Điều kiện tối ưu xác định hàm lượng ion orthophốt phát trong nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG<br /> ION ORTHOPHỐT PHÁT TRONG NƯỚC<br /> BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ<br /> HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-VIS<br /> OPTIMAL CONDITIONS FOR DETERMINING THE AMOUNT OF<br /> NO3-, PO43- IN SURFACE WATER BY SPECTROPHOTOMETER<br /> ABSORBANCE UV-VIS MOLECULE METHOD<br /> <br /> PHẠM THỊ HÀ<br /> Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bài báo trình bày kết quả xác định các điều kiện tối ưu, phương pháp loại bỏ các<br /> yếu tố ảnh hưởng đến phép đo và lập dựng quy trình phân tích hàm lượng ion<br /> 3-<br /> orthophotphat PO4 trong nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử<br /> UV-VIS.<br /> ABSTRACT<br /> The report presents the results from the determination of optimal conditions, a<br /> method for eliminating the affective factors to measure and establish a suitable<br /> 3-<br /> process for analyzing the concentration of ion orthophosphate PO4 in the surface<br /> water by spectrophotometer absorbance molecule method UV-VIS.<br /> <br /> <br /> 1. Mở đầu<br /> Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS là phương pháp phân<br /> tích dụng cụ nhanh, chính xác và không quá đắt tiền để xác định hàm lượng ion<br /> orthophotphat PO43- trong nước. Cơ sở cho phép phân tích ion orthophotphat trong<br /> nước là cho ion này kết hợp với amoni molipdat trong môi trường axit tạo ra hợp<br /> chất dị đa axit photphoromolypdat, đến lượt hợp chất này có thể bị khử bằng nhiều<br /> thuốc thử khác nhau như thiếc(II), đồng, hidroquynon... tạo ra phức màu mạnh gọi<br /> là Xanh molipden, độ đậm màu của dung dịch tỉ lệ với hàm lượng ion<br /> orthophotphat trong mẫu. Xanh molipden thường được coi là một polime phức tạp,<br /> cấu tạo từ hỗn hợp của Mo(V) và Mo(VI), quá trình tạo thành phức thường tạo ra<br /> các sản phẩm phụ không mong muốn, do đó phản ứng phải được tiến hành và quan<br /> sát cẩn thận trong các điều kiện thích hợp để đảm bảo độ tin cậy của kết quả phân<br /> tích.<br /> Cùng với phương pháp dùng SnCl2 làm tác nhân khử, phương pháp dùng<br /> đồng để khử cũng thường được sử dụng, tuy nhiên phản ứng xảy ra chậm, phải<br /> đun nóng một thời gian nhất định ở nhiệt độ khoảng 60oC đến 70oC để phức tạo<br /> màu ổn định, ngoài ra kết quả đo thường bị ảnh hưởng của các ion sắt và asen.<br /> Dưới đây là kết quả khảo sát, tìm các điều kiện tối ưu cho hai quy trình phân tích<br /> này.<br /> <br /> <br /> 106<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> 2. Nguyên liệu và phương pháp<br /> 2.1. Thiết bị, dụng cụ và và hóa chất<br /> 2.1.1. Dụng cụ và thiết bị<br /> Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV- VIS: Jasca V- 530; Cân phân tích<br /> Precisa XT 220- A và các dụng cụ thủy tinh…<br /> 2.1.2. Hóa chất<br /> Dung dịch thuốc thử sunfomolipđic A và dung dịch thuốc thử<br /> sunfomolipđic B; Dung dịch H2SO4 5N; Dung dịch thiếc clorua SnCl2 0.05M<br /> (chuẩn bị ngay khi sử dụng); Dung dịch FeCl3 0.1g/l; Dung dịch NaF 0.1g/l; Dung<br /> dịch gốc photphat 0.1g/l (100ppm) và các dung dịch làm việc.<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> Quy trình phân tích được thực hiện trên các mẫu giả là các dung dịch chứa<br /> ion PO43- có hàm lượng chính xác, từ đó chúng tôi tìm các điều kiện tối ưu, các<br /> yếu tố ảnh hưởng cũng như cách loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng đó.<br /> Trong quy trình xác định ion orthophotphat PO43- với tác nhân khử là thiếc<br /> clorua, chúng tôi khảo sát chọn thời gian tạo phức và lượng các thuốc thử phù hợp.<br /> Quy trình xác định ion orthophotphat PO43- với tác nhân khử là đồng lại thường bị<br /> ảnh hưởng bởi sự có mặt của ion Fe3+ , nên ngoài việc khảo sát chọn thời gian tạo<br /> phức phù hợp, chúng tôi tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng này và tìm cách loại bỏ<br /> ảnh hưởng bằng cách thêm vào mẫu 1 lượng ion F-, nhằm tạo phức bền với ion<br /> Fe3+ nếu có mặt trong mẫu.<br /> 3. Kết quả và thảo luận<br /> 3.1. Điều kiện tối ưu để phân tích theo phương pháp dùng thiếc(II) clorua<br /> 3.1.1. Kết quả khảo sát thời gian ổn định phức màu<br /> Để khảo sát thời gian thích<br /> hợp cho quá trình, chuẩn bị 9 0.25<br /> dung dịch chuẩn PO43- có nồng độ<br /> Mật độ quang D<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.2<br /> 0.5mg/l, thêm một lượng thuốc<br /> thử amoni molipdat và SnCl2, để 0.15<br /> phản ứng tạo phức màu giữa 0.1<br /> thuốc thử và ion phân tích xảy ra 0.05<br /> trong khoảng từ 5 đến 45 phút, đo<br /> 0<br /> mật độ quang ở bước sóng  max<br /> 0 10 20 30 40 50<br /> là 690nm. Kết quả đo của các<br /> mẫu được thể hiện ở hình 1. Thời gian, phút<br /> Kết quả thực nghiệm cho<br /> Hình 1. Sự phụ thuộc mật độ quang<br /> thấy, xanh molypden có thời gian<br /> của dung dịch vào thời gian tạo phức<br /> ổn định màu từ 10 đến 30 phút.<br /> Với các mẫu có thời gian lớn hơn 30 phút thì màu dung dịch thay đổi, đồng thời<br /> <br /> <br /> 107<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> dung dịch không thấu quang nên không phù hợp cho phép đo mật độ quang. Thời<br /> gian tạo phức màu cho các thí nghiệm sau được chọn là 20 phút.<br /> 3.1.2. Kết quả khảo sát lượng thuốc thử amoni molipdat<br /> Để khảo sát lượng thuốc<br /> 0.2<br /> thử amoni molypdat thích hợp<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Mật độ quang D<br /> cho quá trình, chuẩn bị 7 dung 0.15<br /> 3-<br /> dịch chuẩn PO4 có nồng độ 0.1<br /> 0.5mg/l, thêm SnCl2 và các lượng<br /> amoni molipdat khác nhau, để 20 0.05<br /> <br /> phút để phản ứng tạo phức màu 0<br /> xảy ra hoàn toàn giữa thuốc thử 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1<br /> 3-<br /> và ion PO4 , đo mật độ quang ở Lượng thuốc thử, ml<br /> bước sóng  max = 690nm. Kết<br /> quả đo được thể hiện ở hình 2. Hình 2. Sự phụ thuộc mật độ quang của<br /> Kết quả thực nghiệm cho dung dịch mẫu vào lượng thuốc<br /> thấy, nếu lấy lượng thuốc thử quá thử Amonimolipdat<br /> ít, mật độ quang đo được nhỏ, nguyên nhân là thiếu thuốc thử. Tuy nhiên với<br /> lượng lớn hơn nhiều thì giá trị mật độ quang đo được cũng giảm, đồng thời màu<br /> dung dịch không ổn định. Lượng phù hợp với 10 ml nước mẫu là 0.5ml<br /> Amonimolipdat, tương đương với hàm lượng 0.025g/l.<br /> 3.1.3. Kết quả khảo sát lượng thuốc thử thiếc diclorua<br /> Để khảo sát lượng thuốc 0.3<br /> thử SnCl2 thích hợp cho quá trình,<br /> Mật độ quang D<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.25<br /> chuẩn bị 7 dung dịch chuẩn PO43- 0.2<br /> có nồng độ 0.5mg/l, thêm 0.5ml 0.15<br /> Amonimolipdat và thêm các 0.1<br /> lượng SnCl2 khác nhau, để 20 0.05<br /> phút cho phản ứng tạo phức màu 0<br /> xảy ra hoàn toàn giữa thuốc thử 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25<br /> và ion phân tích, đo mật độ quang Lượng thuốc thử, ml<br /> ở bước sóng  max = 690nm. Kết Hình 3. Sự phụ thuộc mật độ quang của<br /> quả thực nghiệm trình bày ở hình dung dịch mẫu vào lượng thiếc điclorua<br /> 3.<br /> Mật độ quang của mẫu đo được rất thấp nếu lấy lượng SnCl2 ít hơn 0.05ml.<br /> Với lượng thuốc thử từ 0.1ml SnCl2 thì màu của dung dịch mẫu không đổi, các giá<br /> trị đo được ổn định. Do đó lựa chọn lượng phù hợp nhất để lấy với 10 ml nước<br /> mẫu là 0.15ml SnCl2, tương đương với nồng độ 0.14g/l.<br /> Qua các kết quả khảo sát, quy trình phân tích đề xuất như sau: (1). Lấy 10<br /> ml mẫu nước cần phân tích (nếu hàm lượng PO43- trong dung dịch lớn hơn 6mg/l<br /> phải pha loãng);(2).Thêm 0.5ml dung dịch amonimolipdat. (3). Lắc đều và để yên<br /> trong vòng 5 phút. (4). Thêm 0.15ml dung dịch SnCl2. (5). Để khoảng 15 phút rồi<br /> <br /> <br /> 108<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> đo mật độ quang của dung dịch ở bước sóng 690nm. Dựa vào đường chuẩn xác<br /> định nồng độ của octhophotphat trong dung dịch.<br /> 3.2. Điều kiện tối ưu để phân tích theo phương pháp dùng đồng<br /> 3.2.1. Kết quả khảo sát thời gian ổn định phức màu<br /> Để khảo sát thời gian<br /> thích hợp cho quá trình tạo phức 0.8<br /> màu, chuẩn bị 6 dung dịch chuẩn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Mật độ quang D<br /> 0.6<br /> PO43- có nồng độ 1mg/l. Sau khi<br /> thêm thuốc thử, các dung dịch 0.4<br /> được đun cách thủy ở các thời 0.2<br /> gian là: 20, 25, 30, 35, 40 và 45<br /> phút rồi đo mật độ quang ở bước 0<br /> 0 10 20 30 40 50<br /> sóng  max = 600nm. Kết quả đo<br /> Thời gian, phút<br /> được thể hiện ở hình 4.<br /> Qua kết quả khảo sát, Hình 4. Sự phụ thuộc mật độ quang của<br /> chọn thời gian đun mẫu là 30 phút dung dịch mẫu vào thời gian tạo phức<br /> cho các thí nghiệm tiếp theo.<br /> 3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng và sự che ảnh hưởng của Fe3+ trong mẫu<br /> a) Khảo sát ảnh hưởng của Fe3+<br /> Để khảo sát ảnh hưởng của ion Fe3+ đến quá trình xác định PO43-, chuẩn bị<br /> 6 dung dịch chuẩn PO43- có nồng độ 1mg/l. Thêm lượng thuốc thử<br /> sunphomolypdic bằng nhau, mẫu thứ nhất để nguyên còn các dung dịch mẫu tiếp<br /> theo bổ sung ion Fe3+ với lượng tăng dần từ mẫu số 2 đến mẫu số 6. Đun cách thủy<br /> 30phút, để nguội, đo mật độ quang ở bước sóng  max = 600nm. Kết quả đo được<br /> thể hiện trong hình hình 5.<br /> Kết quả khảo sát cho thấy:<br /> sự có mặt của ion Fe3+ ảnh hưởng 0.8<br /> Mật độ quang D<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> rất mạnh đến kết quả đo mật độ 0.6<br /> quang của phức xanh Molypden. 0.4<br /> Mẫu đối chứng<br /> 3+<br /> Có thể cho rằng ion Fe tạo được Mẫu đo được<br /> 3- 0.2<br /> phức với ion PO4 làm giảm nồng<br /> độ ion orthophotphat tự do trong 0<br /> <br /> mẫu, tuy nhiên cũng không thể 1 2 3 4 5 6<br /> Số mẫu<br /> loại trừ các nguyên nhân khác vì<br /> như quá trình tạo thành hợp chất Hình 5. Biểu đồ so sánh mật độ quang của<br /> dị đa axit molypdophosphoric rồi dung dịch mẫu khi có mặt<br /> bị khử đến xanh Molypden là rất Fe3+ ở các nồng độ khác<br /> phức tạp. Như vậy trong quá trình phân<br /> nhautích cần phải loại trừ ảnh hưởng của ion<br /> Fe3+. Một trong các phương pháp để loại trừ là che ảnh hưởng của ion Fe3+ bằng<br /> cách đưa ion Fe3+ về dạng hợp chất phức rất bền, để ion Fe3+ không tồn tại ở dạng<br /> <br /> <br /> <br /> 109<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> tự do trong dung dịch. Qua một số phản ứng đã thực hiện, chúng tôi sử dụng F- để<br /> tạo hợp chất phức rất bền FeF63-.<br /> b) Khảo sát loại trừ ảnh hưởng của Fe3+ bằng cách tạo phức FeF63-<br /> Chuẩn bị 10 dung dịch chuẩn PO43- ở cùng nồng độ 1mg/l. Mẫu số 1 để<br /> nguyên làm mẫu đối chứng, thêm vào các mẫu còn lại cùng một lượng dung dịch<br /> Fe3+. Từ mẫu số 3, bổ sung dung dịch F- có nồng độ tăng dần, tiến hành đo mật độ<br /> quang. Các kết quả đo được trình bày ở hình 6.<br /> Kết quả cho thấy: khi đưa<br /> -<br /> ion F vào dung dịch phân tích 0.8<br /> <br /> <br /> <br /> Mật độ quang D<br /> 3-<br /> chứa hàm lượng ion PO4 nhưng 0.6<br /> có bổ sung ion Fe3+ thì giá trị Mẫu đối chứng<br /> mật độ quang đo được gần như 0.4 Mẫu đo được<br /> tương ứng với hàm lượng ion<br /> 0.2<br /> PO43-, điều này có thể lý giải<br /> rằng sự có mặt của Fe3+ ít ảnh 0<br /> hưởng đến giá trị đo là do ion 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10<br /> Fe3+ có trong dung dịch đã đi vào Số mẫu<br /> -<br /> phức bền với ion F . Thực Hình 6. Biểu đồ so sánh mật độ quang<br /> nghiệm cũng cho thấy nếu lượng của dung dịch mẫu khi có mặt Fe3+<br /> -<br /> ion F bổ sung vào quá nhiều thì và được loại trừ bằng F-<br /> giá trị mật độ quang đo được lại<br /> giảm và không ổn định. Như vậy với hàm lượng ion PO43- trong mẫu khoảng vài<br /> mg/l, sự có mặt ion Fe3+ sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo và nếu bổ sung vào dung<br /> dịch phân tích một lượng ion F- thích hợp có thể coi như đã loại trừ được ảnh<br /> hưởng của Fe3+. Các thực nghiệm cho thấy, với hàm lượng Fe3+ nhỏ hơn 0.05mg/l<br /> thì sự ảnh hưởng là không đáng kể.<br /> Qua các kết quả khảo sát, quy trình phân tích đề xuất như sau: (1). Lấy 30<br /> ml mẫu nước cần phân tích. (2). Thêm 2ml dung dịch thuốc thử sunfomolypđic A.<br /> (3). Thêm 1ml dung dịch thuốc thử sunfomolypđic B. (4). Thêm 7ml dung dịch F-<br /> nồng độ 0.1 g/l. (5). Đun cách thủy 30 phút. (6). Để nguội rồi tiến hành đo mật độ<br /> quang ở bước sóng 600 nm. Dựa vào đường chuẩn để xác định nồng độ PO43-.<br /> 4. Kết luận<br /> 1. Đã xác định các điều kiện tối ưu cho hai quy trình phân tích PO43- trong<br /> nước.<br /> 2. Các quy trình đã được lập dựng theo phương pháp dùng SnCl 2, Cu áp<br /> dụng dụng trong phân tích các mẫu thực cho kết quả có độ tin cậy cao, phù hợp<br /> với việc đánh giá hàm lượng ion Orthophotphat trong các mẫu nước mặt.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 110<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> [1] Hoàng Minh Châu, Từ Văn Mặc, Từ Vọng Nghi (2002), Cơ sở hóa học phân<br /> tích, NXB KH&KT, Hà Nội<br /> [2] R.A. Lidin, V.A. Molosco, L.L. Andreeva (2001), Tính chất lí hóa học các<br /> chất vô cơ, NXB KH&KT, Hà Nội<br /> [3] Hồ Viết Quý (2000), Phân tích hóa lý, NXB Giáo dục, Hà Nội<br /> [4] J. H. Kennedy (1990), Analytical Chemmitry Principles, Sauders Cllege<br /> Publishing, New York<br /> [5] Standar methods for the examination of water end wastewater, American<br /> Public Health Association.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 111<br />