Tải bản đầy đủ

Vai trò của đồng, kẽm, coban đối với sự phát triển của sinh vật

MỤC LỤC
MỤC LỤC.....................................................................................................................1
Bảng ký hiệu các từ viết tắt...........................................................................................3
Danh mục bảng..............................................................................................................4
Danh mục hình..............................................................................................................6
MỞ ĐẦU.......................................................................................................................7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN........................................................................................8
1.1. Vai trò và đặc tính phân tích của đồng, kẽm, coban ........................................8
1.1.1. Vai trò của đồng, kẽm, coban đối với sự phát triển của sinh vật................8
1.1.2. Đặc tính phân tích của đồng, kẽm, coban ................................................11
1.2. Một số phương pháp quang xác định Cu(II), Zn(II), Co(II)............................18
1.2.1. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS ...............................................19
1.2.2. Phương pháp phân tích trắc quang ...........................................................20
1.3. Thuốc thử 1-(2-pyridylazo )-2- naphtol (PAN) ..............................................27
1.3.1. Cấu tạo, tính chất vật lí của PAN .............................................................27
1.3.2. Khả năng tạo phức của PAN.....................................................................28
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM.................................................................................34
2.1. Nội dung nghiên cứu.......................................................................................34
2.2. Thiết bị và hóa chất ........................................................................................35
2.2.1 Thiết bị và phần mềm.................................................................................35
2.2.2. Hóa chất...................................................................................................35

2.3. Cách tiến hành thực nghiệm............................................................................37
2.3.1. Qui trình nghiên cứu đơn biến .................................................................37
2.3.2. Qui trình nghiên cứu đa biến....................................................................37
2.3.3. Qui trình phân tích mẫu.............................................................................37
2.4. Thuật toán phân tích hồi qui tuyến tính đa biến .............................................38
2.4.1. Phương pháp bình phương tối thiểu thông thường (CLS)........................38
2.4.2. Phương pháp bình phương tối thiểu nghịch đảo (ILS)..............................38
2.4.3. Phương pháp bình phương tối thiểu từng phần (PLS)..............................39
1
2.4.4. Phương pháp hồi qui cấu tử chính (PCR)................................................39
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................41
3.1. Khảo sát điều kiện tối ưu xác định Cu(II), Zn(II), Co(II)...............................41
3.1.1. Nét đặc trưng phổ của các phức Cu(II)-PAN, Zn(II) -PAN, Co(II) – PAN
.............................................................................................................................41
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức............................................43
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Triton X-100 đến sự tạo phức.............45
3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thuốc thử PAN .................................................46
3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ............................................................47
3.1.6. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cu(II), Zn(II), Co(II)...........................48
3.1.7. Khảo sát ảnh hưởng của các ion lạ............................................................57
3.2. Xác định Cu(II), Zn(II), Co(II) trong hỗn hợp................................................61
3.2.1. Xác định Cu(II), Zn(II), Co(II) trong hỗn hợp bằng phương pháp tách....62
3.2.2. Sử dụng thuật toán hồi qui tuyến ttính đa biến xác định đồng thời Cu(II),
Zn(II), Co(II) ....................................................................................................64
3.3. Ứng dụng vào phân tích mẫu phân vi lượng...................................................75
3.3.1. Qui trình phá mẫu......................................................................................75
3.3.2. Phân tích mẫu phân vi lượng.....................................................................75
KẾT LUẬN.................................................................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................82
2
Bảng ký hiệu các từ viết tắt
STT Kí hiệu viết tắt Tên đầy đủ
1 AAS Atomic absorbtion spectrotometry
(Quang phổ hấp thụ nguyên tử)
2 CLS Classical least squares
(Phương pháp bình phương tối thiểu thông thường)
3 ILS Inverse least squares
(Phương pháp bình phương tối thiểu nghịch đảo)
4 PC Principal component (Cấu tử chính)
5 PCR Principal component regression


(Phương pháp hồi qui cấu tử chính)
6 PLS Partial least squares
(Phương pháp bình phương tối thiểu từng phần)
7 PP Phương pháp
8 ppm Part per million
(Phần triệu)
9 UV-Vis Ultraviolet – visible spectrophotometry
(Quang phổ tử ngoại khả kiến)
10 S
D
Standard deviation
(Độ lệch chuẩn )
11 UV-Vis Ultraviolet – visible spectrophotometry
(Quang phổ tử ngoại khả kiến)
3
Danh mục bảng
Bảng 1. Sự hình thành phức Cu(II) trong một số thuốc thử hữu cơ............................20
Bảng 2. Các tính chất của một số phức kim loại – PAN............................................29
Bảng 3. Đặc trưng phổ hấp thụ Cu(II) - PAN, Zn(II) – PAN, Co(II) – PAN..............43
Bảng 4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hình thành các phức.................43
Bảng 5. Ảnh hưởng của nồng độ đệm citrat đến sự hình thành các phức...................44
Bảng 6: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ của đệm axetat.................45
Bảng 7. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Triton X–100 đến sự hình thành phức....45
Bảng 8: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thuốc thử PAN..........................................46
Bảng 9: Kết quả sự phụ thuộc của A vào nồng độ Cu(II)...........................................48
Bảng 11: Kết quả đo độ hấp thụ quang của 12 mẫu trắng..........................................50
Bảng 12: Độ hấp thụ quang của phức Cu(II)-PAN ở 3 nồng độ khác nhau................51
Bảng 13:Kết quả đánh giá phương pháp xác định Cu(II)...........................................51
Bảng 14: Kết quả sự phụ thuộc của A vào nồng độ Zn(II).........................................51
Bảng 15: Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định Zn(II)..........................................52
Bảng 16: Kết quả đo độ hấp thụ quang của 12 mẫu trắng..........................................53
Bảng 17: Độ hấp thụ quang của phức Zn-PAN ở 3 nồng độ khác nhau.....................54
Bảng 18: Kết quả đánh giá phương pháp xác định Zn(II)...........................................54
Bảng 19: Kết quả sự phụ thuộc của A vào nồng độ Co(II).........................................54
Bảng 20: Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định Co(II)........................................55
Bảng 21: Kết quả đo độ hấp thụ quang của 12 mẫu trắng..........................................56
Bảng 22: Độ hấp thụ quang của phức Co-PAN ở 3 nồng độ khác nhau.....................57
Bảng 23:Kết quả đánh giá phương pháp xác định Co(II)...........................................57
Bảng 24 : Ảnh hưởng của Mn(II) đến độ hấp thụ quang trong đệm axetat................58
Bảng 25 : Ảnh hưởng của Mn(II) đến độ hấp thụ quang trong hỗn hợp đệm...........58
Bảng 26 : Ảnh hưởng của Fe(II) đến độ hấp thụ quang trong đệm axetat.................59
Bảng 27 : Ảnh hưởng của Fe(II) đến độ hấp thụ quang trong hỗn hợp đệm ............59
Bảng 28 : Ảnh hưởng của Fe(III) đến độ hấp thụ quang trong đệm axetat................60
Bảng 29 : Ảnh hưởng của Fe(III) đến độ hấp thụ quang trong hỗn hợp đệm ...........60
Bảng 30. Hiệu suất thu hồi theo phương pháp tách dựa vào đường chuẩn.................63
4
Bảng 31:Nồng độ thêm chuẩn....................................................................................63
Bảng 32: Hiệu suất thu hồi theo phương pháp tách dựa vào đường thêm chuẩn........64
Bảng 33: Độ hấp thụ quang của từng ion và của hỗn hợp trên toàn phổ ...................64
Bảng 34: Sai số giữa nồng độ mẫu chuẩn và nồng độ xác định được từ phương pháp
CLS..............................................................................................................................68
Bảng 35: Sai số giữa nồng độ mẫu chuẩn và nồng độ xác định được từ phương pháp
ILS ..............................................................................................................................70
Bảng 36: Sai số giữa nồng độ mẫu chuẩn và nồng độ xác định được từ phương pháp
PLS..............................................................................................................................72
Bảng 37: Sai số giữa nồng độ mẫu chuẩn và nồng độ xác định được từ phương pháp
PCR.............................................................................................................................74
Bảng 38: Hàm lượng Cu(II), Zn(II), Co(II) trên nhãn một số mẫu phân vi lượng......75
Bảng 39: Hàm lượng Cu(II), Zn(II), Co(II) trong mẫu đo bằng phương pháp AAS. .76
Bảng 40: Xác định đồng thời hàm lượng Cu(II), Zn(II), Co(II).................................76
Bảng 41: Hàm lượng Cu(II), Zn(II), Co(II) trong mẫu đo bằng phương pháp tách...77
Bảng 42 : Hàm lượng trung bình của các ion ............................................................77
Bảng 43: Kết quả phân tích hàm lượng Cu(II) (ppm).................................................78
Bảng 44: Kết quả phân tích hàm lượng Zn(II) (ppm).................................................78
Bảng 45: Kết quả phân tích hàm lượng Co(II) (ppm).................................................78
5
Danh mục hình
Hình 1. Đặc trưng của phổ hấp thụ các phức màu trong môi trường Tween 80.........41
Hình 2. Đặc trưng của phổ hấp thụ các phức trong môi trường Triton X-100............42
Hình 3. Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của các phức màu ......................44
Hình 4. Ảnh hưởng của nồng độ Triton X- 100 đến độ hấp thụ quang của các phức 46
Hình 5: Ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử đến độ hấp thụ quang của các phức ....47
Hình 6,7,8: Khảo sát độ bền của các phức màu theo thời gian.................................48
Hình 9: Khảo sát khoảng tuyến tính xác định Cu(II)..................................................49
Hình 10: Đường chuẩn xác định Cu(II)......................................................................50
Hình 11: Khảo sát khoảng tuyến tính xác định Zn(II).................................................52
Hình 12: Đường chuẩn xác định Zn(II).......................................................................53
Hình 13: Khảo sát khoảng tuyến tính xác định Co(II)................................................55
Hình 14: Đường chuẩn xác định Co(II)......................................................................56
Hình 15: Phổ hấp thụ của các phức Cu-PAN, Zn -PAN, Co-PAN và phổ hỗn hợp của
3 phức theo lý thuyết và theo thực tế..........................................................................62
6
MỞ ĐẦU
Các nguyên tố đồng, kẽm, coban có vai trò quan trọng trong đời sống con
người, các ngành công nghiệp, và sự sinh tồn của động thực vật nói chung. Chúng là
các nguyên tố vi lượng có tác dụng thúc đẩy sự phát triển của sinh vật. Đối với thực
vật, việc nâng cao năng suất, phát triển chất lượng giống cây trồng là điều thiết yếu
và thường được thực hiện bằng việc bổ sung phân vi lượng trong các giai đoạn phát
triển của chúng. Sự thiếu hụt cũng như vượt quá ngưỡng cho phép của hàm lượng các
nguyên tố này đều gây ra những tác hại không nhỏ. Vì vậy, việc xác định các nguyên
tố trên là rất cần thiết.
Để phân tích, xác định hàm lượng các nguyên tố nhất là khi chúng cùng có mặt
trong mẫu phân tích và hàm lượng thấp là vấn đề khó khăn. Có nhiều phương pháp
xác định các nguyên tố vi lượng như điện hoá, phương pháp quang phổ phát xạ AES,
ICP- AES, phương pháp huỳnh quang, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS...có
độ chọn lọc, độ nhạy cao, cho kết quả phân tích tốt nhưng đòi hỏi trang thiết bị giá
thành lớn và kỹ thuật phân tích cao.
Phương pháp quang phân tử với trang bị phổ biến, độ chọn lọc thích hợp, kĩ
thuật tiến hành đơn giản, kết hợp với phương pháp tách sắc kí, chiết đạt đến độ nhạy
cao. Việc phân tích các nguyên tố chuyển tiếp nói chung và ba nguyên tố đồng, kẽm,
coban nói riêng đều có những thuốc thử đặc trưng nhưng tốn thời gian, sử dụng dung
môi độc. Để khắc phục điều đó, việc sử dụng môi trường mixen trong phép đo trắc
quang là một bước tiến không nhỏ, làm giảm thiểu công đoạn chiết, tách. Đặc biệt,
phương pháp đo trắc quang sử dụng môi trường mixen, thuốc thử thông dụng kết hợp
với thuật toán hồi qui đa biến đem lại hiệu quả tốt trong việc xác định đồng thời các
nguyên tố.
Trong công trình nghiên cứu này, chúng tôi đã lựa chọn phương pháp đo
quang với thuốc thử 1- (2-pyridilazo )- 2- naphtol (PAN) trong môi trường mixen
nhằm xác định riêng rẽ từng nguyên tố và kết hợp với thuật toán hồi qui đa biến
tuyến tính để xác định đồng thời Cu(II), Zn(II), Co(II). Những kết quả đó được ứng
dụng để phân tích Cu(II), Zn(II), Co(II) trong các mẫu phân vi lượng, đặc biệt là phân
bón lá và so sánh với phép đo AAS.
7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Vai trò và đặc tính phân tích của đồng, kẽm, coban
1.1.1. Vai trò của đồng, kẽm, coban đối với sự phát triển của sinh vật
Các nguyên tố vi lượng, tuy có không nhiều trong cơ thể nhưng lại đóng một
vai trò hết sức quan trọng đối với sự sống, chẳng hạn như hỗ trợ các phản ứng hóa
học trong cơ thể; giúp cơ thể sử dụng chất đạm, mỡ và đường; làm vững chắc xương
và điều khiển thần kinh, cơ; điều hòa hoạt động của cơ thể, tương tác với các chất
khác như các vitamin. Hầu hết trong số chúng được đưa vào cơ thể đều đặn cùng với
thức ăn. Hàng ngày, người trưởng thành đưa vào cơ thể từ vài trăm µg (Se, As...) đến
vài mg (Fe, I....). Khi thiếu hụt nguyên tố vi lượng có thể dẫn đến các biểu hiện bệnh
lý, hay các sự bất ổn cho cơ thể chúng ta. Việc bổ sung định kỳ có kiểm soát các
nguyên tố vi lượng là rất có ích cho sức khỏe và giúp ngăn ngừa một số bệnh tật
Đối với thực vật, có khoảng 74 nguyên tố trong đó có 14 nguyên tố đa lượng
(chiếm 99,95%) và 60 nguyên tố vi lượng và siêu vi lượng (0,05%) nhưng vẫn có vai
trò quan trọng. Vi lượng là cơ sở của sự sống vì hầu hết các quá trình tổng hợp và
chuyển hóa là nhờ enzym mà thành phần của enzym chủ yếu là các nguyên tố vi
lượng. Hiện nay, có khoảng 1000 enzym và 1/3 được hoạt hóa bằng kim loại. Các
nguyên tố tồn tại nhiều dạng khác nhau, chủ yếu gồm B, Mn, Zn, Cu, Fe, Mo,
Co....đã được tìm thấy dưới dạng các phức hữu cơ – khoáng. Các phức hữu cơ –
khoáng này có những tính chất cơ bản về mặt hóa học như: tính chất của các phức
chất khác biệt với tính chất của các thành phần cấu tạo nên nó, phức chất có thể tham
gia vào các phản ứng mà thành phần không có. Cây cần một lượng ít phân vi lượng
nhưng đó là những vi chất thiết yếu, nếu thiếu sẽ ảnh hưởng đến năng suất.
Với mọi sinh vật, không thể phủ nhận vai trò của các nguyên tố vi lượng nói
chung và các nguyên tố đồng, kẽm, coban nói riêng.
Đồng tác động đến nhiều chức năng cơ bản và là một phần cấu thành nên các
enzym quan trọng trong cơ thể. Nó tham gia vào các hoạt động như sản xuất hồng
cầu, sinh tổng hợp elastin và myelin, tổng hợp nhiều hoormon (catecholamin, tuyến
giáp, corticoid...), tổng hợp nhiều sắc tố, chuyển hóa sắt và lipit... Do vậy, đồng là
8
một chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể con người với một hàm lượng rất nhỏ (80 –
99,4 mg trong cơ thể người trưởng thành). Tiêu chuẩn RDA của Mỹ về đồng đối với
người lớn khỏe mạnh là 0.9mg/ngày. Đồng với hàm lượng không thích hợp sẽ gây ra
ảnh hưởng tiêu cực đối với con người. Sự thiếu hụt đồng thường dẫn đến thiếu máu
đối với trẻ nhỏ, mất sắc tố ở lông tóc... Khi hàm lượng đồng vượt có thể gây ra rối
loạn dạ dày, những bệnh về gan, thận và phổi. Mức cao nhất có thể chịu được về
đồng theo DRI trong chế độ ăn uống đối với người lớn theo mọi nguồn đều là 10
mg/ngày.
Đối với thực vật thì đồng (hàm lượng 5 – 20 ppm) - nguyên tố rất đặc biệt về
mặt sinh vật học ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển sản
lượng của cây. Đồng là chất xúc tác của những quá trình oxi hoá nội bào; thành phần
của men cytochrome oxydase và thành phần của nhiều enzim – ascorbic, axit axidase,
phenolase, lactase; xúc tiến quá trình hình thành vitamin A; cần thiết cho sự hình
thành diệp lục và làm xúc tác cho một số phản ứng khác trong cây, nhưng thường
không tham gia vào thành phần của chúng. Cây muốn phát triển bình thường, đều cần
phải có một ít đồng, cây hấp thụ đồng dưới dạng Cu(II), nhiều loại cây rau biểu hiện
thiếu đồng với lá thiếu sức trương, rủ xuống và có mầu xanh, chuyển sang quầng
mầu da trời tối trước khi trở nên bạc lá, biến cong và cây không ra hoa được. Lượng
đồng thiếu hụt có thể được bổ sung dễ dàng trong một thời gian dài bằng cách bón
đồng sunfat hay đồng oxit.và nếu dùng những hợp chất của đồng để bón cho đất (đặc
biệt là đất bùn lầy) thì thu hoạch thường tăng lên rất cao. Chelat hay đồng sunfat
trung tính (25% đồng) rất phù hợp cho việc bón lá.
Kẽm là nguyên tố không thể thiếu trong đời sống của động thực vật. Nó đứng
thứ hai sau sắt trong các nguyên tố cần thiết với tổng lượng kẽm là 2 – 3 g với người
trưởng thành. Kẽm là nguyên tố vi lượng có trong nhiều enzym quan trọng, nhất là
enzym tham gia tổng hợp ARN, protein, kích thích tố sinh trưởng (auxin); cần thiết
cho thị lực, giúp cơ thể chống lại bệnh tật. Nhu cầu về kẽm hàng ngày khoảng 10 -15
mg đối với người trưởng thành. Việc thu nạp quá nhiều kẽm của cơ thể có thể sinh ra
sự thiếu hụt của các khoáng chất khác trong dinh dưỡng. Sự thiếu hụt kẽm để lại
những hiệu ứng rõ nét trong việc tăng trọng của động vật, gây ra các dị tật ở mặt,
9
xương, tim, não, gây ra sự hoạt động không bình thường của các cơ quan thị giác, vị
giác, khứu giác và trí nhớ.
Trong thực vật, kẽm (hàm lượng 25 – 150 ppm) được hấp thụ dưới dạng Zn(II)
được coi như là một trong các nguyên tố vi lượng đầu tiên cần thiết cho cây trồng,
liên quan đến tổng hợp và hoạt hóa enzym, là thành phần của các auxin (có tác dụng
điều hòa sinh trưởng), cần thiết cho việc sản xuất ra chất Diệp lục và các
Hydratcarbon, làm tăng tốc độ trao đổi chất của cây. Tuy chỉ được sử dụng với liều
lượng rất nhỏ nhưng để có năng suất cao không thể không có kẽm. Kẽm cũng không
được vận chuyển sử dụng lại trong cây nên biểu hiện thiếu thường xảy ra ở những lá
non và bộ phân khác của cây, chức năng tế bào của cây bị suy yếu. Kẽm thường được
bón cho cây bằng cách phun lên lá dung dịch ZnSO
4
(23% Zn) hay dùng Zn - EDTA
bón trực tiếp cho đất. Việc bổ sung kẽm còn giúp tăng cường khả năng sử dụng lân
và đạm
Coban có nhiều vai trò quan trọng trong cơ thể như kích thích tạo máu, kích
thích tổng hợp protein cơ, tham gia chuyển hoá gluxit, chuyển hoá các chất vô cơ.
Coban có tác dụng hoạt hoá một số enzim và ức chế một số enzim khác. Coban tham
gia vào quá trình tạo vitamin cobalamin - B
12
(C
36
H
88
O
24
N
14
PCo). Coban kết hợp với
Mangan có tác dụng rất tốt đối với các triệu chứng đau nửa đầu. Cơ thể thiếu Coban
có những biểu hiện đầu tiên là cảm giác mệt mỏi, thiếu tập trung và thiếu máu. Coban
không độc như hầu hết các hầu hết các kim loại nặng vì theo những nghiên cứu mới
đây tại Mỹ thì không có sự liên hệ giữa coban trong nước và bệnh ung thư ở người.
Tuy nhiên, với hàm lượng lớn coban sẽ gây tác động xấu đến cơ thể người và động
vật. Triệu trứng nhiễm độc coban ở người là nôn mửa, tiêu chảy… . Thực tế lượng
coban mà con người hấp thụ hàng ngày từ nước nhỏ hơn từ thực phẩm.
Cũng như ở động vật, trong thực vật, coban là thành phần trung tâm của vitamin
cobalamin (vitamin B
12
). Hoạt tính xúc tác của carbonxylase được gia tăng khi có mặt
Mg hoặc Mn, Co. Coban cần cho việc ra hoa, quả, chống sâu bệnh, nắng nóng, ảnh
hưởng tốt đến độ bền vững của chlorophyll, tác dụng tốt đến tổng hợp carotenoid, tia
gamma phát ra từ
60
Co hiện đang được sử dụng để diệt vi khuẩn và tăng sức đề kháng
trên rau quả. Sự có mặt của coban rất cần thiết trong quá trình lên men, trao đổi chất
10
và có ý nghĩa đối với cố định nitơ phân tử bằng con đường sinh học. Co chứa trong
thành phần của nhiều alumosilicat. Hàm lượng của Co trong đất nhỏ hơn Mn, Zn, Cu.
Đất hình thành trên đá bazơ giàu Co hơn trên đá axit. Co tồn tại trong đất chủ yếu ở
dạng muối của Co
2+
và dạng Co
2+
hấp phụ trao đổi. Ở điều kiện phản ứng của đất là
trung tính và kiềm thì tính linh động và độ dễ tiêu của Co giảm.
Các ion chuyển tiếp Zn
2+
, Cu
2+
, Co
3+
,Mn
2+
…làm thay đổi tính thấm màng tế
bào, pH tế bào chất của vi khuẩn, nấm làm chúng tự chết. Do vậy khi cung cấp chất
cho cây chúng ta cần rất chú ý đến tất cả các chất, mặt dù có các chất chỉ ở dạng vi
lượng hay vết nhưng ảnh hưởng thực sự của chúng lên quá trình sinh trưởng cũng
giống như các vitanmin lên cơ thể động vật. Muối của các nguyên tố vi lượng thường
không tan trong nước hoặc ít tan, phân tử chúng cồng kềnh do đó cây khó hấp thu dù
ở trong tự nhiên, việc đưa chúng vào cây qua thẩm thấu càng khó hơn. Tuy nhiên, do
các nguyên tố vi lượng đa số là kim loại nặng hay kim loại chuyển tiếp nên dễ tạo
phức và chúng theo phức chất thấm vào cây, giúp cây dễ hấp thu vi lượng hơn và còn
cải thiện sự hấp thu các nguyên tố đa lượng (Mg, Ca, S, Fe...) [7],[15], [16], [17],
[24],[24], [46].
1.1.2. Đặc tính phân tích của đồng, kẽm, coban
1.1.2.1. Đặc tính phân tích của đồng
Đồng là một kim loại nặng thuộc nhóm IB, chu kỳ 4, ô thứ 29 trong bảng tuần
hoàn các nguyên tố hóa học và có cấu hình electrodn là 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
10
4s
1
.
Đồng có ba mức oxi hóa: Cu, Cu(I), Cu(II).
Đồng kim loại
Cu kim loại thể hiện tính khử, bền với oxi, chủ yếu tác dụng với lưu huỳnh, chỉ
tan được trong môi trường axit có tính oxi hóa, trong dung dịch NH
3
có mặt oxi.
Đối với các halogen, đồng phản ứng rất dễ dàng tạo thành các halogenua.
Đồng có thể tan trong dung dịch amoniac khi có mặt của O
2
không khí.
2Cu + 8NH
3
+O
2
+H
2
O → 2[Cu(NH
3
)
4
](OH)
2
Ngoài ra, đồng dễ tạo nên hợp kim với các kim loại khác, dễ tạo hỗn hống với
thuỷ ngân và tạo nên nhiều phức chất.
Hợp chất của Cu(I)
11
Hợp chất của Cu(I) có cả tính oxi hóa và tính khử.
Tuy có cấu hình d10 nhưng ở trong nước muối Cu(I) tự phân huỷ:
2Cu
+

→
¬ 
Cu + Cu
2+
E
0
= + 0,38 V
Các hợp chất Cu(I) dễ bị oxy hóa (ngay cả bởi oxy không khí) chuyển thành
dẫn xuất bền của Cu(II):
2Cu
2
Cl
2
+ O
2
+ 4HCl  4CuCl
2
+ 2H
2
O
Vậy, hợp chất Cu(I) không bền, chỉ tồn tại trong dung dịch nước dưới điều kiện
nhất định, ví dụ CuCl tan ít trong nước lạnh nhưng phân huỷ trong nước nóng. Tuy
nhiên, ở trong nước, Cu(I) được làm bền khi tạo thành kết tủa ít tan như CuI, CuCN
hoặc ion phức tương đối bền như [Cu(NH
3
)
2
]
+
, [CuX
2
]
-
(trong đó X = Cl
-
, Br
-
, I
-
,
CN
-
). Một nguyên nhân quan trọng của sự làm bền đó là khả năng nhận π của những
anion I
-
và CN
-
. Khi có mặt những anion này ở trong dung dịch, những cân bằng trên
sẽ chuyển dịch sang phía tạo thành Cu(I).
Các halogen Cu
2
X
2
không tan trong nước và axit nhưng lại tan khá nhiều (đặc
biệt khi đun nóng) trong dung dịch đậm đặc của các axit hiđrohalogenua và dung dịch
NH
3
nhờ tạo thành phức chất:
Cu
2
Cl
2
+ 2HCl  2H[CuCl
2
]
Cu
2
Cl
2
+ 4NH
3
 2[Cu(NH
3
)
2
]Cl
Hợp chất của Cu(II)
Trạng thái oxy hóa +2 là rất đặc trưng đối với đồng. Các hợp chất Cu(II) nói
chung đều bền hơn các dẫn xuất cùng kiểu của Cu(I).
Dễ tạo thành Cu(OH)
2
, khi OH
-
vừa đủ, tạo được kết tủa Cu(OH)
2
. Khi dư OH
-
,
tạo thành CuO

2-
(Cuprit). Khi nung nóng, Cu(OH)
2
chuyển thành CuO:
Cu(OH)
2

0
50 80 C−
→
CuO + H
2
O
Cu(OH)
2
còn thể hiện tính chất axit yếu.
Cu(II) oxit (CuO) là chất bột màu đen nóng chảy ở 1026
o
C và trên nhiệt độ đó
mất bớt oxy biến thành Cu
2
O. CuO không tan trong nước nhưng tan dễ dàng trong
dung dịch axit tạo thành muối Cu(II):
CuO + 2HCl  CuCl
2
+ 2H
2
O
12
Khi đun nóng với dung dịch SnCl
2
, FeCl
2
, CuO bị khử thành muối Cu(I):
2CuO + SnCl
2
 2CuCl + SnO
2
3CuO + 2FeCl
2
 2CuCl + CuCl
2
+ Fe
2
O
3
Cu(II) hiđroxit Cu(OH)
2
là kết tủa bông màu lam, dễ mất nước biến thành oxit
khi đun nóng. Cu(OH)
2
không tan trong nước nhưng tan dễ dàng trong dung dịch axit,
và chỉ tan trong dung dịch kiềm 40% khi đun nóng:
Cu(OH)
2
+ 2NaOH  Na
2
[Cu(OH)
4
]
Cu(OH)
2
+ 4NH
3
 [Cu(NH
3
)
4
](OH)
2
Đa số muối Cu(II) dễ tan trong nước, bị thủy phân và khi kết tinh từ dung dịch
thường ở dạng hiđrat. Muối tan tốt nhất là muối Cu(II) với các anion NO
3
-
, SO
4
2-
, Cl
-
.
Cu(II) có ái lực đối mạnh với sunphua.
Khi gặp các chất khử, muối Cu(II) có thể chuyển thành muối Cu(I) hoặc thành
Cu kim loại. Do tính chất oxi hoá mà Cu có thể được tách bằng phương pháp điện
hoá qua quá trình điện phân làm giàu.
Do cấu hình electron như trên nên Cu(II) có nhiều khả năng tạo phức với các
phối tử vô cơ và hữu cơ với số phối trí bằng 4. Cu(II) không tạo phức clorua.
CuO tan dễ dàng trong dung dịch NH
3
tạo thành phức chất amoniacat:
CuO + 4NH
3
+ 2H
2
O  [Cu(NH
3
)
4
](OH)
2
Cu(OH)
2
tan dễ dàng trong dung dịch NH
3
đặc:
Cu(OH)
2
+ 4NH
3
 [Cu(NH
3
)
4
](OH)
2
Muối Cu(II) có khả năng phản ứng với feroxianat Fe(CN)
2
tạo thành kết tủa đỏ
nâu Cu
2
Fe(CN)
6
. Trong dung dịch amoniac, Cu(II) phản ứng mãnh liệt với các phân
tử NH
3
tạo thành ion phức Cu(NH
3
)
4
2+
có màu xanh lam. Nó cũng tạo phức với một
số tác nhân hữu cơ như 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol, 8-hiđroxylquinolin, α-benzoin
oxim (C
6
H
5
CH(OH)C(NOH)C
6
H
5
), natriđietyldithiocacbamat, đithizon,… Những
phức này cho phép xác định đồng bằng phương pháp khối lượng, thể tích hay trắc
quang. [9], [14].
1.1.2.2. Đặc tính phân tích của kẽm [3]
Kẽm là một kim loại nặng thuộc nhóm IIB, chu kỳ 4, ô thứ 30 trong bảng tuần
hoàn các nguyên tố hóa học và có cấu hình electron là 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
10
4s
2
.
13
Kẽm có hai mức oxi hóa: Zn, Zn(II).
Kẽm kim loại
Kẽm là kim loại có tính khử mạnh, do cấu hình nên có 2 mức oxi hóa và có tính
lưỡng tính ở cả hai dạng.
Trong không khí, kẽm bị một lớp màng mỏng oxit hoặc cacbonat bazơ bao phủ
ngăn cản nó không bị oxi hoá tiếp tục. Ở nhiệt độ thường, Zn bền với không khí ẩm
và nước do có một lớp màng bảo vệ. Đó là lớp hyđroxit tạo thành màng trên bề mặt
kẽm.
2Zn + 2H
2
O + O
2
→ 2Zn(OH)
2
Do có thế điện cực khá âm, Zn tác dụng dễ dàng với các loại axit:
Zn + 2H
3
O
+
+ 2H
2
O → [Zn(H
2
O)
4
]
2+
+ H
2
Kẽm có tính khử mạnh nên có thể khử HNO
3
rất loãng đến ion amoni:
4Zn + 10HNO
3
→ 4Zn(NO
3
)
2
+ NH
4
NO
3
+ 3H
2
O
Kẽm có thể tan dễ dàng trong dung dịch kiềm giải phóng H
2
như nhôm:
Zn + 2H
2
O + 2OH
-
→ [Zn(OH)
4
]
2-
+ H
2
Kẽm có thể phản ứng dễ dàng với các á kim: Cl
2
, S, C…
Kẽm tan không chỉ trong dung dịch kiềm mạnh mà cả trong dung dịch NH
3
Zn + 4NH
3
+ 2H
2
O → [Zn(NH
3
)
4
](OH)
2
+ H
2
Hợp chất của Zn(II)
Kẽm oxit (ZnO) là chất bột xốp, màu trắng, hoá vàng khi đun nóng. Khi làm
lạnh lại có màu trắng. ZnO là chất khó nóng chảy (t
0
nc = 1950
0
C), có thể thăng hoa,
không phân huỷ khi nung nóng. Hơi của ZnO rất độc, ZnO không tan trong nước, tan
trong dung dịch axit, dung dịch kiềm:
ZnO + 2KOH (nóng chảy) → K
2
ZnO
2
+ H
2
O
Kẽm hyđroxit Zn(OH)
2
: là kết tủa nhầy, rất ít tan trong nước và có màu trắng.
Là chất lưỡng tính điển hình, tan trong dung dịch axit tạo thành muối Zn(II) và tan
trong dung dịch kiềm tạo thành phức chất hyđroxozincat.
Tính lưỡng tính đó của hyđroxit cộng với thế điện cực khá âm của kim loại giải
thích tính dễ tan của Zn trong dung dịch kiềm giải phóng khí hyđro.
Zn(II) tạo phức với nhiều thuốc thử hữu cơ.
14
Zn(II) tạo phức clorua [ZnCl
4
]
2-
trong môi trường HCl 2M.
Kẽm hyđroxit tan trong dung dịch NH
3
tạo thành amoniacat:
Zn(OH)
2
+ 4NH
3
+ 2H
2
O → [Zn(NH
3
)
4
](OH)
2
Kẽm sunfat (ZnSO
4
) tách ra từ dung dịch nước dưới dạng tinh thể hyđrat có
thành phần ZnSO
4
.7H
2
O và dạng như vậy gọi là cuporot kẽm. Nó được dùng trong
công nghệ in hoa và nhuộm, mạ kẽm bằng điện phân.
Kẽm clorua (ZnCl
2
) khó điều chế ở trạng thái khác nhau. Nó thường chứa 5%
nước và clorua bazơ. Dung dịch ZnCl
2
có thể tẩy oxit khỏi bề mặt kim loại khi hàn.
Amoni tetraclorozincat (NH
4
) [ZnCl
4
] cũng được sử dụng cho mục đích này khi hàn.
Kẽm sunfua (ZnS) là một trong ít sunfua có màu trắng, ZnS được điều chế khi
cho sunfua kim loại kiềm hoặc khí H
2
S tác dụng với muối kẽm:
Zn
2+
+ S
2-
→ ZnS ↓.
ZnS hình thành ở pH = 2 và không tan trong S
2-
dư. [9], [14].
1.1.2.3. Đặc tính phân tích của coban [3]
Coban là một kim loại nặng thuộc nhóm VIIIB, chu kỳ 4, ô thứ 27 trong bảng
tuần hoàn các nguyên tố hóa học và có cấu hình electron là 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
7
4s
2
.
Coban có các mức oxi hóa: Co, Co(II), Co(III)...
Coban đơn chất
Ở nhiệt độ thường, coban tương đối bền không bị tấn công bởi oxi và nước do
có màng oxit bảo vệ. Ở nhiệt độ cao, nó tác dụng với hầu hết các á kim. Coban rất
đặc trưng với mức oxi hoá +2 trong các hợp chất.
Trong môi trường kiềm, muối coban tạo kết tủa màu xanh lam
CoCl
2
+ OH
-
 CoOHCl
-
+ Cl
-
Kết tủa này sau đó chuyển thành Co(OH)
2
màu hồng.
Coban tan rất nhanh trong axit HCl, HNO
3
, H
2
SO
4
hoặc axit pecloric nhưng chỉ
tan rất chậm trong axit HF giải phóng ra khí H
2
.
Coban kim loại có tính khử, kết hợp với halogen (X) hoặc dung dịch HX tạo ra
các đihalogenua:
Co + Br
2
 CoBr
2
15
Coban tạo phức chất với NH
3
trong dung dịch NH
3
. Phức chất tạo thành có màu
vàng nhạt [Co(NH
3
)
6
]
2+
Co
2+
+ 6NH
3
[Co(NH
3
)
6
]
2+
Sau đó phức chất bị oxi hoá trong không khí tạo thành phức chất màu nâu đỏ.
[Co(NH
3
)
6
]
2+
+ O
2
+ 2H
2
O  4[Co(NH
3
)
6
]
3+
+4OH
-
Co(II) cũng tạo phức chất với CN
-
, nhưng phức chất có độ bền kém hơn. Ngoài
ra, coban còn tạo phức chất với nhiều thuốc thử hữu cơ như dimetylglyoxim,
diphenylglyoxi, 1-nitrozo-2-naphol....Các phức chất này được sử dụng để phân tích
coban cho độ nhạy cao.
Hợp chất của Co(II)
Coban oxit- CoO và coban hidroxit- Co(OH)
2
đều có tính lưỡng tính yếu, không
tan trong nước, dễ tan trong axit tạo muối tương ứng, tan trong dung dịch kiềm mạnh,
đặc nóng tạo nên dung dịch màu xanh lam chứa ion [Co(OH)
4
]
2-
.
Các muối coban như: clorua, nitrat, sunfat đều dễ tan trong nước. Muối hidrat
coban là những tinh thể màu hồng, muối khan có màu xanh. Dung dịch muối coban
trong nước có màu hồng vì phức [Co(H
2
O)
6
]
2+
, nhưng khi cô cạn hay thêm chất hidrat
hoá (HCl đặc, rượu...) thì chuyển sang màu xanh.
Muối đơn giản của coban đều không bền, nó chỉ tồn tại ở dạng muối phức:
K
3
[Co(NO
2
)
6
], K
3
[Co(CN)
6
]…
Các muối coban trong dung dịch đều bị thuỷ phân nên dung dịch nước các muối
đều có phản ứng axit yếu.
Muối coban(II) ở dạng khan có màu khác với muối ở dạng tinh thể hidrat, ví dụ
CoBr
2
màu lục, CoBr
2
.6H
2
O có màu đỏ. Muối của axit mạnh như clorua, nitrat, sunfat
tan dễ trong nước còn muối của axit yếu như sunfua, cacbonat, oxatat khó tan. Khi
tan trong nước, các muối đều cho ion bát diện [Co(H
2
O)
6
]
2+
màu lục.
Co(OH)
2
là kết tủa không nhầy, không tan trong nước, có kiến trúc lớp.
Co(OH)
2
màu hồng, trong không khí chuyển chậm thành Co(OH)
3
màu nâu.
4Co(OH)
2
+ O
2
+ 2H
2
O  4Co(OH)
3
Co(OH)
2
tan được trong dung dịch kiềm mạnh, đặc nóng.
16
Co(II) tạo phức clorua [CoCl
4
]
2-
trong môi trường HCl 4 – 9M.
Co(OH)
2
tan trong dung dịch NH
3
tạo thành phức chất :
Co(OH)
2
+ 6NH
3
→ [Co(NH
3
)
6
] (OH)
2
Các ion Co
2+
tạo nên nhiều phức chất bát diện với số phối trí 6.
Những ion phức bát diện như [Co(H
2
O)
6
]
2+
, [Co(NH
3
)
6
]
2+
, [CoF
6
]
4-
, [Co(CN)
6
]
4-
Những ion phức tứ diện như [CoCl
4
]
2-
, [CoBr
4
]
2-
, [CoI
4
]
2-
, [Co(H
2
O)
4
]
2-
,
[Co(SCN)
4
]
2-
...
Đa số phức tứ diện của Co(II) đều có dạng muối kép, chúng phân huỷ khi pha
loãng nước nên màu của dung dịch biến đổi:
[Co(SCN)
4
]
2-
+ 6H
2
O → [Co(H
2
O)
6
]
2+
+ 4SCN
-
Do vậy, nhận biết Co(II) trong dung dịch bằng cách cho Co(II) kết hợp
với SCN
-
tạo nên [Co(SCN)
4
]
2-
màu xanh lam và khi pha loãng nước, dung dịch màu
xanh lam trở lại màu đỏ hồng.
Ngoài ra, Co
2+
còn có khả năng tạo phức màu với nhiều thuốc thử hữu cơ như:
PAN, PAR, 2 – pyridyl hydrazone, 2 – benzoylpyricdine.
Các hợp chất ít tan của coban có giá trị trong phân tích là Co(OH)
2
, CoS,
Co
3
(PO
4
)
2
…đa số các muối này đều tan trong amoniac để tạo thành amoniacat.
CoS chỉ hình thành trong môi trường kiềm dù bền.
Hợp chất của Co(III)
Khi đun nóng trong dung dịch kiềm mạnh và đặc, Co(OH)
3
mới điều chế có thể
tan tạo thành hiđroxocobantat.
Co(OH)
3
+ 3KOH → K
3
[Co(OH)
6
]
Co(III) có tính oxi hoá.
Khi đun nóng, Co
2
O
3
có thể bị H
2
, Co, Al, Co...khử đến Co
3
O
4
, CoO, hay Co.
3Co
2
O
3
+ H
2
0
125 C
→
2Co
3
O
4
+ H
2
O
Co
2
O
3
là chất oxi hoá mạnh, không tan trong nước, tác dụng với axit clohiđric
giải phóng khí clo và tác dụng với axit sufuric giải phóng khí oxi.
Co
2
O
3
+ 6HCl → 2CoCl
2
+ Cl
2
+ 3H
2
O
Co(OH)
3
là kết tủa màu nâu, bền trong không khí, không tan trong nước. Khi
đun nóng nhẹ, biến thành Co
3
O
4
và CoO.
17
Co(OH)
3

0
150 C
→
CoOOH
0
250 C
→
Co
3
O
4
0
940 C
→
CoO
Co(III) tạo được rất nhiều phức chất và hầu hết chúng có cấu hình bát diện.
Phức chất Co(III) bền hơn phức chất Co(II). Phương pháp chung để điều chế phức
chất của ion Co(III) là oxi hoá muối Co(II) trong dung dịch bằng O
2
hoặc H
2
O
2
khi có
mặt chất xúc tác có hoạt tính bề mặt và phối tử.
2[Co(NH
3
)
6
]Cl
2
+ 2NH
4
Cl + H
2
O
2
→ 2[Co(NH
3
)
6
]Cl
3
+ 2NH
3
+ 2H
2
O
Trong kết tủa thu được, ngoài muối màu vàng của [Co(NH
3
)
6
]Cl
3
còn có một ít
kết tủa màu hồng của [Co(NH
3
)
5
H
2
O]Cl
3
và màu đỏ của [Co(NH
3
)
5
Cl]Cl
2
. Việc tạo
nên những phức chất với vài phối tử khác nhau trong cầu nội là một đặc điểm của ion
Co(III).[9], [14].
1.2. Một số phương pháp quang xác định Cu(II), Zn(II), Co(II)
Để xác định Cu(II), Zn(II), Co(II), có không ít những phương pháp phân tích:
Các phương pháp hoá học như phương pháp phân tích thể tích, phương pháp
oxi hoá - khử, phương pháp chuẩn độ complexon
Các phương pháp phân tích công cụ như các phương pháp phân tích điện hóa
( phương pháp cực phổ, phương pháp Von – ampe hoà tan, phương pháp Von – ampe
hoà tan hấp phụ) và các phương pháp quang (phương pháp quang phổ phát xạ nguyên
tử AES, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS, phương pháp ICP – AES, phương
pháp trắc quang).
Các phương pháp xác định các nguyên tố vi lượng như điện hoá, phương pháp
quang phổ phổ phát xạ AES, ICP AES, phương pháp huỳnh quang...có độ chọn lọc,
độ nhạy cao, cho kết quả phân tích tốt nhưng đòi hỏi trang thiết bị giá thành lớn và
kỹ thuật phân tích cao. Bên cạnh đó, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS và
trắc quang dễ tiến hành hơn với những trang thiết bị thông thường và cho kết quả có
độ chính xác khá cao, đó là các phương pháp phổ biến để xác định lượng vết. [14].
18
1.2.1. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS
Nguyên tắc chung của phương pháp này là dựa vào khả năng hấp thụ bức xạ
đặc trưng của các nguyên tử ở trạng thái hơi tự do. Đây là phương pháp có độ nhạy
và độ chọn lọc rất cao, được dùng rất rộng rãi để xác định lượng vết các kim loại.
Đồng, kẽm, coban được xác định bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử trong
ngọn lửa không khí– C
2
H
2
ở bước sóng hấp thụ lần lượt là 324,7nm; 219,3 nm và
240,7 nm.
Một số nghiên cứu cụ thể xác định Cu(II), Zn(II), Co(II) như sau:
Người ta sử dụng phương pháp hấp thụ nguyên tử để xác định đồng trong nước
sau khi đã làm giàu đồng bằng cách chiết hoặc dùng nhựa trao đổi ion. Có thể chiết
đồng bằng 5 – cloxalixyl – aldoxim. Xác định đồng trong ngọn lửa không khí -
axetilen.
Phương pháp AAS kết hợp với phương pháp chiết có thể xác định vi lượng Cu
và Zn trong dầu và mỡ ăn. Vết kim loại trong dầu mỡ với nồng độ thấp cũng có thể
làm hỏng hương vị và màu sắc. Công trình nghiên cứu thu hồi được tiến hành với dầu
đậu nành có hàm lượng kim loại thấp. Mẫu xử lý với dịch chiết (HCl 18% và EDTA
0,01%) axit HNO
3
đậm đặc. Qua các bước xử lý có thể thu hồi tới 96% Cu.
Đo kẽm ở vạch 219,3 nm; độ nhạy 0,01 µg/ml. Để nâng cao độ nhạy, cần làm
giàu kẽm trước khi đo phổ hấp thụ nguyên tử bằng cách chiết hoặc dung nhựa trao
đổi ion. Kẽm được chiết bằng dung dịch 1, 2 naphtoquinon thiosemicabazon trong
metylisobutylxeton. Từ pha hữu cơ ngoài, người ta xác định kẽm trong ngọn lửa C
2
H
2
– không khí. Giới hạn phát hiện trong pha hữu cơ là 8.10
-7
M. Để chiết cũng có thể
dùng pycolyandehit – salixyloyl hydrazon trong metylisobutylxeton và phun phần
chiết vào ngọn lửa C
2
H
2
– không khí.
Bằng phương pháp F-AAS, các tác giả Sibel Saracoglu, Umit Divrikli, Mustafa
Soylak và Latif Elci đã xây dựng một quy trình hoàn chỉnh để xác định các kim loại
Cu, Fe, Pb, Cd, Co, Ni trong các mẫu sữa và soda với hiệu suất hơn 95%. Ngoài ra
các tác giả Serife Tokalioglu, Senol Kartal và Latif Elci xác định lượng vết ion kim
loại trong nước sau khi làm giàu với độ lệch chuẩn trong vùng 0,8-2,9% và giới hạn
phát hiện 0,006-0,277ppm.
19
Các tác giả cũng đã ứng dụng phương pháp này để xác định đồng thời coban,
sắt và niken trong dung dịch chất điện ly của mangan. Bước sóng hấp thụ của coban,
sắt và niken tương ứng là 240,7; 248,3; và 232,0 nm. Ảnh hưởng của nền Mn
2+

lượng thích hợp MnSO
4
và (NH
4
)
2
SO
4
. Sai số tương đối của coban là 3,1%, hiệu suất
thu hồi đạt 97,6%. [3],[6].
1.2.2. Phương pháp phân tích trắc quang
1.2.2.1. Phương pháp phân tích trắc quang với các loại thuốc thử hữu cơ
Nguyên tắc chung của phương pháp này là dựa vào khả năng tạo phức màu của
các nguyên tố cần xác định với thuốc thử thích hợp và đo độ hấp thụ quang của phức
đó. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong các phương pháp phân
tích hoá lý. Bằng phương pháp này có thể định lượng nhanh chóng, đơn giản với độ
nhạy và độ chính xác khá cao, đáng tin cậy. [4].
Phương pháp trắc quang dùng thuốc thử dithizon: Dithizon phản ứng với Cu(II)
trong dung dịch axit vô cơ tạo thành phức màu đỏ tím. Trong axit HCl 1N hoặc
H
2
SO
4
, dithizon phản ứng với Cu
2+
, Au
2+
, Hg
2+
, Pd
2+
, Ag
+
. Bạc có thể bị loại trừ bởi
kết tủa với HCl. Bi
3+
phản ứng với dithizon ở pH = 2, còn Te(III) phản ứng khoảng
pH = 3 - 4, ion gây cản sẽ không gây cản trở trong axit đặc trừ khi chúng có lượng
lớn. Phương pháp này rất nhạy, có thể xác định khoảng 5μg Cu với dung môi chiết là
CCl
4
. Đo độ hấp thụ ánh sáng cuả dung dịch ở bước sóng λ = 535nm. [30]
Narinder Kumar Agnihotri, Vinay Kumar Singh, Har Bhajan Singh đã nghiên
cứu và tổng hợp tư liệu về sự hình thành phức của Cu(II) trong các loại thuốc thử hữu
cơ khác nhau và kết quả được tổng kết như sau:
Bảng 1. Sự hình thành phức Cu(II) trong một số thuốc thử hữu cơ
ST
T
Thuốc thử Môi trường/dung
môi
λmax
(nm)
ε(l/mol.cm)
Khoảng
tuyến tính
µg/ml
1 Dithizone CCl
4
550 4,52 0,4 – 2,0
2 Natri đietyl đithio
cacbamat
Axit axetic 430 1,89 --
3 Cuproine H
2
O - DMF 546 0,64 <10
4 Cuprizone 600 1,6 < 0,4
20
5 Bathocuperione n – hexanol 479 1,42 0,1 – 40
6 Neocuproine Isoamyl alcol/
n – hexanol
454 0,79 0,1 - 10
7 Zincon Zephiramine/CHCl
3
625 - 0,2 – 1,6
8 Đithiocacbamat CCl
4
436 1,49
9 4-(2-pyridylazo)-
resorcinol (PAR)
535 1,18 0,5 – 3,0
10 1-(2-pyridylazo )-
2- naphtol (PAN)
Etanol – nước 595 - 0,5 – 3,0
11 1-(2-pyridylazo )-
2- naphtol (PAN)
Triton X-100 555 5,21 0,08 –4,00
Các phức chất của Cu(II) thông thường được chiết nhờ các dung môi hữu cơ
(CCl
4
, CHCl
3
, isopentanol...). Những dung môi này không những độc mà còn gây ô
nhiễm môi trường. Dithizone là một trong số những tác nhân nhạy nhất không chỉ có
độ chọn lọc kém mà còn kém bền. Cuprizone được coi là tác nhân có độ nhạy quang
học cao hơn đối với Cu(II) nhưng có độ chọn lọc kém hơn tác nhân cuproine....đòi
hỏi phương pháp trao đổi ion. Sự lựa chọn dung môi phù hợp là rất quan trọng đối
với việc chiết tách phức kim loại với PAN. Cloroform được sử dụng rộng rãi. Việc
chiết thường không hoàn toàn với CCl
4
cũng như ete và benzen. Trong nghiên cứu
này, phản ứng tạo phức giữa PAN và Cu(II) với sự có mặt của chất hoạt động bề mặt
trung tính là Triton X-100 đã được khảo sát. Các điều kiện tối ưu đã được phát triển
để xác định lượng vết Cu(II). Độ nhạy và khoảng tuyến tính của phương pháp cải
tiến này đã được so sánh với các phương pháp đo quang thông thường. Đồng thời đối
chiếu, đánh giá tính phù hợp với phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS. [40]
Một số nghiên cứu khác cũng xác định Cu(II) bằng các loại thuốc thử hữu cơ
như dithizon natridiethyl dithiocacbamat, Alizarin đỏ S, dithizon, axit rubeanic,
natridiethyldithiocacbomat, 2,2’-biquinoline, cupferon...
Với thuốc thử Natridiethyl dithiocacbamat (NaDDC), phản ứng tạo phức trong
môi truờng axit loãng pH= 4 ÷ 11, phức Cu (II) với NaDDC, khó tan trong nước, tan
nhiều trong một số dung môi hữu cơ như tetrecloruacacbon, rượu amylic, clorofom.
Để xác định Cu bằng thuốc thử này, người ta tiến hành chiết trắc quang. Độ hấp thụ
ánh sáng phức CuDDC tại bước sóng 430nm. Trong phép đo này, Cu có thể bị ảnh
21
hưởng bởi Fe
3+
, Ni
2+
, Mn
2+
, Co
2+
,…. Do cũng tạo phức màu với thuốc thử NaDDC.
Có thể loại trừ ảnh hưởng của các ion này bằng cách thêm vào một lượng chất che
như amonixitrat, axit xitric, EDTA, kali natri tactrat…Dùng dimethylglyoxim để
khắc phục ảnh hưởng của Ni
2+
và Co
2+
. Loại trừ ảnh hưởng gay nên bởi lượng lớn
Fe
3+
và Mn
2+
bằng cách xử lý phần chiết tetraclorua cacbon với amoni loãng,
cupfferon, 2,2 - biquinolin phản ứng với Cu(I) tạo thành một phức dễ chiết bằng rượu
amylic. Đo độ hấp thụ quang ở bước sóng λ = 545nm. Thuốc thử này để phân tích Cu
trong khoáng vật hoặc quặng có chứa 0,001 đến 10% đã thu được kết quả tốt và
không bị ảnh hưởng.[29]
Ngoài ra, người ta cũng có thể xác định Cu
2+
bằng thuốc thử 2,9 – dimity - 4,7 –
diphenyl - 1,10 - phenantronlin disufonat, hiện nay được coi là một trong các phương
pháp tiêu chuẩn để xác định đồng trong nước. Phức của đồng với thuốc thử này có
màu da cam, tan trong nước. Phản ứng tạo phức vòng càng ở pH = 3,5 đến 11, tốt
nhất là ở pH = 4 - 5. Để đưa pH về 4,3 có thể dùng HCl và đệm citrat. Độ hấp thụ
quang của phức tại λ = 484nm. Xyanua, thiocyanat, pesunfat và EDTA là những ion
có thể gây ảnh hưởng đến phương pháp xác định. Phương pháp này cho phép phát
hiện nồng độ đồng tới 20 μg/l. [26]
Xác định kẽm bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử PAR ở pH = 8 trong
môi trường mixen trung tính là chất hoạt động bề mặt Triton X-100. Phức vòng càng
này cho cực đại hấp thụ ở 493 nm, hệ số hấp thụ mol phân tử của phức ε = 77728
l/mol.cm và độ nhạy Sandell tương ứng S = 0,84 ng/cm
2
. Khoảng tuyến tính của
Zn(II) là 0,18 – 2,0 µg/µl. Phương pháp này đã được ứng dụng thành công để xác
định Zn(II) trong mẫu thuốc nhỏ mắt và mẫu insulin với kết quả tốt. [41]
Shigeya Sato, Toshie Sato và Sumio Uchikaoa đã tổng hợp 2-(3,5 diclo-2
pyridylazo)-5-dimetylaminophenol (3,5-diCl-DMPAP) để xác định coban. Thuốc thử
3,5-diCl-DMPAP phản ứng với coban trong môi trường pH= 2,2 → 6,0, ở nhiệt độ
phòng tạo thành phức ML
2
tan trong nước, độ hấp thụ quang đạt cực đại ở bước sóng
λ
max
= 590 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam của phức ε = 8,4.10
4
(l/mol.cm). Ảnh
hưởng của các ion kim loại chuyển tiếp khác được loại trừ bằng phương pháp chiết
22
với dung môi 8- hidroxylquinolin. Phương pháp này được ứng dụng thành công xác
định coban trong các mẫu thép. [9]
Phương pháp trắc quang tuy kỹ thuật và phương tiện máy móc không quá phức
tạp, độ lặp lại của phép đo cao nhưng độ chính xác và độ nhạy không cao nên chỉ
được sử dụng khi hàm lượng đồng trong nước khá lớn hoặc được làm giàu trước khi
phân tích.
1.2.2.2. Phương pháp phân tích trắc quang với thuốc thử PAN
Diniz Maria Celeste Teixeira, Filho Orlando Fatibello và Rohwedder Jarbas
[14] đã làm giàu và xác định Cu bằng thuốc thử PAN như sau: dung môi được sử
dụng ở đây là MIBK, Cu(II) tạo phức với PAN và được chiết bằng MIBK. Nếu tỉ lệ
thể tích pha nước:pha hữu cơ = 2:1 thì khoảng tuyến tính của Cu là 100 – 1600ppb
với S
D
=2% (200ppb, n=5) và giới hạn phát hiện là 20ppb.(R=0,9995). Nếu tỉ lệ thể
tích là 10:1 thì khoảng tuyến tính của Cu là 25 – 500ppb (R=0,9994), giới hạn phát
hiện là 5,0ppb và S
D
=6% (50ppb, n=5)
Narinder Kumar Agnihotri, Vinay Kumar Singh, Har Bhajan Singh đã tiến hành
nghiên cứu xác định lượng vết Cu
2+
bằng phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử
PAN trong sự có mặt của chất hoạt động bề mặt trung tính là Triton X-100, hệ số hấp
thụ mol phân tử và độ nhạy ( S) của phức Cu
2+
- PAN ở bước sóng 555nm tương ứng
là 5,21.10
4
l.mol
-1
cm
-1
và 1,22 ng.cm
-2
. Giới hạn phát hiện của Cu
2+
là 4,0 ng .ml
-1

khoảng tuyến tính tuân theo định luật beer là 0,08 – 4,00 µg.ml
-1
Cu
2+
hàm lượng
đồng trong một số mẫu sinh học và các mẫu hợp kim tiêu chuẩn đã được tiến hành
xác định kết quả đạt được là rất phù hợp so với phương pháp AAS. [40]
Thanasarakhan Wish, Liawruangrath Saisunee, Wangkam Sunanta và
Liawruangrath Boonsom đã xác định Zn bằng phương pháp đo quang sử dụng thuốc
thử PAN để tạo phức với sự có mặt của Triton X-100. Phức Zn-PAN có màu hồng tại
pH=9,5 với bước sóng cực đại λ
max
= 553 nm. Khoảng tuyến tính là 0,1 – 1,0 ppb.
Giới hạn phát hiện LOD = 0,02 ppb, giới hạn định lượng LOQ = 0,06 ppb.
G.A.Shar and G.A.Soomro đã xác định Co(II), Ni(II), Cu(II) bằng 1-(2
pyridylazo)-2 naphthol trong môi trường mixen với chất hoạt động bề mặt Tween 80
(5%). Khoảng tuyến tính: Co(II) 0,5 – 4 (ppb), Ni(II) 0,5– 4 (ppb), Cu(II) 0,5 – 3
23
(ppb). Giới hạn phát hiện: Co(II) 6,7 (ppb), Ni(II) 3,2 (ppb), Cu(II) 3,9 (ppb). Cực đại
hấp thụ: Co(II) 580 (nm), Ni(II) 570 (nm), Cu(II) 555 (nm). pH xác định Co(II),
Ni(II), Cu(II) lần lượt là 5; 5,5 và 6,5. So sánh với phương pháp AAS: thấy không
khác biệt giữa 2 phương pháp (độ tin cậy 95%). Phương pháp được ứng dụng để xác
định Co, Ni, Cu trong nước thải công nghiệp, dược phẩm. [27], [33], [35], [36].
1.2.2.3. Phương pháp phân tích trắc quang trong môi trường mixen
Mixen là chất hoạt động bề mặt, tập hợp các phân tử (cỡ 100 – 1000 phân tử)
được sắp xếp trật tự, có độ nhạy cao với nhiều phép phân tích như phương pháp đo
quang UV-Vis, sắc kí lỏng bản mỏng, quang phổ hấp thụ nguyên tử. Mixen có tác
dụng làm tăng quá trình hòa tan của các chất và thường làm tăng độ hấp thụ phân tử
mol. [42], [45].
Các chất hoạt động bề mặt có thể được phân thành bốn loại dựa vào bản chất
của nhóm chức ưa nước và ion phân ly trong môi trường nước.
•Chất hoạt động bề mặt anion, mang điện tích âm.
•Chất hoạt động bề mặt cation, mang điện tích dương.
•Chất hoạt động bề mặt không ion.
•Chất hoạt động bề mặt lưỡng ion, có điện tích âm hoặc dương, tuỳ theo pH
của môi trường. [10].
Các chất hoạt động bề mặt Tween 80 và Triton X-100
Tween và Triton X-100 là các chất hoạt động bề mặt không ion và có công thức
cấu tạo như sau: [47], [48], [49]
Tween 80
Triton X-100
24
Một số nghiên cứu đo quang trong môi trường Tween 80
G.A.Shar and G.A.Soomro đã xác định Co(II), Ni(II), Cu(II) bằng 1-(2
pyridylazo)-2 naphthol trong môi trường chất hoạt động bề mặt Tween 80 . Khoảng
tuyến tính: Co(II) 0,5 – 4 (ppb), Ni(II) 0,5– 4 (ppb), Cu(II) 0,5 – 3 (ppb). Giới hạn
phát hiện: Co(II) 6,7 (ppb), Ni(II) 3,2 (ppb), Cu(II) 3,9 (ppb). Cực đại hấp thụ: Co(II)
580 (nm), Ni(II) 570 (nm), Cu(II) 555 (nm). pH xác định Co(II), Ni(II), Cu(II) lần
lượt là 5; 5,5 và 6,5. Nghiên cứu đã khảo sát được tỉ lệ tạo phức của kim loại với
phối tử M:L = 1:4 và nồng độ Tween tối ưu là 5%. So sánh với phương pháp AAS:
thấy không khác biệt giữa 2 phương pháp (độ tin cậy 95%). Phương pháp được ứng
dụng để xác định Co, Ni, Cu trong nước thải công nghiệp, dược phẩm. [27]
M.Arab Chamjangali đã xác định đồng thời coban, niken và paladi trong môi
trường chất hoạt động bề mặt Tween 80. Cơ sở của phương pháp dựa trên sự tạo
phức của Co(II), Ni(II) và Pd(II) với thuốc thử PAN trong môi trường tween – 80.
Nghiên cứu đã khảo sát các cực đại hấp thụ của Co(II): 575 và 615 nm, của Ni(II):
569 và 530 nm, của Pd(II): 615 và 660 nm tại pH = 5, nồng độ Tween tối ưu là 0,3%.
Tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy của phương pháp đều được tối ưu hoá và
xác định được vùng tuyến tính của Co(II), Ni(II) và Pd(II). Ma trận được chuẩn thực
nghiệm được xây dựng bằng cách đo độ hấp thụ quang của 21 mẫu với hàm lượng
Co(II),Ni(II) và Pd(II) tương ứng thuộc khoảng 0,1 – 1,0; 0,05 – 0,5 và 0,05 – 4,0
mg/l, trong vùng bước sóng 520 – 700 mm. Sử dụng mô hình bình phương tối thiểu
từng phần (PLS), bình phương tối thiểu nghịch đảo (ILS), bình phương tối thiểu
thông thường (CLS) và hồi quy cấu tử chính (PCR) để xây dựng đường chuẩn đa
biến từ đó xác định hàm lượng các kim loại có trong mẫu thực tế (nước hoặc hợp
kim). [38]
G.Bagherian đã xác định đồng thời Co(II) và Pd(II) với thuốc thử được sử dụng
là PAR trong sự có mặt của các loại chất hoạt động bề mặt SDS, Tween 80 và Triton
25

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×