XÁC ĐỊNH SẮT TRONG NƯỚC BẰNG 1,10-PHENANTROLIN Phương pháp dãy chuẩn Hàm lượng sắt có trong nước thiên nhiên tùy thuộc rất nhiều vào nguồn nước, những vùng mà nguồn nước chảy qua. Ngoài ra còn phụ thuộc vào độ pH và sự có mặt của một số chất như CO 3 2- , CO 2 , O 2 , S 2- và các chất hữu cơ tan trong nước, mà chúng có thể khử hoặc oxy hóa sắt làm cho sắt tồn tại ở số oxy hoá (+2) hoặc (+3) của dạng tan hoặc dạng kết tủa. Để xác định sắt, người ta thường dùng phương pháp so màu với các thuốc thử thiocyanat, acid salicylic hoặc acid sulfosalicylic, 1,10-phenantrolin… Khi phân tích, hàm lượng sắt ở các dạng khác nhau tùy thuộc rất nhiều vào quy cách lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu. Mẫu phải đựng trong bình polyethylen để tránh hiện tượng hấp phụ làm mất sắt và phải phân tích ngay sau khi lấy mẫu. Để xác định tổng hàm lượng sắt khi lấy mẫu phải xử lý mẫu bằng 25 mL HNO 3 đậm đặc cho 1 lit nước, còn nếu để xác định sắt ở các dạng khác nhau thì phải xử lý bằng 25 mL dung dịch đệm acetat (gồm 28 g NaCH 3 COO.3H 2 O và 25 mL CH 3 COOH 6M trong 500 mL) mẫu lấy xong đem phân tích ngay không để quá một ngày. Trong bài thực tập này, chúng ta sẽ xác định hàm lượng Fe 2+ và Fe 3+ trong nước bằng thuốc thử 1,10-phenantrolin. I. NGUYÊN TẮC Ion Fe 2+ tạo phức màu đỏ cam với 3 phân tử 1,10-phenantrolin gọi tên là Ferroin. N N Fe 2+ N N 3 Fe 2+ 3+ Phức tồn tại dạng cation và tồn tại trong khoảng pH rộng từ 2.0 – 9.0, có hấp thu cực đại ở 508nm và hệ số hấp thu phân tử (ε) tại đó bằng 1.1*10 4 L.mol -1 .cm - 1 . Phức rất bền, có cường độ màu không thay đổi trong nhiều tháng. Khoảng tuân theo định luật Beer là 0.13 – 5 µg/mL. Định luật Lambert Beer đuợc phát biểu dưới dạng biểu thức sau:       == cl I I A o lg ε với A là độ hấp thu (mật độ quang), I o và I lần lượt là cường độ bức xạ trước và sau hấp thu; ε là độ hấp thu phân tử, l là chiều dày dung dịch mẫu cho bức xạ truyền qua và c là nồng độ chất phân tích trong dung dịch mẫu đo. Do chỉ có phản ứng màu chọn lọc giữa 1,10-phenantrolin với Fe 2+ (tức là Fe 3+ mặc dù cũng phản ứng với 1,10-phenantrolin nhưng phức lại không có màu) nên ta có thể xác định được lượng Fe 2+ khi có mặt Fe 3+ . Để xác định được tổng hàm lượng sắt ta khử ion Fe 3+ về Fe 2+ bằng các chất khử như hyroxylamin, hydrazin hoặc acid ascorbic. Trong bài thực tập này, ta xác định Fe 2+ và tổng hàm lượng Fe. Từ các dữ kiện đó ta tính được hàm lượng Fe 3+ . II. HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ 1. Hóa chất a. Dung dịch Fe (II) tiêu chuẩn: cân chính xác khoảng 3.5110 g muối Mohr (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ).6H 2 O loại tinh khiết phân tích (chọn những tinh thể còn tốt, màu xanh nhạt). Hòa tan trong 500 mL nước cất hai lần, thêm vào 5mL H 2 SO 4 đậm đặc. Dung dịch này chứa 1mg Fe/mL có thể kiểm tra nồng độ Fe bằng phép chuẩn độ oxy hóa khử, chất chuẩn là K 2 Cr 2 O 7 hay KMnO 4 . khi dùng pha loãng dung dịch này 100 lần để có nồng độ 10µg Fe/mL. b. Dung dịch 1,10-phenantrolin 0.5% pha trong nước. c. Dung dịch Hydroxylamin 10% trong nước. d. Đệm acetat pH = 5 Hòa tan 17.5 g CH 3 COONa.3H 2 O trong ít nước, thêm vào đó 4.5 mL CH 3 COOH đậm đặc (d = 1.05), thêm nước cất thành 1000 mL. 2. Dụng cụ Máy so màu Prolabo, bình định mức 50 mL, pipet các loại. III. CÁCH TIẾN HÀNH 1. Lập đồ thị chuẩn Lấy vào 8 bình định mức 50.00mL chính xác các thể tích theo bảng 1 Bảng 1: Dựng đồ thị chuẩn Fe STT 1 2 3 4 5 6 7 8 Fe (chuẩn), mL 0 0.50 1.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 Đệm pH5, mL 5.0 NH 2 OH, mL 1.0 Phenantrolin, mL 1.0 H 2 O Thêm đến vạch mức Phức này ổn định sau 10 phút. 2. Chuẩn bị dung dịch xác định Dùng pipet lấy một thể tích thích hợp mẫu thử vào hai bình định mức 50.00mL được đánh số a, b, thêm 5.00mL đệm acetat pH5, 1.00mL NH 2 OH vào 1 trong 2 bình, thêm tiếp 1.00mL phenantrolin, dùng nước cất định mức đến vạch mức. Sau 10 phút đo độ hấp thu của dụng dịch với dung dịch so sánh được chuẩn bị tương tự như hai dung dịch trên với thể tích nước cất bằng thể tích mẫu thử. Lưu ý: “thể tích thích hợp mẫu thử” trong trường hợp này được hiểu như thể tích mẫu chứa lượng Fe sao cho độ hấp thu vủa dung dịch mẫu nằm trong khoảng 1/3-2/3 độ hấp thu của dãy chuẩn. Chú ý: do phức Fe 2+ -1,10-phenantrolin khá bền nên có thể chuẩn bị dãy chuẩn và mẫu ở các thời điểm khác nhau. Tuy nhiên để đảm bảo độ đúng của phép phân tích, nên chuẩn bị chuẩn và mẫu đồng thời. 3. Đo đuờng chuẩn và mẫu: Đo độ hấp thu quang học của các dung dịch chuẩn ở λ max 508 nm, cuvet 1cm. IV. TÍNH TOÁN VÀ XỬ LÝ KẾT QỦA 1. Dựng đồ thị sự phụ thuộc của A theo C. Xác định lượng Fe(II) và tổng sắt. Lượng Fe(III) tính từ hiệu hai giá trị trên. Hãy biểu diễn lượng sắt ra mg/L hay ppm. 2. Tính toán kết qủa theo phương pháp bình phương tối thiểu từ phương trình tuyến tính bậc nhất A = a + bC Trong đó C là nồng độ tính theo µg/mL a, b là các hệ số hồi quy. Tính các hệ số a, b: ∑ ∑ ∑ ∑∑∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ − − = − − = 22 2 22 )( )( ii iiiii ii iiii CCn ACCAC a CCn ACACn b Tính phương sai dư: 2 2 2 − −− = ∑ ∑ ∑ n CAbAaA S iiii re n là số điểm trên đường chuẩn. f = n – 2 là số bậc tự do. Tính độ lệch chuẩn cho các hệ số hồi quy a và b: ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ − = − = 22 2 22 )( )( ii i rea ii reb CCn C SS CCn n SS Biện luận về hệ số a: khoảng tin cậy ε a tính theo công thức: n S t a fa ×= ,95.0 ε tra hệ số Student trong bảng ở xác suất 0.95 độ tự do f = n – 2. n S t b fb ×= ,95.0 ε Từ các giá trị trên, thiết lập phương trình hồi quy như sau: A = (a ± ε a ) + (b ± ε b )C Tính nồng độ chưa biết của C x theo công thức: b aA C x x − = Tính sai số của mẫu xác định theo phương pháp lan truyền sai số ( ) [ ] 2 22 2 )( 11 ∑∑ − − ++= ii ixre x CCnb AAn mnb S S n: là số điểm trên đường chuẩn. m: số lần đo mẫu xác định. x A ; giá trị trung bình của A x của mẫu thử. i A : giá trị trung bình của A của các điểm trên đường chuẩn. . XÁC ĐỊNH SẮT TRONG NƯỚC BẰNG 1,10-PHENANTROLIN Phương pháp dãy chuẩn Hàm lượng sắt có trong nước thiên nhiên tùy thuộc rất nhiều vào nguồn nước, những vùng mà nguồn nước chảy qua CO 3 2- , CO 2 , O 2 , S 2- và các chất hữu cơ tan trong nước, mà chúng có thể khử hoặc oxy hóa sắt làm cho sắt tồn tại ở số oxy hoá (+2) hoặc (+3) của dạng tan hoặc dạng kết tủa. Để xác định sắt, . ngày. Trong bài thực tập này, chúng ta sẽ xác định hàm lượng Fe 2+ và Fe 3+ trong nước bằng thuốc thử 1,10-phenantrolin. I. NGUYÊN TẮC Ion Fe 2+ tạo phức màu đỏ cam với 3 phân tử 1,10-phenantrolin