1 Luận Văn Điều Hóa 2 MỤC LỤC Bảng ký hiệu các từ viết tắt 4 Danh mục bảng 5 Danh mục hình 7 MỞ ĐẦU 8 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 9 1.1. Vai trò và đặc tính phân tích của đồng, kẽm, coban 9 1.1.1. Vai trò của đồng, kẽm, coban đối với sự phát triển của sinh vật 9 1.1.2. Đặc tính phân tích của đồng, kẽm, coban 12 1.2. Một số phương pháp quang xác định Cu(II), Zn(II), Co(II) 19 1.2.1. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS 20 1.2.2. Phương pháp phân tích trắc quang 21 1.3. Thuốc thử 1-(2-pyridylazo )-2- naphtol (PAN) 29 1.3.1. Cấu tạo, tính chất vật lí của PAN 29 1.3.2. Khả năng tạo phức của PAN 30 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 35 2.1. Nội dung nghiên cứu 35 2.2. Thiết bị và hóa chất 36 2.2.1 Thiết bị và phần mềm 36 2.2.2. Hóa chất 36 2.3. Cách tiến hành thực nghiệm 38 2.3.1. Qui trình nghiên cứu đơn biến 38 2.3.2. Qui trình nghiên cứu đa biến 38 2.3.3. Qui trình phân tích mẫu 38 2.4. Thuật toán phân tích hồi qui tuyến tính đa biến 39 2.4.1. Phương pháp bình phương tối thiểu thông thường (CLS) 39 2.4.2. Phương pháp bình phương tối thiểu nghịch đảo (ILS) 39 2.4.3. Phương pháp bình phương tối thiểu từng phần (PLS) 40 2.4.4. Phương pháp hồi qui cấu tử chính (PCR) 40 3 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1. Khảo sát điều kiện tối ưu xác định Cu(II), Zn(II), Co(II) 42 3.1.1. Nét đặc trưng phổ của các phức Cu(II)-PAN, Zn(II) -PAN, Co(II) – PAN 42 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức 44 3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Triton X-100 đến sự tạo phức 46 3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thuốc thử PAN 47 3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 48 3.1.6. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cu(II), Zn(II), Co(II) 49 3.1.7. Khảo sát ảnh hưởng của các ion lạ 58 3.2. Xác định Cu(II), Zn(II), Co(II) trong hỗn hợp 62 3.2.1. Xác định Cu(II), Zn(II), Co(II) trong hỗn hợp bằng phương pháp tách.63 3.2.2. Sử dụng thuật toán hồi qui tuyến ttính đa biến xác định đồng thời Cu(II), Zn(II), Co(II) 65 3.3. Ứng dụng vào phân tích mẫu phân vi lượng 78 3.3.1. Qui trình phá mẫu 78 3.3.2. Phân tích mẫu phân vi lượng 78 KẾT LUẬN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 4 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) 5 Danh mục bảng Bảng 1. Sự hình thành phức Cu(II) trong một số thuốc thử hữu cơ 22 Bảng 2. Các tính chất của một số phức kim loại – PAN 31 Bảng 3. Đặc trưng phổ hấp thụ Cu(II) - PAN, Zn(II) – PAN, Co(II) – PAN 44 Bảng 4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hình thành các phức 44 Bảng 5. Ảnh hưởng của nồng độ đệm citrat đến sự hình thành các phức 45 Bảng 6: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ của đệm axetat 46 Bảng 7. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Triton X–100 đến sự hình thành phức 46 Bảng 8: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thuốc thử PAN 47 Bảng 9: Kết quả sự phụ thuộc của A vào nồng độ Cu(II) 49 Bảng 10: Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định 50 Bảng 11: Kết quả đo độ hấp thụ quang của 12 mẫu trắng 51 Bảng 12: Độ hấp thụ quang của phức Cu(II)-PAN ở 3 nồng độ khác nhau 52 Bảng 13:Kết quả đánh giá phương pháp xác định Cu(II) 52 Bảng 14: Kết quả sự phụ thuộc của A vào nồng độ Zn(II) 53 Bảng 15: Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định Zn(II) 53 Bảng 16: Kết quả đo độ hấp thụ quang của 12 mẫu trắng 54 Bảng 17: Độ hấp thụ quang của phức Zn-PAN ở 3 nồng độ khác nhau 55 Bảng 18: Kết quả đánh giá phương pháp xác định Zn(II) 55 Bảng 19: Kết quả sự phụ thuộc của A vào nồng độ Co(II) 56 Bảng 20: Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định Co(II) 56 Bảng 21: Kết quả đo độ hấp thụ quang của 12 mẫu trắng 58 Bảng 22: Độ hấp thụ quang của phức Co-PAN ở 3 nồng độ khác nhau 58 Bảng 23:Kết quả đánh giá phương pháp xác định Co(II) 58 Bảng 24 : Ảnh hưởng của Mn(II) đến độ hấp thụ quang trong đệm axetat 59 Bảng 25 : Ảnh hưởng của Mn(II) đến độ hấp thụ quang trong hỗn hợp đệm 60 Bảng 26 : Ảnh hưởng của Fe(II) đến độ hấp thụ quang trong đệm axetat 60 Bảng 27 : Ảnh hưởng của Fe(II) đến độ hấp thụ quang trong hỗn hợp đệm 61 Bảng 28 : Ảnh hưởng của Fe(III) đến độ hấp thụ quang trong đệm axetat 61 Bảng 29 : Ảnh hưởng của Fe(III) đến độ hấp thụ quang trong hỗn hợp đệm 62 6 Bảng 30. Hiệu suất thu hồi theo phương pháp tách dựa vào đường chuẩn 64 Bảng 31:Nồng độ thêm chuẩn 65 Bảng 32: Hiệu suất thu hồi theo phương pháp tách dựa vào đường thêm chuẩn 65 Bảng 33: Độ hấp thụ quang của từng ion và của hỗn hợp trên toàn phổ 65 Bảng 34: Sai số giữa nồng độ mẫu chuẩn và nồng độ xác định được từ phương pháp CLS 71 Bảng 35: Sai số giữa nồng độ mẫu chuẩn và nồng độ xác định được từ phương pháp ILS 73 Bảng 36: Sai số giữa nồng độ mẫu chuẩn và nồng độ xác định được từ phương pháp PLS 75 Bảng 37: Sai số giữa nồng độ mẫu chuẩn và nồng độ xác định được từ phương pháp PCR 77 Bảng 38: Hàm lượng Cu(II), Zn(II), Co(II) ghi trên nhãn một số mẫu phân vi lượng 79 Bảng 39: Hàm lượng Cu(II), Zn(II), Co(II) trong mẫu đo bằng phương pháp AAS79 Bảng 40: Xác định đồng thời hàm lượng Cu(II), Zn(II), Co(II) 80 Bảng 41: Hàm lượng Cu(II), Zn(II), Co(II) trong mẫu đo bằng phương pháp tách 81 Bảng 42 : Hàm lượng trung bình của các ion trong 1 g mỗi mẫu phân vi lượng 81 Bảng 43: Kết quả phân tích hàm lượng Cu(II) trong 1 g mỗi mẫu phân vi lượng 82 Bảng 44: Kết quả phân tích hàm lượng Zn(II) trong 1 g mỗi mẫu phân vi lượng 83 Bảng 45: Kết quả phân tích hàm lượng Co(II) trong 1 g mỗi mẫu phân vi lượng 83 7 Danh mục hình Hình 1. Đặc trưng của phổ hấp thụ các phức màu trong môi trường Tween 80 42 Hình 2. Đặc trưng của phổ hấp thụ các phức trong môi trường Triton X-100 43 Hình 3. Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của các phức màu 45 Hình 4. Ảnh hưởng của nồng độ Triton X- 100 đến độ hấp thụ quang của các phức 47 Hình 5: Ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử đến độ hấp thụ quang của các phức 48 Hình 6,7,8: Khảo sát độ bền của các phức màu theo thời gian 49 Hình 9: Khảo sát khoảng tuyến tính xác định Cu(II) 50 Hình 10: Đường chuẩn xác định Cu(II) 51 Hình 11: Khảo sát khoảng tuyến tính xác định Zn(II) 53 Hình 12: Đường chuẩn xác định Zn(II) 54 Hình 13: Khảo sát khoảng tuyến tính xác định Co(II) 56 Hình 14: Đường chuẩn xác định Co(II) 57 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 63 8 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. 9 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 g (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 10 giáp, corticoid ), tổng hợp nhiều sắc tố, chuyển hóa sắt và lipit Do vậy, đồng là 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 [...]... phức của nhôm với PAN trong dung dịch etylic Xác định Co trong dung dịch với thuốc thử PAN trong sự có mặt của chất hoạt động bề mặt trong hoà (TritonX – 100) p- PAN có thể tổng hợp được, các đặc điểm của phức kim loại với PAN đã được nghiên cứu Các phản ứng của PAN với hầu hết các kim loại nặng nhạy hơn các phản ứng của các đồng phân - ortho Trong môi trường axit mạnh, thành phần phức vòng càng của. .. rau quả Sự có mặt của coban rất cần thiết trong quá trình lên men, trao đổi chất 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 Co2+ và dạng Co 2+ hấp phụ trao đổi Ở điều kiện phản ứng của đất... sau khi làm giàu với độ lệch chuẩn trong vùng 0,8-2,9% và giới hạn phát hiện 0,006-0,277ppm 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+ và lượng thích hợp MnSO4 và (NH4)2SO4 Sai số tương đối của coban là 3,1%, hiệu... 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 CCl4 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... 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 - B12 (C36H88O24N14PCo) Coban kết hợp với Mangan có tác dụng rất tốt đối với các triệu chứng đau nửa đầu Cơ thể thiếu Coban. .. 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. .. 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... dụng với muối kẽm: Zn 2+ + S 2- → ZnS ↓ ZnS hình thành ở pH = 2 và không tan trong S2- 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 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2 Coban có các mức oxi hóa: Co, Co(II), Co(III) Coban đơn chất Ở nhiệt độ thường, coban tương đối bền... nước nhỏ hơn từ thực phẩm Cũng như ở động vật, trong thực vật, coban là thành phần trung tâm của vitamin cobalamin (vitamin B12) 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 11 carotenoid, tia gamma phát ra từ 60Co hiện đang được sử dụng để... 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, . phân tích của đồng, kẽm, coban 9 1.1.1. Vai trò của đồng, kẽm, coban đối với sự phát triển của sinh vật 9 1.1.2. Đặc tính phân tích của đồng, kẽm, coban. sánh với phép đo AAS. 9 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