cơ chế của phản ứng [108], [109], [110]. Chuẩn bị mẫu phân tích [7]: Mẫu phân tích được hòa tan trong các dung môi diisopropyl ete, n-hecxan, isopropanol; làm mất nước trong mẫu bằng Na2SO4; lọc lấy khoảng 5 l để làm mẫu đo bằng giấy lọc của hãng Whatman. Chương trình chạy mẫu: Sử dụng 03 loại cột là: SPB1 kích thước (30 m × 0,32 mm × 0,25 m); DB5-MS kích thước (30 m × 0,32 mm × 0,25 m), 47 OV1701 kích thước (30 m × 0,32 mm × 0,25 m). Nhiệt độ đầu cột 60 oC, giữ 1 phút, tăng 8 oC/phút cho đến nhiệt độ 280 oC, giữ tại nhiệt độ đó 10 phút. Tốc độ dòng khí mang (He) là 1 mL/phút. Khoảng quét 45- 800 M/z. Thư viện phổ NIST 2005 với khoảng 195.000 chất. 2.2.5. Phương pháp sắc kí lỏng cao áp Chất cần phân tích được pha động (CH3CN) đưa vào cột sắc kí là pha tĩnh sau đó được ghi lại bằng các detector. Sự phân tách là kết quả của sự tương tác giữa cấu tử của chất cần phân tích với hai pha động và tĩnh. Sử dụng thiết bị sắc kí sắc kí lỏng cao áp Hewlett packard series 1100, cột 20RBAX SB- C18, kích thước (4,6 mm × 25 cm) để xác định định lượng nồng độ clo tự do [78]. 2.2.6. Mô tả thực nghiệm 2.2.6.1. Chuẩn bị dung dịch Pha các dung dịch chất độc trong etanol theo tỉ lệ như sau: Bảng 2.5: Nồng độ dung dịch chất độc Chất độc Dạng tồn tại Khối lượng thực tế (mg) C (mM) V etanol (mL) V dung dịch (mL) C (mg/L) C (mM) Ký hiệu CS Rắn 50 0,2625 100 100 495,000 2,625 C-CS-0 HD Lỏng 48,922 0,3075 60 100 489,216 3,075 C-HD-0 GB Lỏng 5,400 0,0385 95 100 53,998 0,385 C-GB-0 Pha dung dịch chất tiêu độc theo tỉ lệ như sau: Bảng 2.6. Nồng độ dung dịch chất tiêu độc Chất tiêu độc Dạng tồn tại Khối lượng thực tế (mg) C (mM) V nước (mL) V dung dịch (mL) C (mg/L) C (mM) Ký hiệu MCCA Rắn 960,00 5,871 500 500 1.920 11,742 C-MCCA-0 NaDCC Rắn 960,00 4,365 500 500 1.920 8,729 C-NaDCC-0 TCCA Rắn 960,00 4,131 500 500 1.920,01 8,261 C-TCCA-0 48 2.2.6.2. Tạo mẫu chất độc và chất tiêu độc Đưa vào các bình tam giác 250 ml lượng etanol và dung dịch đệm theo bảng 2.7. Bảng 2.7: Lượng dung môi và dung dịch đệm trong các thử nghiệm Dung môi V (mL) Etanol + Dung dịch đệm 1+8 1+7 1+6 1+5 1+4 1+8 1+7 1+6 1+5 1+4 1+8 1+7 1+6 1+5 1+4 Ký hiệu các bình B1-(1-3) B2-(1-3) B3-(1-3) B4-(1-3) B5-(1-3) Cho lần lượt vào các bình tam giác các dung dịch CS, HD, GB có nồng độ ban đầu tương ứng là C-CS-0; C-HD-0; C-GB-0 với lượng như sau: Bảng 2.8: Lượng dung dịch chất độc lấy tham gia phản ứng tiêu độc Chất độc V dd dung dịch chất độc lấy (mL) CS 6 7 8 9 10 HD 6 7 8 9 10 GB 6 7 8 9 10 Ký hiệu các bình B1-(1-3) B2-(1-3) B3-(1-3) B4-(1-3) B5-(1-3) Thêm lần lượt vào mỗi bình 10mL dung dịch chất tiêu độc MCCA có nồng độ C-MCCA-0. Khi đó nồng độ các chất trong các bình phản ứng như sau: - Nồng độ chất độc được thể hiện trong bảng 2.9. Bảng 2.9: Nồng độ chất độc trong các dung dịch phản ứng tiêu độc Ký hiệu Hàm lượng chất độc trong dung dịch phản ứng (mg/L) B1-(1-3) B2-(1-3) B3-(1-3) B4-(1-3) B5-(1-3) C-CS(1-5) 118,80 138,60 158,40 178,20 198,00 C-HD(1-5) 117,41 136,98 156,55 176,12 195,69 C-GB(1-5) 12,96 15,12 17,28 19,44 21,60 49 Nồng độ CS, HD, GB ban đầu khác nhau liên quan đến độ độc của các chất độc khác nhau. Độ độc của GB lớn nên việc sử dụng nồng độ cao trong nghiên cứu là rất nguy hiểm, nồng độ GB sử dụng theo một số nghiên cứu đã được tiến hành trước đây. - Nồng độ chất tiêu độc MCCA được thể hiện trong bảng 2.10. Bảng 2.10: Nồng độ chất tiêu độc trong các dung dịch phản ứng tiêu độc Ký hiệu Hàm lượng chất tiêu độc trong các dung dịch (mg/L) B1-(1-3) B2-(1-3) B3-(1-3) B4-(1-3) B5-(1-3) C-MCCA 768,00 768,00 768,00 768,00 768,00 C-NaDCC 768,00 768,00 768,00 768,00 768,00 C-TCCA 768,00 768,00 768,00 768,00 768,00 Tiến hành với các chất tiêu độc NaDCC và TCCA tương tự như trên thu được các bình phản ứng có nồng độ chất độc giống như trên và nồng độ chất tiêu độc lần lượt là 768 mg/L và 768,007 mg/L. 2.2.6.3. Thực nghiệm a. Xác định hiệu suất chuyển hóa: Lần lượt tiến hành các thí nghiệm với nồng độ chất tham gia như trên với các điều kiện sau: pH lần lượt là: 4; 7; 9; 11; T= 298 K. Thời gian phản ứng: 3 phút; 5 phút; 10 phút; 15 phút; 25 phút. Sau khi hết thời gian phản ứng tiến hành lấy mẫu phân tích lượng chất độc còn lại. Dựa vào kết quả phân tích lượng chất độc còn lại và lượng chất độc ban đầu của mỗi phản ứng sẽ xác định được: - Hiệu suất chuyển hóa của các phản ứng ở các điều kiện khác nhau - Xác định được pH tối ưu (pHtư). - Ảnh hưởng của nồng độ chất tham gia phản ứng tới hiệu suất chuyển hóa. 50 b. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng: Lần lượt tiến hành các thí nghiệm với nồng độ chất tham gia như trên và các điều kiện sau: pH: pHtư; T= 298 K; thời gian phản ứng: 3 phút; 5 phút; 10 phút; 15 phút; 25 phút, 30 phút. Sau khi hết thời gian phản ứng tiến hành lấy mẫu phân tích lượng chất độc còn lại. Dựa vào kết quả phân tích lượng chất độc còn lại và lượng chất độc ban đầu của mỗi phản ứng sẽ tìm được thời gian phản ứng tối ưu (ttư). c. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng: Lần lượt tiến hành các thí nghiệm với nồng độ chất tham gia như trên với các điều kiện sau: Nhiệt độ lần lượt là: 293 K, 298 K, 303 K, 313 K (Sử dụng bể ổn nhiệt để duy trì nhiệt độ). pH: pHtư. Thời gian phản ứng: ttư Sau khi hết thời gian phản ứng tiến hành lấy mẫu phân tích lượng chất độc còn lại. Dựa vào kết quả phân tích lượng chất độc còn lại và lượng chất độc ban đầu của mỗi phản ứng sẽ tìm được nhiệt độ phản ứng tối ưu (Ttư). d. Xác định cơ chế của phản ứng tiêu độc: Lần lượt tiến hành các thí nghiệm với nồng độ chất tham gia trong bình B5-(1-3) với các chất tiêu độc MCCA, NaDCC và TCCA trong các điều kiện sau: Nhiệt độ: Ttư. pH: pHtư. Thời gian phản ứng: ttư. Sau khi kết thúc mỗi phản ứng tiến hành lấy mẫu và xử lý mẫu để phân tích bằng phương pháp GC/MS. Xác định được thành phần các chất trong hỗn hợp sau phản ứng. Dựa vào thành phần các chất trong hỗn hợp sau phản ứng để dự đoán cơ chế của phản ứng. e. Điều chế chế phẩm tiêu độc TĐ17-1 Điều chế TĐ17-1 theo phương pháp như sau: Các nguyên liệu được sấy ở nhiệt độ (50 ÷ 60) oC trong 2 giờ và cân theo tỉ lệ phần trăm về khối lượng, 51 cho vào máy nghiền, nghiền đến kích thước hạt (0,5-1) µm. Hỗn hợp sau đó được sấy ở nhiệt độ (50 ÷ 60) oC trong 2 giờ và trộn đều trong 30 phút. Thành phần của TĐ17-1 trong bảng 2.11: Bảng 2.11: Thành phần của chế phẩm tiêu độc TĐ17-1 STT Thành phần Mẫu BX24 (%) TD17 (%) [8] TĐ17-1 (%) Phân tích mẫu BX24 [8] MSDS [81] EP 2 378 524 A1 (S7) [37] 1 Na2CO3 15 15 10 10 2 Na2SiO3 5 3-10 4 5 5 3 Na3PO4 7 5 5 5 4 NaCl 8 5 5 5 NaDCC (*) 19 25-35 25 25 (DS) 6 Bentonite hữu cơ 55-72 40 100-35- (% DS) Montmorillonit 10 Cristobalit (SiO2) 4 - Quartz (SiO2) 2 - Anorthoclas 15 7 Pha vô định hình 7 10 10 SDS 13 CMC 2 8 Na2SO4 30 9 MgSO4 14 Ghi chú: (*) Loại dẫn xuất chloro- isocyanurate và lượng sử dụng; DS dẫn xuất sử dụng để điều chế TĐ17-1 phụ thuộc vào kết quả nghiên cứu 52 f. Tạo mẫu nhiễm độc Nghiên cứu tiêu độc đối với trường hợp nhiễm độc bề mặt và nhiễm độc trong dung dịch. Tạo các mẫu như sau [1], [5], [99]: Tiêu độc bề mặt: Vật liệu tạo mẫu nhiễm độc là thép (CT5) và gỗ là loại vật liệu đặc trưng cho trang thiết bị, vũ khí. Mẫu được làm rửa sạch bề mặt, sấy khô và bảo quản ở nhiệt độ và độ ẩm của môi trường ( hình 2.2). Lựa chọn các điều kiện thực nghiệm: Nhiệt độ trung bình trong không khí: T = 298 K; độ ẩm 75 %; tốc độ gió trung bình: Vgió= 1,5 m/s. Tạo mẫu thực nghiệm: - Mẫu vật liệu: Gồm hai loại vật liệu là sắt và gỗ. Kích thước: D*R = (50*50) mm. Mép của các mẫu đắp gờ bằng parafin dày 1 mm, rộng 10 mm. Mẫu vật liệu được cố định nằm ngang trên một giá đỡ (góc 180o). - Tạo các mẫu nhiễm độc HD và GB: Hòa tan m0HD = 0,0263 g HD và m0GB= 0,0224 g GB vào 10 mL etanol, phun đều lên bề mặt vật liệu thu được bề mặt có mật độ nhiễm HD và GB lần lượt là: 10,52 g/m2 và 8,96 g/m2. (a) (b) Hình 2.2. Vật liệu đặc trưng cho trang thiết bị, vũ khí (a) gỗ, (b) thép Tiêu độc trong dung dịch: Hòa tan lần lượt m0CS = 0,0523 g CS; m0HD = 0,0263 g HD và m0GB= 0,0224 g GB vào 10 mL etanol vào từng bình riêng biệt có nắp đậy. 53 g. Tiêu độc các chất độc bằng chất tiêu độc Pha 10 g chế phẩm tiêu độc TĐ17-1 với 100 ml nước, khuấy đều thu được dung dịch chế phẩm tiêu độc TĐ17-1. Đối với HD và GB: Tiêu độc bề mặt: Phun 2,5 mL dung dịch chế phẩm tiêu độc TĐ17-1 đều lên bề mặt nhiễm độc (lượng tiêu độc 0,9 L/m2) để yên trong khoảng thời gian 25 phút ở nhiệt độ 298 K. Rửa bề mặt nhiễm nhiều lần bằng 10 mL etanol thu phần dung dịch rửa. Lấy mẫu dung dịch rửa, phân tích hàm lượng chất độc trong dung dịch rửa để xác định hiệu suất chuyển hóa. Tiêu độc trong dung dịch: Đổ 2,5 mL dung dịch chế phẩm tiêu độc TĐ17-1 vào các bình đựng dung dịch chất độc (tương đương với lượng tiêu độc 0,9 L/m2), lắc đều trong thời gian 25 phút ở nhiệt độ 298 K. Lấy mẫu dung dịch sau phản ứng, phân tích hàm lượng chất độc còn lại. Dựa vào kết quả phân tích hàm lượng chất độc còn lại để xác định hiệu suất chuyển hóa. Đối với CS: Lấy mẫu đất nhiễm CS, phân tích hàm lượng CS ban đầu trong mẫu. Đưa 25 mL dung dịch chế phẩm tiêu độc TĐ17-1 vào 5 g mẫu đất nhiễm CS (mCS= 113,328 mg). Khuấy đều trong thời gian 25 phút ở nhiệt độ 298 K. Lấy mẫu dung dịch sau phản ứng, phân tích hàm lượng chất độc còn lại trong đất và trong dung dịch. Dựa vào kết quả phân tích hàm lượng chất độc còn lại để xác định hiệu suất chuyển hóa. h. Xác định sản phẩm của phản ứng tiêu độc Tiến hành tiêu độc CS, HD, GB bằng MCCA, NaDCC và TCCA, hết thời gian phản ứng tiến hành lấy mẫu và xử lý mẫu để phân tích bằng phương pháp GC/MS. Định danh các chất có trong hỗn hợp sau phản ứng. 2.2.6.4. Lấy mẫu và phân tích a. Dừng phản ứng Lấy 3 ml dung dịch sau phản ứng cho vào cốc chứa 10 mL dung dịch đệm phosphate pH= 6 và 2 mL dung dịch Na2SO3 1 M. 54 b. Phân tích hàm lượng chất độc Lấy 5 mL dung dịch dừng phản ứng và tiến hành phân tích theo các phương pháp trong mục 2.2.3. c. Phân tích sản phẩm của quá trình tiêu độc Lấy 5 mL dung dịch tiêu độc sau khi đã dừng phản ứng cho vào lọ thủy tinh 25 mL thêm 9 mL n-propanol, lắc bằng máy lắc rồi thêm đệm photphat pH= 7,02. Hút 5 mL lớp dung dịch phía trên, thêm 2 g Na2SO4 đã được sấy trong 2 giờ ở 120 oC. Để yên trong 2 giờ, sau đó hút phần dung dịch vào lọ 2,5 mL đem phân tích GC/MS. Mẫu trắng được chuẩn bị tương tự nhưng trong điều kiện không có chất độc. Mẫu so sánh làm tương tự nhưng không có chất tiêu độc. 2.2.6.5. Xác định hằng số tốc độ, thông số nhiệt động và động học của phản ứng Lần lượt tiến hành các thí nghiệm với nồng độ chất tham gia như 2.2.6.2 với các điều kiện sau: Nhiệt độ: 293 K, 298 K, 303 K, 313 K. pH: pHtư. Thời gian phản ứng: 3 phút; 5 phút; 10 phút; 15 phút; 25 phút. Sau khi kết thúc mỗi phản ứng tiến hành lấy mẫu phân tích lượng chất độc còn lại. Dựa vào kết quả phân tích lượng chất độc còn lại để tính toán, xác định: - Hằng số tốc độ phản ứng. - Thông số nhiệt động học và động học của phản ứng a. Xác định bậc, hằng số tốc độ và năng lượng hoạt hóa của phản ứng theo phương trình Arrhenius Chuyển hóa CS trong dung dịch MCCA ở nhiệt độ xác định, phân tích xác định nồng độ CS (CCS) còn lại tại các thời điểm khác nhau bằng phương pháp quang phổ UV-Vis. Xét phản ứng chuyển hóa CS trong dung dịch MCCA: CS + Tác nhân → Sản phẩm Tại thời điểm t = 0 Co 0 Tại thời điểm t bất kỳ Co - x x 55 Xác định bậc của phản ứng Theo phương pháp đồ thị để xác định bậc của phản ứng thì: - Nếu đồ thị ln(CCS) = f(t) là đường thẳng thì phản ứng có bậc 1 - Nếu đồ thị ଵ ஼಴ೄ = ݂(ݐ) là đường thẳng thì phản ứng có bậc 2 - Nếu đồ thị ଵ ஼಴ೄ మ = ݂(ݐ) là đường thẳng thì phản ứng có bậc 3 Xây dựng đồ thị thể hiện mối liên hệ (ln(CCS) = f(t)). Nếu đồ thị có dạng đường thẳng thì phản ứng là phản ứng bậc 1 biểu kiến. Xác định hằng số tốc độ phản ứng Nếu phản ứng là bậc 1, tại thời điểm t thì vận tốc phản ứng được xác định theo (1.1) như sau: ݒ = ݀ܥ ݀ݐ = ݇஺(ܥ௢ − ݔ) Biến đổi và tích phân hai vế thu được: න ݀ݔ ܥ௢ − ݔ = න ݇஺݀ݐ Suy ra: - ln (Co – x) = kAt + CT Hay: ln (Co – x) = - kAt + CT Mà: (Co – x) = CCS Nên: ln(Ccs) = - kAt + CT Trong đó: CT là hằng số tích phân, CT = lnCo kA là hằng số tốc độ phản ứng theo Arrhenius (s -1) t là thời gian phản ứng (s) CCS là nồng độ của CS tại thời điểm t (mol/L) Do đó: ݈݊ ܥ௖௦ ܥ௢ = −݇஺ݐ Phương trình có dạng: y = ax + b với y = ln(Ccs); a = - kA; x = t; b = CT. 56 Từ phương trình thực nghiệm ln(Ccs) = - kAt + CT xác dịnh được kA: kA= - a. (2.11) Xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng: Tại các nhiệt độ khác nhau xác định hằng số tốc độ phản ứng theo (2.11). Phương trình Arrhenius (1.3) thể hiện mối liên hệ (ln(kA-CS) = f (1/T)) có đồ thị dạng đường thẳng với phương trình tổng quát là y = ax + b. Xây dựng đồ thị thể hiện mối liên hệ (ln(kA-CS) = f (1/T)). Khi đó, năng lượng hoạt hoá được tính theo công thức: Ea = - a.R (J/mol) (2.12) b. Xác định thông số nhiệt động học theo Eyring Giả thiết phản ứng xảy ra theo phương trình 1.5, áp dụng biểu thức (1.17) tính các thông số nhiệt động theo thuyết Eyring. Tại các nhiệt độ khác nhau xác định hằng số tốc độ phản ứng theo (2.11). Phương trình Eyring (1.17) thể hiện mối liên hệ (ln(kA-CS/T) = f (1/T)) có đồ thị dạng đường thẳng với phương trình tổng quát là y = ax + b. Xây dựng đồ thị thể hiện mối liên hệ ((ln(kA-CS/T) = f (1/T)). Khi đó, biến thiên entanpi hoạt hoá được tính theo công thức: ∆H# = - a.R (J/mol) (2.13) Mặt khác theo (1.18) thì: ܾ = ݈݊ ݇஻ ℎ + ∆ܵ# ܴ Tính được biến thiên entronpy hoạt hóa theo công thức: ΔS# = R(b - ln(kB/h)) (J/mol.K) (2.14) Biến thiên năng lượng tự do Gibbs hoạt hóa tính theo công thức (1.13). ∆G# = ∆H# - T∆S# (J/mol) Tiến hành tương tự với chất độc HD và GB. 57 2.2.6.6. Tính toán hiệu suất chuyển hóa Tính hiệu suất chuyển hóa nhằm so sánh, đánh giá khả năng chuyển hóa của các tác nhân. Hiệu suất chuyển hóa được tính theo công thức: ܪ = ஼đ ି஼೎ ஼đ ∗ 100 (2.15) Trong đó: Cđ là nồng độ chất độc ban đầu Cc là nồng độ chất độc còn lại sau phản ứng H là hiệu suất chuyển hóa (%) 2.2.6.7. Xử lý số liệu Xử lý và phân tính số liệu là một trong những bước quan trọng của quá trình nghiên cứu. Các số liệu thu được từ thực nghiệm sẽ được suy diễn thống kê để trở thành những thông tin phục vụ quá trình nghiên cứu. Việc xử lý số liệu được thực hiện bằng phần mềm Microsoft Excel và phần mềm Orgin 8.5 bao gồm các bước sau: - Mã hóa số liệu: Đưa các thông tin về thực nghiệm thành các ký hiệu, con số định lượng để đưa vào phần mềm. - Nhập liệu: Đưa số liệu vào phần mềm. Phải thiết kế các khung, bảng số liệu phù hợp với quá trình xử lý số liệu sau này. - Hiệu chỉnh: Số liệu được đưa vào sẽ được kiểm tra, sàng lọc nhằm loại bỏ các sai sót hoặc các số liệu bị sai số ngẫu nhiên. - Phân tích số liệu: Từ số liệu đã được hiệu chỉnh tiến hành các phân tích nhằm rút ra các thông tin cần thiết cho quá trình thực nghiệm. 58 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp phân tích clo tự do và chất độc trong dung dịch 3.1.1. Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp phân tích clo tự do Clo tự do (Cl-TD) tham gia vào phản ứng chuyển hóa CS, HD, GB. Xác định CCl-TD nhằm xác định nồng độ của chất tham gia phản ứng. Tiến hành khảo sát hai phương pháp là phương pháp HPLC và phương pháp quang phổ UV-Vis để xác định nồng độ clo tự do. Trên cơ sở kết quả khảo sát, đánh giá, lựa chọn phương pháp phân tích và phân tích clo tự do trong dung dịch. 3.1.1.1. Phương pháp sắc ký lỏng cao áp Pha loãng dung dịch S1.1 bằng nước cất hai lần để thu được dung dịch có CCl-TD lần lượt là 10,26 ng/µL và 1 ng/µL. Sắc đồ HPLC của hai dung dịch trên trong hình 3.1. (a) (b) Hình 3.1: Sắc đồ HPLC của dung dịch có nồng độ clo tự do lần lượt là (a) 10,26 ng/µL và (b) 1 ng/µL Hình 3.1 cho thấy, sắc đồ HPLC của dung dịch có CCl-TD= 10,26 ng/µL có pic tại thời gian lưu là 2,851 phút và CCl-TD= 1 ng/µL có pic tại thời gian lưu là 2,815 phút và 3,047 phút cho thấy sự khác nhau của thời gian lưu. Mặt khác, phương pháp HPLC có thời gian chuẩn bị mẫu dài, phải tăng nhiệt độ trong quá trình phân tích dẫn tới sự phân hủy của clo tự do sẽ tăng sai số của 59 phương pháp. Do đó, không sử dụng phương pháp HPLC để phân tích clo tự do trong dung dịch. 3.1.1.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử Tiến hành theo mục 2.2.2.1, các phổ hấp thụ của dung dịch S1.1 và dung dịch S1.2 trong hình 3.2. (a) (b) Hình 3.2: Phổ UV- Vis của clo tự do trong (a) dung dịch S1.1 và (b) dung dịch S1.2 Kết quả quét tìm bước sóng hấp thụ cực đại của clo tự do của dung dịch S1.1 và dung dịch S1.2 trong bảng 3.1. Bảng 3.1: Bước sóng hấp thụ cực đại của các dung dịch STT Đối tượng CCl-TD (mM) pH Bước sóng hấp thụ cực đại (nm) 1 Dung dịch S1.1 5,4207 11,32 291 2 Dung dịch S1.2 5,4207 4,17 292 Từ bảng 3.1 và hình 3.2 nhận thấy, cực đại hấp thụ của dung dịch S1.1 (pH> 7) và dung dịch S1.2 (pH< 7) đều rõ nét và tách biệt. Trong môi trường kiềm bước sóng hấp thụ cực đại là 291 nm và trong môi trường axit là 292 nm. Mức độ thay đổi của bước sóng hấp thụ cực đại khi pH thay đổi là rất nhỏ (01 nm). Có thể sử dụng bước sóng hấp thụ cực đại xác định được để định tính clo tự do. Kết quả quét tìm bước sóng hấp thụ cực đại của clo tự do trong các dung dịch với nồng độ lần lượt là C-MCCA-0; C-NaDCC-0; C-TCCA-0 cho kết quả trong bảng 3.2. 60 Bảng 3.2: Bước sóng hấp thụ cực đại của các dung dịch STT Đối tượng pH Bước sóng hấp thụ cực đại (nm) 1 C-MCCA-0 6,51 291 2 C-NaDCC-0 7,92 291 3 C-TCCA-0 6,24 292 Từ bảng 3.1 và bảng 3.2 nhận thấy, bước sóng hấp thụ cực đại của dung dịch NaOCl, MCCA, NaDCC, TCCA hầu như không khác nhau, không phụ thuộc vào pH của dung dịch và sự có mặt của clo tự do trong dung dịch. Đồng thời, sự có mặt của MCCA, NaDCC, TCCA cũng như CA trong dung dịch không ảnh hưởng đến bước sóng hấp thụ cực đại của clo tự do. Sai lệch của bước sóng hấp thụ cực đại trong các lần đo nhỏ nên sử dụng bước sóng hấp thụ cực đại tại 291 nm để định tính clo tự do ở các điều kiện pH khác nhau. 3.1.1.3. Xây dựng phương pháp quang phổ UV-Vis xác định CCl-TD a. Xây dựng phương pháp xác định nồng độ clo tự do Tiến hành thí nghiệm theo mục 2.2.2.2, xây dựng đường biểu diễn mối liên hệ giữa cường độ hấp thụ tại bước sóng 291 nm và nồng độ của dãy dung dịch chuẩn từ đó tìm ra khoảng tuyến tính của đường biểu diễn, kết quả trong hình 3.2. (a) (b) Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn (a) sự phụ thuộc độ hấp thụ quang theo nồng độ của clo tự do và (b) đường chuẩn xử lý thống kê bằng phần mềm Orgin 8.5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 0 5 10 15 20 25 A B S C (mM) 2 4 6 8 10 12 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 A B S C(mM) y = a + b * x B Pearson's r 0,99925 Adj. R-Square 0,998 Intercept 0.1305 ± 0.02779 Slope 0.21205 ± 0.00475 61 Hình 3.3 a và 3.3 b cho thấy, đoạn tuyến tính của đường phụ thuộc giữa cường độ hấp thụ và nồng độ clo tự do từ 1,97 mM đến 10,84 mM. Mô hình hồi quy tuyến tính có độ phù hợp với tập dữ liệu là 99,85 %. Phương trình thu được từ phần mềm Orgin 8.5 có dạng: A = (b ± Sb)* CCL-TD + (a ± Sa) Hay: A = (0,21205± 0,00475)*CCL-TD + (0,1305 ± 0,02779) Với Sb = 0,00475 và Sa = 0,02779 là sai số chưa tính đến khoảng tin cậy của phép đo. Phương trình đường chuẩn xác định nồng độ clo tự do trong dung dịch như sau: A = (b ± εb). CCL-TD + (a ± εa) Trong đó: εb = Sb*t εa = Sa*t Với t là phân bố student với độ tin cậy α và bậc tự do k ( kt  ) Sb và Sa là sai số theo phương trình thu được từ phần mềm Orgin 8.5. Chọn mức ý nghĩa α = 0,05, hay xác xuất: p = 1 – α = 0,95. Bậc tự do (DF): k = n – 2 = 3, tra được hằng số Student (t): ݐ௞ୀଷ ଴,଴ହ = 3,182 Như vậy: εb = Sb*t = 0,00475*3,182 = 0,01515 εa = Sa*t = 0,02779*3,182 = 0,08843 Khi đó phương trình đường chuẩn như sau: A = (0,21205 ± 0,01515). CCL-TD + (0,1305 ± 0,08843) Hay A = (0,212 ± 0,015). CCL-TD + (0,131 ± 0,088) b. Kết quả xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng, hiệu suất thu hồi của phương pháp tích nồng độ clo tự do Tiến hành thí nghiệm theo mục 2.2.2.3. Đo cường độ hấp thụ của các dung dịch thêm chuẩn, dựa vào đường chuẩn đã xây dựng để xác định nồng độ clo tự do trong mẫu. Tính toán thống kê thu được kết quả ở bảng 3.3. 62 Bảng 3.3: Giá trị thống kê của phương pháp xác định nồng độ clo tự do trong dung dịch Nền mẫu Mẫu thí nghiệm CCl-TD (mM) Giá trị thống kê Ctb SD LOD LOQ RSD H Nước cất Mẫu thêm chuẩn (CTC= 3,6138 mM) 3,782 3,686 0,258 0,775 2,583 0,07 102,00 3,693 3,539 3,572 3,683 3,812 3,512 3,524 3,822 3,923 Từ bảng 3.3 nhận thấy: - Giới hạn cho phép đối với độ lặp lại: RSD = 0,07 < RSDTra bảng = 3,7 - Giới hạn cho phép đối với LOD: 4 < (Ctb/LOD) = 4,756 < 10 - Độ thu hồi H: 85 % ≤ H = 102% ≤115 % Như vậy, phân tích nồng độ clo tự do bằng phương pháp quang phổ UV- Vis có giới hạn phát hiện là 1,232 mM; giới hạn định lượng là 3,887 mM; độ lệch chuẩn tương đối là 0,07; độ thu hồi là 102% thỏa mãn sai số thống kê trong phân tích. Sử dụng phương pháp UV-Vis để phân tích nồng độ clo tự do trong dung dịch. 3.1.1.4. Xác định nồng độ clo tự do trong dung dịch bằng phương pháp quang phổ UV-Vis Trong dung dịch MCCA, NaDCC, TCCA (gọi chung là tác nhân) bị thủy phân tạo thành clo tự do (Cl-TD) theo phản ứng: 63 Tác nhân ↔ Cl-TD + Sản phẩm thủy phân Xác định nồng độ clo tự do trong dung dịch MCCA, NaDCC, TCCA có nồng độ lần lượt là C-MCCA, C-NaDCC, C-TCCA và trong 20 ml dung dịch NaOCl 6,7 % theo đường chuẩn ở mục 3.1.1.3; xác định nồng độ clo hoạt động theo phương pháp chuẩn độ iốt, kết quả trong bảng 3.4. Bảng 3.4: Nồng độ clo tự do và clo hoạt động (mM) trong các dung dịch có nồng độ lần lượt là C-MCCA, C-NaDCC, C-TCCA và dung dịch NaOCl theo thời gian và ở các pH khác nhau pH 4 7 9 11 Thời gian (phút) 1 25 1 25 1 25 1 25 CCl-TD-MCCA 2,7 2,69 1,66 1,63 2,56 2,51 3,34 3,30 CCl-HĐ-MCCA 4,62 3,71 4,62 4,15 4,62 3,92 4,62 3,82 CCl-TD-NaDCC 4,66 4,62 3,96 3,93 4,88 4,84 5,53 5,51 CCl-HĐ-NaDCC 6,77 5,71 6,77 6,22 6,77 5,98 6,77 5,84 CCl-TD-TCCA 6,76 6,72 5,14 5,11 5,81 5,76 7,27 7,22 CCl-HĐ-TCCA 9,5 8,59 9,5 8,92 9,5 8,74 9,5 8,68 CCl-TD-NaOCl 17,05 10,49 17,1 11,94 17,12 14,01 17,15 13,52 CCl-HĐ-NaOCl 17,22 10,43 17,23 11,92 17,21 14,01 17,25 13,51 Kết quả trong bảng 3.4 cho thấy: Nồng độ tác nhân lần lượt C-MCCA= 768 mg/L; C-NaDCC= 768 mg/L; C-TCCA= 768 mg/L có giá trị xấp xỉ bằng nhau (Bảng 2.10) nhưng nồng độ clo tự do và clo hoạt động trong các dung dịch tăng theo thứ tự MCCA, NaDCC, TCCA. Nói cách khác, khi hòa tan trong dung dịch cùng một khối lượng tác nhân thì nồng độ clo tự do và clo hoạt động trong dung dịch TCCA là lớn nhất. Nguyên nhân là trong các phân tử MCCA, NaDCC, TCCA có chứa số nguyên tử clo tăng theo thứ tự MCCA, NaDCC, TCCA nên lượng clo tự do và clo hoạt động trong TCCA lớn nhất. Theo cơ chế thủy phân, lượng clo tự do trong TCCA cũng lớn nhất. 64 Theo sự thay đổi pH, nồng độ clo tự do của mỗi tác nhân cũng khác nhau và nồng độ clo tự do tăng theo thứ tự pH = 7; pH =9; pH = 4; pH = 11 phù hợp với lý thuyết. Nồng độ clo tự do trong các dung dịch MCCA, NaDCC, TCCA phụ thuộc vào pH của dung dịch và gần như không thay đổi theo thời gian, phù hợp với lý thuyết (mục 1.3.2 và 1.3.3). Mặt khác, nồng độ clo tự do trong dung dịch MCCA, NaDCC, TCCA đều nhỏ hơn nồng độ clo hoạt động ở cùng thời điểm và cùng giá trị pH và mặc dù nồng độ clo tự do của mỗi tác nhân ở cùng pH không đổi theo thời gian nhưng n

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_dong_hoc_qua_trinh_chuyen_hoa_mot_so_chat.pdf
Tài liệu liên quan