Luận văn Nghiên cứu đo quang xác định các nguyên tố chuyển tiếp

ợp kim nhôm bằng PAN khi có mặt triton X-100, Dung dịch đệm của phức này ở pH = 3 khi có mặt của Al(NO3)3 và NaF những ảnh hưởng của nhôm bị loại bỏ, trong sự có mặt của triton X-100, phức Cu-PAN hấp thụ cực đại ở bước sóng λmax = 550nm,ε = 1,8,10-4 L/mol,cm, Còn Ni-PAN hấp thụ cực đại ở bước sóng λmax = 565nm,ε = 3,5,10-4 L/mol,cm, Khoảng tuân theo định luật Beer là 0100μgCu/50ml và 055μg Ni/50ml, Phức Cu-PAN bị phân hủy khi thêm Na2S2O3, Một số tác giả đã công bố quá trình chiết phức PAN với một số ion kim loại trong pha rắn và quá trình chiết lỏng một số nguyên tố đất hiếm hoá trị 3, Quá trình chiết lỏng rắn đối với RE (RE: La, Ce, Pr, Nd, Sn, Yb, Gd ) bằng cách sử dụng PAN, HL,PAN là chất chiết trong parafin được nghiên cứu ở nhiệt độ 80 0,070C, Những ảnh hưởng phụ thuộc thời gian, pH của chất chiết conen trong parafin cũng như chất rắn pha loãng đóng vai trò như dung dịch đệm được sử dụng Phản ứng chiết: RE3+ + 2 HL(o) + Cl- → REL2Cl(o) + 2 H+ Trong những năm gần đây PAN cũng được sử dụng để xác định các nguyên tố Cd, Mn, Cu trong xăng, chiết đo màu xác định Pd(II), Co trong nước để tách riêng Zn, Cd, Tác giả xác định các ion trong vỏ màu của thuốc viên, phương pháp đo màu trong quang phổ kế phù hợp với việc xác định ion kẽm thông qua việc tạo phức với PAN ở pH = 2,5; dung dịch phức có màu đỏ, khoảng tuân theo định luật Beer từ 2,0 40μg/50ml ở λmax = 730nm, Một số tác giả khác xác định Co bằng phương pháp von ampe sử dụng điện cực các bon bị biến đổi bề mặt bằng PAN, Giới hạn phát hiện 1,3,10-7 M những ảnh hưởng của các ion cùng tồn tại và khả năng ứng dụng vào thực tế phân tích cũng được kiểm tra… Thêm vào đó tác giả còn xác định Co bằng phương pháp trắc quang với PAN trong nước và nước thải tạo phức ở pH = 3 8 với λ = 620nm, Với Ni tạo phức ở pH = 8 với λ = 560nm, Ngoài ra, các nhà khoa học trên thế giới đã sử dụng PAN cho các mục đích phân tích khác. [1], [21],[22], [25], [32], [33], [34], [35], [36], [39] . CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Nội dung nghiên cứu Từ những nhiệm vụ nghiên cứu đề ra, chúng tôi ứng dụng phương pháp đo quang để tiến hành phân tích Cu(II), Zn(II), Co(II) trong phân vi lượng. Việc lựa chọn thuốc thử cũng khá quan trọng, trong đề tài này, thuốc thử được sử dụng là PAN - là thuốc thử hữu cơ phổ biến, tác dụng được với nhiều nguyên tố, rất thuận lợi cho việc xác định cả ba nguyên tố chỉ với một thuốc thử này. Với thuốc thử đó và tránh việc chiết với dung môi hữu cơ độc hại, chúng tôi lựa chọn giải pháp là dùng môi trường mixen trung tính, có tác dụng làm tăng độ tan của phức kim loại với PAN. Khảo sát đặc trưng của hệ M(II) – PAN - Chất hoạt động bề mặt Xét phổ đặc trưng, ảnh hưởng của pH, mixen, nồng độ thuốc thử. Xác định khoảng tuyến tính, xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng. Để ứng dụng, xét ảnh hưởng của nguyên tố này đến nguyên tố kia và cách loại trừ ảnh hưởng, tách các ion khi chúng cùng có mặt. Xác định từng nguyên tố Xác định từng nguyên tố trong điều kiện tối ưu trên bằng phương pháp tách sắc kí trao đổi ion. Xác định đồng thời các nguyên tố Xác định độ hấp thụ quang ứng với từng bước sóng, kiểm tra tính cộng tính. Xây dựng ma trận sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ. Lựa chọn phép xác định trong số các thuật toán CLS, ILS, PLS, PCR. Xây dựng ma trận các mẫu kiểm tra, đánh giá mức độ chính xác của phương pháp, khả năng ứng dụng vào mẫu thực tế. Tiến hành phân tích mẫu Đánh giá độ thu hồi, đối chiếu kết quả với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 2.2. Thiết bị và hóa chất 2.2.1 Thiết bị và phần mềm Máy đo độ hấp thụ quang UV – VIS Spectrophotometric - 1650 PC (SHIMADZU, Nhật Bản ), khoảng đo 190 – 900nm , sử dụng cuvet thủy tinh có chiều dài 1,0 cm. Máy đo pH điện cực thủy tinh kép (HANNA – Italia). Máy tính có phần mềm UVProbe 2.10 có thể ghi và đọc độ hấp thụ quang ở từng bước sóng. Xử lý thống kê trên phần mềm Origin 6.0 Lập trình tính toán hồi qui đa biến trên phần mềm Matlab 7.0 (Chương trình CLS, ILS, PLSvà PCR). 2.2.2. Hóa chất Tất cả các hoá chất sử dụng đều thuộc loại tinh khiết phân tích. Các dung dịch được pha chế bằng nước cất 2 lần. Dung dịch Cu(II) 1000 ppm: Cân 0,3906 g CuSO4.5H2O, hòa tan trong nước cất 2 lần, chuyển vào bình định mức cỡ 100ml, lắc cho tan hết, định mức bằng nước cất đến vạch. Kiểm tra lại bằng phương pháp chuẩn độ complexon, dung dịch đệm axetat / axit axetic pH=5 theo chất chỉ thị PAN, ở 800C. Ở điểm tương đương dung dịch chuyển từ màu tím đậm sang màu vàng lục. Những nồng độ Cu(II) thấp hơn được chuẩn bị hàng ngày từ dung dịch Cu(II) 1000 ppm. Dung dịch Zn(II) 1000 ppm: Cân 0,4424 g ZnSO4.7H2O, hòa tan trong nước cất 2 lần, chuyển vào bình định mức cỡ 100ml, lắc cho tan hết, định mức bằng nước cất đến vạch. Kiểm tra lại nồng độ bằng phương pháp chuẩn độ complexon với chất chỉ thị ET-OO dung dịch đệm amoni/amoniac pH=9,5. Tại điểm tương đương, dung dịch chuyển từ màu đỏ nho sang màu xanh lam. Những dung dịch Zn(II) có nồng độ thấp hơn được pha từ dung dịch Zn(II) 1000 ppm. Dung dịch Co(II) 1000 ppm: Cân 0,4034 g CoCl2.6H2O, hòa tan trong nước cất 2 lần, chuyển vào bình định mức cỡ 100ml, lắc cho tan hết, định mức bằng nước cất đến vạch. Xác định lại nồng độ của dung dịch Co(II) bằng phương pháp chuẩn độ complexon với chất chỉ thị murexit, pH = 8. Tại điểm tương đương, dung dịch chuyển sang màu tím bền. Những dung dịch Co(II) có nồng độ thấp hơn được pha từ dung dịch Co(II) 1000 ppm. Dung dịch thuốc thử PAN 2.10-3M: Cân 0,0500 gam PAN, chuyển vào bình định mức cỡ 100ml đã có sẵn 2ml H2SO4 2M và 10ml nước cất, cho thêm 4 g Triton X – 100 hoặc Tween, đun ấm lắc nhẹ, định mức bằng nước cất đến vạch. Pha Tween – 80 (3%) (m/v): Hoà tan 3 g Tween – 80 bằng nước cất 2 lần, định mức 100ml. Pha Triton X-100 (10%) (m/v): Hoà tan 10 g Triton X-100 bằng nước cất 2 lần, định mức 100ml. Dung dịch đệm axetat 0,2 M (CH3COOH 0,1 M và CH3COONa 0,1 M). Các dung dịch đệm axetat có pH khác được chuẩn bị từ dung dịch đệm trên khi thêm những lượng HCl hoặc NaOH thích hợp vào và kiểm tra bằng máy đo pH. Dung dịch đệm borac 0,1 M (M = 381,37): Cân 19,0863 gam Na2B4O7.10H2O hòa tan bằng nước cất 2 lần và định mức bằng nước cất đến vạch 500ml. Các dung dịch đệm borac có pH khác được chuẩn bị từ dung dịch đệm trên khi thêm những lượng HCl thích hợp vào và kiểm tra bằng máy đo pH. Dung dịch đệm citrat 10-3M (M = 210,14 ): Cân 5,2532 gam axit citric hòa tan bằng nước cất 2 lần và định mức bằng nước cất đến vạch 250ml. Các dung dịch đệm citrat có pH khác được chuản bị từ dung dịch đệm trên khi thêm những lượng NaOH thích hợp vào và kiểm tra bằng máy đo pH. Các dung dịch ion kim loại khác Mn2+, Fe2+, Fe3+…được pha bằng các muối tan của nó. Nhựa trao đổi anionit Dowex 1 (cỡ hạt khoảng 100-200 Mesh, đường kính 0,05-0,08 mm), nhựa này được ngâm trong nước một đêm. Chuyển lên cột đường kính 10 mm, được một lớp chiều cao 27 mm, rửa cột bằng pha động HCl 9M. 2.3. Cách tiến hành thực nghiệm 2.3.1. Qui trình nghiên cứu đơn biến Lấy vào các bình định mức cỡ 25 ml để có một lượng nhất định một trong ba ion kim loại Cu(II), Zn(II), Co(II) + dung dịch đệm axetat 4.10-2M có pH = 6,5 + chất hoạt động bề mặt (Triton X-100 2%) + hỗn hợp PAN 1,6.10-4 M, định mức đến vạch. Để xét đặc trưng của phổ, đo độ hấp thụ quang trong khoảng 500 – 700 nm, với dung dịch so sánh là mẫu trắng. Đối với các nghiên cứu khác, đo độ hấp thụ quang của Cu(II), Zn(II), Co(II) lần lượt ở các bước sóng 558 nm, 556 nm, 580 nm, với dung dịch so sánh là mẫu trắng. 2.3.2. Qui trình nghiên cứu đa biến Xác định đặc trưng phổ khi có mặt ba ion kim loại Cu(II), Zn(II), Co(II). Lấy vào các bình định mức cỡ 25 ml (các bình để xây dựng ma trận chuẩn) để có một lượng nhất định một trong ba ion kim loại Cu(II) (0,021 -1,41 ppm), Zn(II) (0,03 – 1,56 ppm ) , Co(II) (0,06 – 2,12 ppm) + dung dịch đệm axetat 4.10-2M có pH = 6,5 + Triton X-100 2% + hỗn hợp PAN 1,6.10-4 M, định mức đến vạch. Đo độ hấp thụ quang trong khoảng 500 – 700 nm, với dung dịch so sánh là mẫu trắng. Lấy vào các bình định mức cỡ 25 ml (các bình để xây dựng ma trận kiểm tra) để có một lượng nhất định một trong ba ion kim loại Cu(II) (0,021 -1,41 ppm), Zn(II) (0,03 – 1,56 ppm ) , Co(II) (0,06 – 2,12 ppm) (một số bình kiểm tra không có đủ cả 3 ion) + dung dịch đệm axetat 4.10-2M có pH = 6,5 + Triton X-100 2% + hỗn hợp PAN 1,6.10-4 M, định mức đến vạch. Đo độ hấp thụ quang trong khoảng 500 – 700 nm, với dung dịch so sánh là mẫu trắng. Đối với mẫu phân tích, chuẩn bị các bình giống như xây dựng ma trận kiểm tra và thực hiện phép đo quang như trên. Các dữ kiện đo quang sẽ được xử lí bằng thuật toán hồi qui đa biến tuyến tính trên phần mềm Matlab 7.0. Từ đó đánh giá độ chính xác, tính sai số, xác định nồng độ mẫu phân tích. 2.3.3. Qui trình phân tích mẫu Cân 1 gam mẫu phân vi lượng, chuyển vào cốc chịu nhiệt, cho một ít nước, 10ml HNO3 , đậy bằng nắp kính đồng hồ, đun nóng nhẹ (100 – 2000 C), cho từ từ H2O2 vào dung dịch đến khi thấy dung dịch trong suốt. Cô cạn dung dịch, để nguội, cho thêm nước cất vào cốc và tiếp tục cô cạn. Chuyển dung dịch vào bình định mức cỡ 50ml, định mức bằng nước cất đến vạch. Lấy các thể tích cần thiết từ dung dịch này để thực hiện các phép đo xác định đơn và đa biến. Qui trình tách: Dowex 1 ngâm trong HCl loãng, chuyển lên cột, dội 5ml HCl 9M để cân bằng. Lấy một lượng dung dịch mẫu phân tích trong HCl 9M, cho qua cột trao đổi ion. Khi dẫn mẫu qua cột và dùng HCl 9M để rửa cột, dùng bình định mức cỡ 25 ml để thu phần nước lọc và nước rửa, xác định Cu(II). Tiếp tục dùng HCl 4M để rửa cột, hứng phần nước rửa giải này để xác định Co(II). Giải hấp Zn(II) bằng HCl 0,5 M, thu dung dịch nước rửa giải đó để xác định Zn(II). Xác định riêng rẽ từng ion kim loại theo qui trình đơn biến. Xác định đồng thời theo qui trình đa biến. 2.4. Thuật toán phân tích hồi qui tuyến tính đa biến [5], [11] 2.4.1. Phương pháp bình phương tối thiểu thông thường (CLS) Nhập ma trận nồng độ C (27x3) của 27 dung dịch chuẩn chứa ba chất phân tích là Cu(II), Zn(II) và Co(II). Nhập ma trận độ hấp thụ quang A (27x100) cuả 27 mẫu tại 100 thời điểm đo. Tính ma trận hệ số hồi qui theo công thức: K = inv(C’*C)*C’*A Nhập ma trận giá trị Ax(kx100) của k mẫu cần định phân ở 100 thời điểm. Tính nồng độ Cu(II), Zn(II) và Co(II) theo công thức: Cx = Ax*K’*inv(K*K’) 2.4.2. Phương pháp bình phương tối thiểu nghịch đảo (ILS) Nhập ma trận nồng độ C (27x3) của 27 dung dịch chuẩn chứa ba chất phân tích là Cu(II), Zn(II) và Co(II). Nhập ma trận độ hấp thụ quang A (27x20) của 27 mẫu tại 20 thời điểm đo. Tính ma trận hệ số hồi qui: P = inv(A’*A)*A’*C Nhập ma trận giá trị: Ax(kx20) của k mẫu tại 20 thời điểm. Tính nồng độ Cu(II), Zn(II) và Co(II) theo công thức: Cx = Ax*P 2.4.3. Phương pháp bình phương tối thiểu từng phần (PLS) Nhập ma trận nồng độ C (27x3) và ma trận độ hấp thụ quang A (27x100) của 27 dung dịch chuẩn chứa ba chất phân tích là Cu(II), Zn(II) và Co(II) tại 100 thời điểm đo. Tính vectơ trọng số: w = (A’*C)* inv(C’*C) Tính trị số và trọng số: t = A*w p = (A’*t)*inv(t’*t) q = (C’*t)*inv(t’*t) b = w*inv(P’*w)*q a = mean(C) -mean( A)*b a0 = [ones(27,1)*a(1) ones(27,1)*a(2)ones(27,1)*a(3)] 27: Số dung dịch chuẩn. a(1), a(2), a(3): Cấu tử thứ 1, thứ 2 và thứ 3. Nhập ma trận độ hấp thụ quang Ax(kx100) của k mẫu cần định phân Nồng độ Cu(II), Zn(II) và Co(II) có trong mẫu được tính theo công thức: C0 = a0 + Ax*b 2.4.4. Phương pháp hồi qui cấu tử chính (PCR) Nhập ma trận nồng độ C (27x2) và ma trận độ hấp thụ quang A (27x20) của 27 dung dịch chuẩn chứa hai chất phân tích tại 20 thời điểm. Bình phương tập số liệu chứa biến phụ thuộc: D = A’*A Xác định các PC (sử dụng hàm SVD): [V S] = svd(D) Tính ma trận phần trăm phương sai của các PC: d = diag(S)/sum(diag(S))*100 Chọn số PC làm cơ sở cho không gian mới của tập số liệu n: f = V(:,1:n) Chuyển đổi tập số liệu ban đầu và tính ma trận hệ số hồi qui: Aj =A*f F = inv(Aj’*Aj)*Aj’*C Fj = f*F Nhập ma trận độ hấp thụ quang Ax(kx20) của k mẫu cần định phân và tính nồng độ Cu(II), Zn(II) và Co(II) theo công thức: Cx = Ax*Fj Ngoài ra, câu lệnh tính sai số: ss = (Ctính - C)*100./C CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát điều kiện tối ưu xác định Cu(II), Zn(II), Co(II) 3.1.1. Nét đặc trưng phổ của các phức Cu(II)-PAN, Zn(II) -PAN, Co(II) – PAN Thuốc thử PAN phản ứng với các cation kim loại như Cu(II), Zn(II), Co(II) , Ni(II)...tạo thành các phức màu không tan trong nước, thường phải chiết trong dung môi hữu cơ. Kết quả thực nghiệm cho thấy, trong môi trường mixen – chất hoạt động bề mặt trung tính, các phức này tan được trong nước và có độ hấp thụ cao trong vùng ánh sáng khả kiến. Vì vậy, chúng tôi tiến hành khảo sát phổ hấp thụ quang các phức màu Cu(II) - PAN, Zn(II) - PAN và Co(II) - PAN trong môi trường mixen (Tween - 80 hoặc Triton X-100). Hình 1. Đặc trưng của phổ hấp thụ các phức màu trong môi trường Tween 80 Lấy vào các bình định mức cỡ 25 ml để có một trong ba ion Cu(II) 0,6 ppm, Zn(II) 1 ppm, Co(II) 1ppm + dung dịch đệm axetat 4.10-2M (pH = 6,5)+ chất hoạt động bề mặt (Tween 80 0,24% hoặc Triton X-100 2%)+ hỗn hợp PAN 1,6.10-4M, định mức đến vạch, sau 10 phút ghi phổ trong khoảng 500 – 700 nm với dung dịch so sánh là mẫu trắng tương ứng. Kết quả được chỉ ra ở hình 1,2. Hình 2. Đặc trưng của phổ hấp thụ các phức trong môi trường Triton X-100 Từ các hình trên và đối chiếu với phương pháp dùng dung môi chiết [23], [41], ta có bảng kết quả trong bảng 3. Bảng kết quả trên cho thấy số cực đại hấp thụ của các phức màu Cu(II) - PAN, Zn(II) - PAN và Co(II) - PAN trong cả ba môi trường đều lần lượt là 1, 2, 2. Trong mixen (Tween – 80 hoặc Triton X-100), các cực đại hấp thụ đều chuyển dịch về phía sóng ngắn, giá trị bước sóng hấp thụ cực đại của phức màu Cu – PAN: 558 nm, Zn – PAN: 522 nm và 556 nm, Co – PAN: 580 nm và 620 nm. Từ nghiên cứu này, chúng tôi chọn là λmax = 558nm, 556 nm và 580 nm tương ứng từng phức của Cu(II), Zn(II) và Co(II) trong môi trường Triton X-100 cho các khảo sát tiếp theo. Bảng 3. Đặc trưng phổ hấp thụ Cu(II) - PAN, Zn(II) – PAN, Co(II) – PAN lmax (nm) Tween 80 Triton X-100 Dung môi chiết Cu 555 558 564/CHCl3 595/ Et-OH, H2O Zn 522 522 530/Axeton, H2O 556 556 555/iso – C5H11OH Co 580 580 590/CHCl3 620 620 640/CHCl3 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức 3.1.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH Giá trị pH của môi trường đóng vai trò quan trọng đến khả năng hình thành phức và độ bền của phức. Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của các phức được nghiên cứu trong khoảng 3,0 – 7,0. Ở các pH thấp (pH 7 không được nghiên cứu vì ở pH 7, các ion OH- cạnh tranh trong quá trình tương tác của PAN với các ion kim loại ảnh hưởng tới quá trình hình thành các phức màu. Kết quả khảo sát trong khoảng pH từ 3 đến 9 (pH 3-7: dùng đệm axetat, pH 7-9: dùng đệm borac, điều chỉnh bằng HCl hoặc NaOH theo máy đo pH) thu được ở bảng 4 và biểu diễn trên hình 3. Bảng 4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hình thành các phức pH 4 5 6 7 8 9 A Cu – PAN 0,264 0,312 0,361 0,365 0,377 0,386 A Zn – PAN 0,521 0,581 0,646 0,682 0,706 0,724 A Co - PAN 0,359 0,354 0,353 0,351 0,323 0,315 Hình 3. Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của các phức màu Từ hình trên, ta thấy khi pH trong khoảng 5- 7: phức của Cu(II) và Co(II) khá bền, không thay đổi nhiều, Zn(II) tăng lên rõ rệt. Đệm borac không ảnh hưởng đến phức, chọn pH = 6,5 cho các nghiên cứu tiếp theo. Khi đó, dùng đệm axetat (4.10-3 M) hoặc hỗn hợp axetat(4.10-3 M) + citrat(1.10-3 M). Khi thêm đệm citrat vào dung dịch đệm axetat ở pH =6, độ hấp thụ quang của các phức thay đổi như bảng sau: Bảng 5. Ảnh hưởng của nồng độ đệm citrat đến sự hình thành các phức Nồng độ citrat (M) 10-4 5.10-4 10-3 2.10-3 10-2 5.10-2 A Cu – PAN 0,380 0,379 0,379 0,376 0,365 0,345 A Zn – PAN 0,646 0,645 0,646 0,644 0,621 0, 597 A Co - PAN 0,353 0,354 0,353 0,352 0,348 0,343 Dựa vào kết quả ta thấy nồng độ đệm citrat từ 1.10-4M đến 2.10-3M thì độ hấp thụ quang của các phức Cu(II)-PAN, Zn(II)-PAN, Co(II)-PAN ổn định, từ 2.10-2M đến 5.10-2M thì độ hấp thụ quang giảm. Vì vậy, lựa chọn nồng độ citrat 1.10-3M cho các khảo sát. 3.1.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của dung lượng đệm Tiến hành đo quang khi thay đổi nồng độ đệm axetat, thu được kết quả ở bảng 6. Bảng 6: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ của đệm axetat Nồng độ đệm axetat 8.10-3 1,6.10-2 2,4.10-2 3,2.10-2 4.10-2 4,8.10-2 A Cu – PAN 0,512 0,513 0,517 0,518 0,519 0,512 A Zn – PAN 0,646 0,645 0,646 0,644 0,641 0, 637 A Co - PAN 0,353 0,354 0,353 0,352 0,351 0,348 Từ kết quả thu được ta thấy nồng độ đệm axetat thay đổi từ 8.10-3M đến 4.10-2M thì độ hấp thụ quang tương đối ổn định, từ 4.10-2M đến 4,8.10-2M thì độ hấp thụ quang giảm. Do đó, chúng tôi chọn nồng độ đệm axetat là 4.10-2M để tiến hành tiếp. Như vậy, chúng tôi sử dụng hỗn hợp đệm (axetat 4.10-2M và citrat 1.10-3M) có pH = 6,5 cho các khảo sát tiếp theo. 3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Triton X-100 đến sự tạo phức Bản chất của các mixen khác nhau dẫn đến sự hình thành phức khác nhau. Với loại mixen là Triton X-100, chúng tôi tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của nồng độ mixen tới quá trình tạo phức. Kết quả khảo sát được chỉ ra trong bảng 7 và hình 4: Bảng 7. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Triton X–100 đến sự hình thành phức Nồng độ Triton X-100 (%) 0,5 1 2 3 4 A Cu – PAN 0,548 0,556 0,56 0,555 0,541 A Zn – PAN 0,493 0,503 0,51 0,496 0,482 A Co - PAN 0,365 0,367 0,368 0,363 0,357 Hình 4. Ảnh hưởng của nồng độ Triton X- 100 đến độ hấp thụ quang của các phức Từ kết quả thu được ta thấy nồng độ Triton X –100 thay đổi từ 0,5% đến 1% thì độ hấp thụ quang của các phức tăng, từ 1% đến 3% thì độ hấp thụ quang hầu như không đổi và từ 3% đến 4% thì độ hấp thụ quang giảm. Chúng tôi lựa chọn Triton X-100 (2%) cho các khảo sát tiếp theo. 3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thuốc thử PAN Nồng độ của PAN được thay đổi trong khoảng 0,16.10-4 – 2,4.10-4 M và tiến hành đo độ hấp thụ quang của các phức màu ở các bước sóng cực đại kể trên. Kết quả thu được thể hiện ở bảng 8 và trên hình 5. Bảng 8: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thuốc thử PAN Nồng độ PAN (10-4M) 0,16 0,4 0,8 1,6 2 2,4 A Cu – PAN 0,295 0,435 0,539 0,573 0,577 0,574 A Zn – PAN 0,226 0,506 0,789 0,838 0,832 0,824 A Co - PAN 0,198 0,358 0,367 0,368 0,376 0,375 Hình 5: Ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử đến độ hấp thụ quang của các phức Từ kết quả thu được ở trên, chúng tôi nhận thấy tỉ lệ tạo phức Cu(II)- PAN, Zn(II)-PAN và Co(II) – PAN lần lượt là 1:2, 1:1, 1:1; khi nồng độ thuốc thử PAN tăng dần từ 0,16.10-4 M đến 0,4.10-4 M thì độ hấp thụ quang của các phức màu tăng dần và khi nồng độ PAN tăng từ 0,4.10-4 M đến 2.10-4 M thì độ hấp thụ quang của các phức đạt giá trị lớn nhất và ổn định. Vì vậy, chúng tôi chọn nồng độ PAN là 1,6.10-4 M cho các khảo sát tiếp theo. 3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian Ở pH = 6,5 và nhiệt độ phòng, tốc độ hình thành phức Cu – PAN và Zn – PAN khá nhanh, ngược lại Co – PAN tạo phức tương đối chậm. Kết quả khảo sát thời gian hình thành các phức màu thu được ở các hình 6, 7, 8: Hình 6,7,8: Khảo sát độ bền của các phức màu theo thời gian Từ các hình trên, chúng tôi nhận thấy trong khoảng thời gian khảo sát 60 phút, độ hấp thụ quang của các phức màu rất ổn định (phức bền). Vì vậy, chọn thời gian đo độ hấp thụ quang của các phức trong khoảng 10 phút - 30 phút. 3.1.6. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cu(II), Zn(II), Co(II) 3.1.6.1. Ảnh hưởng của nồng độ Cu(II) Khảo sát khoảng tuyến tính xây dựng đường chuẩn xác định Cu(II) Lấy vào các bình định mức cỡ 25 ml để có những lượng biến đổi Cu(II) (0,021 -1,41 ppm) + dung dịch đệm (axetat 4.10-2M và citrat 1.10-3M) có pH = 6,5 + Triton X-100 2% + hỗn hợp PAN 1,6.10-4 M, định mức đến vạch. Đo độ hấp thụ quang ở bước sóng λmax = 558 nm, dung dịch so sánh là mẫu trắng. Kết quả thu được: Bảng 9: Kết quả sự phụ thuộc của A vào nồng độ Cu(II) STT 1 2 3 4 5 6 Cu (ppm) 0,06 0,13 0,26 0,38 0,51 0,64 A 0,021 0,069 0,184 0,266 0,370 0,455 STT 7 8 9 10 11 12 Cu (ppm) 0,77 0,90 1,03 1,15 1,28 1,41 A 0,563 0,635 0,758 0,832 0,916 1,030 Hình 9: Khảo sát khoảng tuyến tính xác định Cu(II) Từ hình 9, ta thấy khi nồng độ Cu(II) tăng thì độ hấp thụ quang cũng tăng tuyến tính. Tuy nhiên, khi nồng độ Cu(II) là 1,41 ppm thì độ hấp thụ quang khá lớn nên sai số đáng kể. Do đó, chọn các nồng độ Cu(II) không quá 1,41 ppm để xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng Cu(II). Bảng 10: Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định STT 1 2 3 4 5 CCu2+(ppm) 0,13 0,38 0,64 0,90 1,15 A 0,085 0,288 0,48 0,657 0,844 Hình 10: Đường chuẩn xác định Cu(II) Phương trình hồi quy có dạng như sau: y = – 0,00088 + 0,737x. Trong đó x là nồng độ của Cu2+ (ppm) và y là độ hấp thụ quang A. Mặt khác, ta có độ lệch chuẩn Sa= 0,00905 và Sb = 0,0123, t(0,95; 3) = 2,353 nên phương trình hồi quy đầy đủ: Y = (– 0,00088 ± 0,02129 ) + (0,737 ± 0,029)X Phương trình hồi quy: y = – 0,00088 + 0,737x có S= 1,741.10-4 Nếu coi a = 0 ta có phương trình hồi quy: y = b’x với = 0,743 có S= 1,62.10-4 Sự sai khác phương sai của 2 phương trình này được so sánh theo chuẩn F: Ftính =S/ S= 1,075 Tại P = 0,95, f1= n-2 = 3, f2 = n-3= 2 ta có: Fbảng = 2,1916. [8] Ftính < Fbảng nên sự khác nhau giữa a và giá trị 0 không có ý nghĩa thống kê. Như vậy có thể coi như a = 0, phương pháp nghiên cứu không mắc sai số hệ thống. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng Tiến hành đo 12 mẫu trắng ở các điều kiện tối ưu đã chọn tại bước sóng 558 nm. Bảng 11: Kết quả đo độ hấp thụ quang của 12 mẫu trắng STT 1 2 3 4 5 6 A Cu(II)– PAN 0,086 0,085 0,087 0,086 0,085 0,085 STT 7 8 9 10 11 12 A Cu(II) – PAN 0,088 0,087 0,085 0,84 0,87 0,86 Độ lệch chuẩn: SD== 0,0011461 Giới hạn phát hiện (LOD): LOD = 3SD/b = 0,0047 (ppm) Giới hạn định lượng (LOQ): LOQ = 10SD/b = 0,0156 (ppm) Độ lặp lại trong phép xác định Cu(II) Đánh giá độ lặp lại, độ đúng và độ chính xác của đường chuẩn tại 3 mức nồng độ Cu(II): 0,13ppm, 0,38 ppm và 0,9 ppm, mỗi điểm làm lặp lại 8 lần, ta có bảng kết quả: Bảng 12: Độ hấp thụ quang của phức Cu(II)-PAN ở 3 nồng độ khác nhau Cu(II) ppm A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 0,13 0,087 0,085 0,086 0,086 0,086 0,087 0,087 0,086 0,38 0,277 0,277 0,278 0,277 0,279 0,279 0,278 0,278 0,9 0,639 0,639 0,640 0,640 0,639 0,638 0,638 0,639 Bảng 13:Kết quả đánh giá phương pháp xác định Cu(II) Nồng độ Cu(II) (ppm) 0,13 0,38 0,90 Nồng độ trung bình 0,117 0,376 0,88 Độ lệch chuẩn SD 0,0012 0,00084 0,00076 Hệ số biến thiên (CV) 1,03 % 0,22% 0,09% Từ kết quả trên nhận thấy phương pháp trắc quang xác định Cu(II) bằng thuốc thử PAN có độ lặp lại tốt (CV<3%) và độ chính xác cao trên toàn khoảng tuyến tính. 3.1.6.2. Ảnh hưởng của nồng độ Zn(II) Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn xác định Zn(II) Lấy vào các bình định mức cỡ 25 ml để có những lượng biến đổi Zn(II) (0,03 – 1,95 ppm ) + dung dịch đệm (axetat 4.10-2M và citrat 1.10-3M) có pH = 6,5 + Triton X-100 2% + hỗn hợp PAN 1,6.10-4 M, định mức đến vạch. Đo độ hấp thụ quang ở bước sóng λmax = 556 nm với dung dịch so sánh là mẫu trắng. Kết quả thu được: Bảng 14: Kết quả sự phụ thuộc của A vào nồng độ Zn(II) STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Zn ppm 0,03 0,06 0,13 0,26 0,39 0,52 0,65 0,78 0,91 A 0,027 0,037 0,073 0,156 0,22 0,29 0,34 0,398 0,482 STT 10 11 12 13 14 15 16 17 Zn ppm 1,04 1,17 1,3 1,43 1,56 1,69 1,82 1,95 A 0,535 0,619 0,69 0,752 0,803 0,85 0,92 0,932 Hình 11: Khảo sát khoảng tuyến tính xác định Zn(II) Từ hình 11, nhận thấy khi nồng độ Zn(II) tăng thì độ hấp thụ quang cũng tăng tuyến tính. Tuy nhiên, khi nồng độ Zn(II) là 1,56 ppm thì độ hấp thụ quang có xu hướng không còn tuyến tính nữa. Do đó, chọn các nồng độ Zn(II) không quá 1,56 ppm để xây dựng đường chuẩn. Bảng 15: Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định Zn(II) STT 1 2 3 4 5 CZn2+(ppm) 1,3 5,19 9,09 12,99 16,88 A 0,081 0,281 0,457 0,641 0,838 Hình 12: Đường chuẩn xác định Zn(II) Phương trình hồi quy có dạng như sau: y = 0,02237 + 0,481x. Trong đó x là nồng độ của Zn2+ và y là độ hấp thụ quang A. Mặt khác, ta có Sa= 0,0062 và Sb = 0,0006 , t(0,95; 3) = 2,353 nên phương trình hồi quy đầy đủ: Y = (0,02237 ± 0,0062 ) + (0,0481 ± 0,0006)x Phương trình hồi quy: y = 0,02237 + 0,481x có S= 9,152.10-5 Nếu coi a = 0 ta có phương trình hồi quy: y = b’x với = 0,478 có S= 1,028.10-4 Ftính =S/ S= 1,123 Tại P = 0,95, f1= n-2 = 3, f2 = n-3= 2 ta có: Fbảng = 2,1916. Ftính < Fbảng nên sự khác nhau giữa a và giá trị 0 không có ý nghĩa thống kê. Như vậy có thể coi như a = 0, phương pháp nghiên cứu không mắc sai số hệ thống. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng Tiến hành đo 12 mẫu trắng ở các điều kiện tối ưu đã chọn tại bước sóng 556 nm. Bảng 16: Kết quả đo độ hấp thụ quang của 12 mẫu trắng STT 1