Đề tài Đo quang với thuốc thử 1- (2-pyridilazo )- 2- naphtol (PAN) trong môi trường mixen

MỤC LỤC 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 SD Standard deviation (Độ lệch chuẩn ) 11 UV-Vis Ultraviolet – visible spectrophotometry (Quang phổ tử ngoại khả kiến) Danh mục bảng Bảng 1. Sự hình thành phức Cu(II) trong một số thuốc thử hữu cơ 21 Bảng 2. Các tính chất của một số phức kim loại – PAN 30 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) 49 Bảng 10: Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định 49 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 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) 52 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) 55 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 57 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 59 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 60 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 Bảng 31:Nồng độ thêm chuẩn 64 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 68 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 78 Bảng 39: Hàm lượng Cu(II), Zn(II), Co(II) trong mẫu đo bằng phương pháp AAS 79 Bảng 40: Xác định đồng thời hàm lượng Cu(II), Zn(II), Co(II) 79 Bảng 41: Hàm lượng Cu(II), Zn(II), Co(II) trong mẫu đo bằng phương pháp tách 80 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 81 Bảng 44: Kết quả phân tích hàm lượng Zn(II) trong 1 g mỗi mẫu phân vi lượng 82 Bảng 45: Kết quả phân tích hàm lượng Co(II) trong 1 g mỗi mẫu phân vi lượng 82 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 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. 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 mg (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 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, 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 ZnSO4 (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 - B12 (C36H88O24N14PCo). 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 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 carotenoid, tia gamma phát ra từ 60Co 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 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 Co2+ 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 Zn2+, Cu2+, Co3+,Mn2+…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 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1. 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 NH3 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 O2 không khí. 2Cu + 8NH3 +O2 +H2O → 2[Cu(NH3)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) 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 + Cu2+ E0 = + 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): 2Cu2Cl2 + O2 + 4HCl " 4CuCl2 + 2H2O 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(NH3)2]+, [CuX2]- (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 Cu2X2 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 NH3 nhờ tạo thành phức chất: Cu2Cl2 + 2HCl " 2H[CuCl2] Cu2Cl2 + 4NH3 " 2[Cu(NH3)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 CuO + H2O Cu(OH)2 còn thể hiện tính chất axit yếu. Cu(II) oxit (CuO) là chất bột màu đen nóng chảy ở 1026oC và trên nhiệt độ đó mất bớt oxy biến thành Cu2O. CuO không tan trong nước nhưng tan dễ dàng trong dung dịch axit tạo thành muối Cu(II): CuO + 2HCl " CuCl2 + 2H2O Khi đun nóng với dung dịch SnCl2, FeCl2, CuO bị khử thành muối Cu(I): 2CuO + SnCl2 " 2CuCl + SnO2 3CuO + 2FeCl2 " 2CuCl + CuCl2 + Fe2O3 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 " Na2[Cu(OH)4] Cu(OH)2 + 4NH3 " [Cu(NH3)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 NO3-, SO4 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 NH3 tạo thành phức chất amoniacat: CuO + 4NH3 + 2H2O " [Cu(NH3)4](OH)2 Cu(OH)2 tan dễ dàng trong dung dịch NH3 đặc: Cu(OH)2 + 4NH3 " [Cu(NH3)4](OH)2 Muối Cu(II) có khả năng phản ứng với feroxianat Fe(CN)2 tạo thành kết tủa đỏ nâu Cu2Fe(CN)6. Trong dung dịch amoniac, Cu(II) phản ứng mãnh liệt với các phân tử NH3 tạo thành ion phức Cu(NH3)42+ 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 (C6H5CH(OH)C(NOH)C6H5), 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 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2. 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 + 2H2O + O2 → 2Zn(OH)2 Do có thế điện cực khá âm, Zn tác dụng dễ dàng với các loại axit: Zn + 2H3O+ + 2H2O → [Zn(H2O)4]2+ + H2 Kẽm có tính khử mạnh nên có thể khử HNO3 rất loãng đến ion amoni: 4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Kẽm có thể tan dễ dàng trong dung dịch kiềm giải phóng H2 như nhôm: Zn + 2H2O + 2OH- → [Zn(OH)4]2- + H2 Kẽm có thể phản ứng dễ dàng với các á kim: Cl2, S, C… Kẽm tan không chỉ trong dung dịch kiềm mạnh mà cả trong dung dịch NH3 Zn + 4NH3 + 2H2O → [Zn(NH3)4](OH)2 + H2 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 (t0nc = 19500C), 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) → K2ZnO2 + H2O 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. Zn(II) tạo phức clorua [ZnCl4]2- trong môi trường HCl 2M. Kẽm hyđroxit tan trong dung dịch NH3 tạo thành amoniacat: Zn(OH)2 + 4NH3 + 2H2O → [Zn(NH3)4](OH)2 Kẽm sunfat (ZnSO4) tách ra từ dung dịch nước dưới dạng tinh thể hyđrat có thành phần ZnSO4.7H2O 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 (ZnCl2) khó điều chế ở trạng thái khác nhau. Nó thường chứa 5% nước và clorua bazơ. Dung dịch ZnCl2 có thể tẩy oxit khỏi bề mặt kim loại khi hàn. Amoni tetraclorozincat (NH4) [ZnCl4] 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 H2S tác 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 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 CoCl2 + OH - à CoOHCl- + Cl- Kết tủa này sau đó chuyển thành Co(OH)2 màu hồng. Coban tan rất nhanh trong axit HCl, HNO3, H2SO4 hoặc axit pecloric nhưng chỉ tan rất chậm trong axit HF giải phóng ra khí H2. Coban kim loại có tính khử, kết hợp với halogen (X) hoặc dung dịch HX tạo ra các đihalogenua: Co + Br2 à CoBr2 Coban tạo phức chất với NH3 trong dung dịch NH3. Phức chất tạo thành có màu vàng nhạt [Co(NH3)6]2+ Co2+ + 6NH3 à[Co(NH3)6]2+ Sau đó phức chất bị oxi hoá trong không khí tạo thành phức chất màu nâu đỏ. [Co(NH3)6]2+ + O2 + 2H2O à 4[Co(NH3)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(H2O)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: K3[Co(NO2)6], K3[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 CoBr2 màu lục, CoBr2.6H2O 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(H2O)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 + O2 + 2H2O " 4Co(OH)3 Co(OH)2 tan được trong dung dịch kiềm mạnh, đặc nóng. Co(II) tạo phức clorua [CoCl4]2- trong môi trường HCl 4 – 9M. Co(OH)2 tan trong dung dịch NH3 tạo thành phức chất : Co(OH)2 + 6NH3 → [Co(NH3)6] (OH)2 Các ion Co2+ tạo nên nhiều phức chất bát diện với số phối trí 6. Những ion phức bát diện như [Co(H2O)6]2+, [Co(NH3)6]2+, [CoF6]4-, [Co(CN)6]4- Những ion phức tứ diện như [CoCl4]2-, [CoBr4]2-, [CoI4]2-, [Co(H2O)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- + 6H2O → [Co(H2O)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, Co2+ 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, Co3(PO4)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 → K3[Co(OH)6] Co(III) có tính oxi hoá. Khi đun nóng, Co2O3 có thể bị H2, Co, Al, Co...khử đến Co3O4, CoO, hay Co. 3Co2O3 + H2 2Co3O4 + H2O Co2O3 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. Co2O3 + 6HCl → 2CoCl2 + Cl2 + 3H2O Co(OH)3 là kết tủa màu nâu, bền trong không khí, không tan trong nước. Khi đun nóng nhẹ, biến thành Co3O4 và CoO. Co(OH)3 CoOOH Co3O4 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 O2 hoặc H2O2 khi có mặt chất xúc tác có hoạt tính bề mặt và phối tử. 2[Co(NH3)6]Cl2 + 2NH4Cl + H2O2 → 2[Co(NH3)6]Cl3 + 2NH3 + 2H2O Trong kết tủa thu được, ngoài muối màu vàng của [Co(NH3)6]Cl3 còn có một ít kết tủa màu hồng của [Co(NH3)5H2O]Cl3 và màu đỏ của [Co(NH3)5Cl]Cl2. 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]. 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– C2H2 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 HNO3 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 C2H2 – không khí. Giới hạn phát hiện trong pha hữu cơ là 8.10-7M. Để chiết cũng có thể dùng pycolyandehit – salixyloyl hydrazon trong metylisobutylxeton và phun phần chiết vào ngọn lửa C2H2 – 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. 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 Mn2+ và lượng thích hợp MnSO4 và (NH4)2SO4. 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 H2SO4, dithizon phản ứng với Cu2+, Au2+, Hg2+, Pd2+, Ag+. Bạc có thể bị loại trừ bởi kết tủa với HCl. Bi3+ 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 CCl4. 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 STT Thuốc thử Môi trường/dung môi lmax (nm) e(l/mol.cm) Khoảng tuyến tính mg/ml 1 Dithizone CCl4 550 4,52 0,4 – 2,0 2 Natri đietyl đithio cacbamat Axit axetic 430 1,89 -- 3 Cuproine H2O - DMF 546 0,64 <10 4 Cuprizone 600 1,6 < 0,4 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/CHCl3 625 - 0,2 – 1,6 8 Đithiocacbamat CCl4 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 (CCl4, CHCl3, 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 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 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 hưởng bởi Fe3+, Ni2+, Mn2+, Co2+,…. 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 Ni2+ và Co2+. Loại trừ ảnh hưởng gay nên bởi lượng lớn Fe3+ và Mn2+ 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 Cu2+ 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/cm2. 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 ML2 tan trong nước, độ hấp thụ quang đạt cực đại ở bước sóng λmax = 590 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam của phức ε = 8,4.104 (l/mol.cm). Ảnh hưởng của các ion kim loại chuyển tiếp khác được loại trừ bằng phương pháp chiết 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 SD=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 SD=6% (50ppb, n=5) Narinder Kumar Agnihotri, Vinay Kumar Singh, Har Bhajan Singh đã tiến hành nghiên cứu xác định lượng vết Cu2+ 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 Cu2+- PAN ở bước sóng 555nm tương ứng là 5,21.104l.mol-1cm-1 và 1,22 ng.cm-2. Giới hạn phát hiện của Cu2+ là 4,0 ng .ml-1 và khoảng tuyến tính tuân theo định luật beer là 0,08 – 4,00 µg.ml-1 Cu2+ 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 λmax = 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 (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 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 X-100. Kết quả khảo sát trong ba loại chất hoạt động bề mặt khác nhau được chỉ ra trong bảng sau: Chất hoạt động bề mặt lmax e (l.cm-1 mol-1) Độ bền phức SDS 558 1,31.104 < 5 giờ 572 1,26.104 > 2 ngày Tween 80 569 1,22.104 > 2 ngày Triton X-100 571 1,29.104 > 2 ngày 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) và Pd(II) lần lượt là 0,2 – 2 mg/ml và 0,4 – 4 mg/ml. Kết quả nghiên cứu được ứng dụng để phân tích các mẫu thực tế là hợp kim. [28] Một số nghiên cứu đo quang trong môi trường Triton X- 100 Abbas Afkhami đã xác định Co(II) và Ni(II) dựa trên cơ sở sự tạo phức của chúng với thuốc thử PAN trong môi trường Triton X-100. Qua khảo sát nhận thấy pH tối ưu cho phép đo là 5,8 (đệm citrat), nồng độ của Triton X-100 và PAN lần lượt là 1,4% và 10-3 M. [19] Trong một nghiên cứu khác, ông đã xác định Zn(II), Co(II) và Ni(II) trong Triton X-100 nồng độ 0,8 – 1,2%, nền pH = 9,2 (đệm amoni). Các bước sóng hấp thụ cực đại tương ứng với Zn(II), Co(II) và Ni(II) là 564 nm, 584 nm và 552 nm. [18], [20] Narinder Kumar Agnihotri đã dùng phương pháp trắc quang phân tích lượng vết Cu(II) với thuốc thử PAN, chất hoạt động bề mặt Triton X-100, cực đại hấp thụ: lmax = 555 nm, giới hạn phát hiện LOD = 4 ppb, khoảng tuyến tính: 0,08 – 4 ppm. Đối chiếu với phương pháp AAS cho kết quả tốt. [40] Olga Ch.Manouri và cộng sự đã nghiên cứu phân tích hàm lượng Zn(II) trong dược phẩm bằng một số phương pháp. Phương pháp thứ nhất là phương pháp đo quang dựa trên cơ sở sự tạo phức của Zn(II) với thuốc thử 4-(2-pyridylazo)- resorcinol (PAR) tại pH = 8,07 và trong môi trường chất hoạt động bề mặt trung tính Triton X-100, bước sóng hấp thụ cực đại lmax = 493 nm, khoảng tuyến tính 0,18 – 2,0 mg/ml. Phương pháp thứ hai dựa trên cơ sở sự tạo phức của Zn(II) với 8-hydroxyquinon, qua khảo sát điều kiện tối ưu thu được khoảng tuyến tính 0,26-1,05 mg/ml. Phương pháp thứ ba là phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử AAS với thông số kỹ thuật l = 213,9 nm, đèn catot rỗng HCL, nhiệt ngọn lửa 27000 K, khoảng tuyến tính 0,2 – 2 mg/ml. So sánh độ đúng và độ chính xác của ba phương pháp trên.[41] 1.3. Thuốc thử 1-(2-pyridylazo )-2- naphtol (PAN) 1.3.1. Cấu tạo, tính chất vật lí của PAN Công thức cấu tạo của PAN: Khối lượng phân tử của PAN: M = 249,27 Công thức phân tử của PAN: C15H11ON3 Trong công thức cấu tạo, PAN gồm hai vòng được liên kết với nhau qua cầu -N = N-, một vòng là pyridyl, vòng bên kia là vòng naphtol ngưng tụ. PAN là thuốc thử hữu cơ có dạng bột màu vàng đỏ, không tan trong nước, tan tốt trong các dung môi hữu cơ như rượu, CH3Cl, CCl4, axeton… Dung dịch thường có màu vàng, hấp thụ cực đại ở các bước sóng 425nm, 470nm và 495nm. Tuỳ thuộc vào pH của môi trường mà thuốc thử PAN có thể tồn tại ở các dạng khác nhau, nó có ba dạng tồn tại H2In+ (vàng chanh, pH 2,5) và In- (đỏ, pH > 12) và có các hằng số phân ly tương ứng: pK1 = 2,9 và pK2 = 12,1. Chúng ta có thể mô tả các dạng tồn tại của PAN qua các cân bằng sau: 1.3.2. Khả năng tạo phức của PAN PAN là một thuốc thử đơn bazơ tam phối vị, các phức tạo được với nó có khả năng chiết và làm giàu trong dung môi hữu cơ như CCl4, CHCl3, rượu isoamylic, rượu isobutylic, rượu n-amylic, rượu n-butylic… Thuốc thử PAN không chọn lọc, phản ứng với hầu hết các ion kim loại, được dùng phổ biến để phân tích các kim loại. Thuốc thử PAN tạo phức với nhiều ion kim loại như: Fe, Co, Cu, Mn, Ni, Zn… tạo hợp chất nội phức có màu vàng đậm trong CCl4, CHCl3, benzen, đietylete. Các phức vòng càng kim loại với PAN có các nguyên tử kim loại (hay oxo hoặc hydroxo cation kim loại) liên kết với nguyên tử O của nhóm OH (H bị thay thế) và nguyên tử N của pyridin, nguyên tử N azo, cấu trúc của phức được minh hoạ như sau: Thành phần của các dạng được chiết vào trong các dung môi không trộn lẫn được vào nhau. Phức vòng càng thông thường không sử dụng được với tất cả các dạng chiết. Axetat có thể thay thế clorua hay peclorat ở nồng độ cao ở pH = 10; Cu(II) có thể được chiết dưới dạng CuL2, ở pH = 8, tạo thành phức CuL+ màu tím không chiết được trừ khi có mặt các ion Cl-; Br-; SCN- hay axetat. Bảng 2 đưa ra một số đặc điểm, tính chất của các loại chelat kim loại – PAN. Các phức vòng càng không mang điện tích thường tan rất chậm trong nước nhưng có thể chiết bởi các dung môi hữu cơ không trộ lẫn được vào nhau; cloroforrm (CHCl3). PAN (dưới dạng HL) có màu vàng trong cloroform,( ởmax = 470nm), P CHCl3/H2O = 105,2. Phức vòng càng của các kim loại dưới đây có màu đỏ trong cloroform (ởmax thường nằm trong khoảng 540 – 570 nm): Cd; Zn; Hg (II); Bi; Cu; La; In; Ga; Fe(III) - đỏ nâu; Sn (II); Pb; U(VI); Ni; Th; Ir. Các phức của PAN với các ion kim loại Pd (II); Rh(III); và Co(II) có màu xanh, còn lại ion phức của PAN với V(V); Ti(III) có màu tím. Các kim loại kiềm; Be; As; Ge; Se; và Te không cho phản ứng màu với PAN. Bảng 2. Các tính chất của một số phức kim loại – PAN Kim loại Thành phần phức (M: PAN) λmax (nm) ε.10-3 Bi 1:1 580 21 Cd 1:2 550 50 Co(II) 1:2 525 30 Co(III) 1:2 580 23,1 Cu(II) 1:2 (CHCl3) 550 45 1:1 (H20) 550 22 Fe(III) 575 16 Ga 1:1, 1:2 550 21,7 Hg(II) 560 Mn(II) 1:2 550 40 Ni 1:2 575 51 Pd 1:1 620(675) 16 626(678) 14,1 (678nm) Zn 1:1 515; 514 22,6; 20,8 [MLn] hữu cơ . [H+]n Hệ số chiết : Kext = [Mn+]. [HL]nhữu cơ Hầu hết các kim loại đều cần dung dịch axit yếu hoặc bazơ yếu để chiết và cần phải điều chỉnh pH một cách cẩn thận, tỷ mỉ. Sự thay đổi pH có ảnh hưởng đến quá trình làm tăng độ chọn lọc của phản ứng tạo phức, đôi khi sử dụng EDTA làm tác nhân che. Ví dụ, nếu 1 dung dịch phức PAN – kim loại được lắc với dung dịch EDTA ở pH = 5 thì tất cả các phức bị phân huỷ ngoại trừ phức của kim loại Fe, Co, Ni, V, Pd. V có thể tạo phức với H2O2, còn lại Fe, Co, Ni có thể xác định một cách đồng thời bằng cách đo độ hấp thụ quang ở các bước sóng 565nm; 628nm và 764nm. Zn có thể xác định được trong sự có mặt của Cd; Cu; Hg; Pb và Ag bằng cách che các ion kim loại này bởi ion I-; Ni vàCo có thể được che bởi ion xianua (CN-). Sự chiết các kim loại với dung dịch PAN trong cloroform và các dung môi tương tự có thể rất chậm. Ni2+ có thể được chiết hoàn toàn sau khi lắc 40 giờ. Quá trình chiết sẽ nhanh hơn nếu thêm thuốc thử trong một lượng nhỏ ancol. Nhôm được xác định bằng phương pháp huỳnh quang dưới dạng 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 Cu(II); Zn; Ni với PAN theo tỉ lệ 1 : 2. Thuốc thử PAN phản ứng ở dạng C: Các tác giả đã dùng phương pháp so màu để xác định Zn, Cu và Mn trong quá trình kiểm tra sự thẩm tách của các chất lưu. PAN được sử dụng làm chất đo quang trong dung dịch mixen của thuốc thử hình thành khi hoà tan PAN trong dung dịch nước có chứa Trion (5% về thể tích). Phổ thu được khi dùng các ion Zn, Cu, Mn trong dung dịch đệm borat có pH = 9,2. Nồng độ các chất thẩm tách trong mẫu thẩm tách được xác định trong khoảng 6-500ppm. Phương pháp này được dùng để định tính các chất gây ô nhiễm. Tác giả Ninh, Miugyuan đã dùng phương pháp đo màu xác định Cu và Ni trong hợp 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 2 3 4 5 6 A Zn – PAN 0,096 0,098 0,097 0,099 0,095 0,099 STT 7 8 9 10 11 12 A Zn – PAN 0,097 0,098 0,099 0,097 0,096 0,097 Độ lệch chuẩn: SD== 0,0011476 Giới hạn phát hiện (LOD): LOD = 3SD/b = 0,007 (ppm) Giới hạn định lượng (LOQ): LOQ = 10SD/b = 0,0239 (ppm) Độ lặp lại trong phép xác định Zn(II) Đánh giá độ lặp lại, độ đúng và độ chính xác của đường chuẩn tại 3 mức nồng độ Zn(II): 0,13ppm, 0,39 ppm và 0,91 ppm, mỗi điểm làm lặp lại 8 lần, ta có bảng kết quả sau: Bảng 17: Độ hấp thụ quang của phức Zn-PAN ở 3 nồng độ khác nhau Zn(II) ppm A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 0,13 0,081 0,078 0,078 0,079 0,079 0,079 0,080 0,081 0,39 0,234 0,234 0,235 0,235 0,233 0,235 0,236 0,236 0,91 0,522 0,523 0,523 0,524 0,521 0,522 0,523 0,522 Bảng 18: Kết quả đánh giá phương pháp xác định Zn(II) Nồng độ Zn(II) (ppm) 0,13 0,39 0,91 Nồng độ trung bình 0,14 0,40 1,00 Độ lệch chuẩn SD 0,00119 0,00104 0,00093 Hệ số biến thiên (CV) 0,85 % 0,26% 0,09% Từ kết quả trên nhận thấy phương pháp trắc quang xác định Zn(II) bằng thuốc thử PAN có độ lặp lại tốt (CV<3%) và độ chính xác cao trên toàn khoảng tuyến tính. 3.1.6.3. Ảnh hưởng của nồng độ Co(II) Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn xác định Co(II) Lấy vào các bình định mức cỡ 25 ml để có những lượng biến đổi Co(II) (0,06 – 2,59 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 = 580 nm với dung dịch so sánh là mẫu trắng. Kết quả thu được như sau: Bảng 19: Kết quả sự phụ thuộc của A vào nồng độ Co(II) STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Co (ppm) 0,06 0,12 0,24 0,35 0,47 0,59 0,71 0,94 1,18 A 0,018 0,040 0,074 0,113 0,154 0,190 0,232 0,303 0,376 STT 10 11 12 13 14 15 16 17 Co (ppm) 1,41 1,53 1,65 1,76 1,88 2,12 2,35 2,59 A 0,457 0,499 0,529 0,571 0,608 0,66 0,733 0,813 Hình 13: Khảo sát khoảng tuyến tính xác định Co(II) Từ hình 13, ta thấy khi nồng độ Co(II) tăng thì độ hấp thụ quang cũng tăng tuyến tính. Tuy nhiên, khi nồng độ Co(II) là 2,12 ppm thì độ hấp thụ quang không còn tuyến tính nữa. Do đó, chọn các nồng độ Co(II) không quá 2,12 ppm để xây dựng đường chuẩn. Bảng 20: Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định Co(II) STT 1 2 3 4 5 CCo2+(ppm) 0,12 0,47 0,94 1,41 1,76 A 0,04 0,156 0,303 0,458 0,572 Hình 14: Đường chuẩn xác định Co(II) Phương trình hồi quy có dạng như sau: y = 0,0016 + 0,62362x. Trong đó x là nồng độ của Co2+ và y là độ hấp thụ quang A. Mặt khác, ta có Sa= 0,0018 và Sb = 0,00162, t(0,95; 3) = 2,353 nên phương trình hồi quy đầy đủ: Y = 0,0016 + (0,62362± 0,0005)x Để kiểm tra sai số hệ thống của phương pháp, so sánh hằng số a của phương trình hồi qui với giá trị 0: Phương trình hồi quy: y = 0,0016 + 0,62362x có S= 1,235.10-4 Nếu coi a = 0 ta có phương trình hồi quy: y = b’x với = 0,6228 có S= 1,028.10-4 Sự sai khác phương sai của 2 phương trình này được so sánh theo chuẩn F: Ftính =S/ S= 1,201 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 580 nm. Bảng 21: Kết quả đo độ hấp thụ quang của 12 mẫu trắng STT 1 2 3 4 5 6 A Co – PAN 0,026 0,028 0,028 0,027 0,029 0,028 STT 7 8 9 10 11 12 A Co – PAN 0,029 0,026 0,027 0,029 0,028 0,027 Độ lệch chuẩn: SD== 0,00196 Giới hạn phát hiện (LOD): LOD = 3SD/b = 0,0094 (ppm) Giới hạn định lượng (LOQ): LOQ = 10SD/b = 0,0314 (ppm) Độ lặp lại trong phép xác định Co(II) Đánh giá độ lặp lại, độ đúng và độ chính xác của đường chuẩn tại 3 mức nồng độ Co(II): 0,12 ppm, 0,47 ppm và 1,41 ppm, mỗi điểm làm lặp lại 8 lần, ta có bảng kết quả sau: Bảng 22: Độ hấp thụ quang của phức Co-PAN ở 3 nồng độ khác nhau Co(II) ppm A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 0,12 0,036 0,034 0,034 0,035 0,033 0,033 0,035 0,034 0,47 0,144 0,144 0,143 0,143 0,144 0,144 0,145 0,145 1,41 0,453 0,452 0,454 0,454 0,453 0,452 0,454 0,453 Bảng 23:Kết quả đánh giá phương pháp xác định Co(II) Nồng độ Co(II) (ppm) 0,12 0,47 1,41 Nồng độ trung bình 0,106 0,464 1,409 Độ lệch chuẩn SD 0,00104 0,00076 0,00083 Hệ số biến thiên (CV) 0,98 % 0,16% 0,06% Từ kết quả trên nhận thấy phương pháp trắc quang xác định Zn(II) bằng thuốc thử PAN có độ lặp lại tốt (CV<3%) và độ chính xác cao trên toàn khoảng tuyến tính. 3.1.7. Khảo sát ảnh hưởng của các ion lạ Đối tượng nghiên cứu trong đề tài là phân vi lượng có thành phần chủ yếu là N, P2O5, K2O, S, Cu, Zn, B, Mo, Ca, Mn, Fe......Kết quả khảo sát thu được B, Mo không ảnh hưởng đến các phức Cu(II) – PAN, Zn(II) – PAN và Co(II) – PAN. Mn(II), Fe(II) và Fe(III) là ba ion gây ảnh hưởng lớn đến phép đo. 3.1.7.1. Ảnh hưởng của Mn(II) Lấy vào các bình định mức cỡ 25 ml để có những lượng Cu(II) 1 ppm hoặc Zn(II) 1 ppm hoặc Co(II) 1 ppm, + dung dịch Mn(II) (0 ppm – 32 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 ở các bước sóng tương ứng. Kết quả thu được : Bảng 24 : Ảnh hưởng của Mn(II) đến độ hấp thụ quang trong đệm axetat M(II) ppm 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Mn(II) ppm 0 4,0 8,0 16,0 24,0 32,0 Cu- PAN A 0,735 0,718 0,688 0,656 0,622 0,578 Sai số(%) 2,45 6,52 10,87 14,13 21,47 Zn- PAN A 0,575 0,525 0,503 0,482 0,468 0,456 Sai số(%) 8,70 12,52 16,17 18,61 20,70 Co- PAN A 0,388 0,391 0,398 0,405 0,416 0,425 Sai số(%) 0,77 2,58 4,38 7,22 9,54 Từ các bảng số liệu ta thấy, khi thêm Mn(II) với nồng độ tăng dần thì độ hấp thụ quang của Cu-PAN, Zn-PAN giảm dần và Co-PAN tăng nhẹ , và khi nồng độ Mn(II) gấp 24 lần nồng độ ion phân tích Cu(II), 16 lần nồng độ ion phân tích Zn(II) thì sai số lớn hơn 15%, vượt quá giới hạn sai số cho phép của phương pháp trắc quang. Vì vậy, chúng tôi chọn ngưỡng ảnh hưởng của Mn(II) là gấp 16 lần lượng Zn(II). Lấy vào các bình định mức cỡ 25 ml để có những lượng Cu(II) 1 ppm hoặc Zn(II) 1 ppm hoặc Co(II) 1 ppm, + dung dịch Mn(II) (0 ppm – 32 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 các bước sóng tương ứng. Kết quả thu được như sau: Bảng 25 : Ảnh hưởng của Mn(II) đến độ hấp thụ quang trong hỗn hợp đệm M(II) ppm 1,0 1,0 1,0 1,0 Mn(II) ppm 0 16,0 24,0 32,0 Cu- PAN A 0,732 0,683 0,658 0,641 Sai số(%) -6,67 -10,13 -12,47 Zn- PAN A 0,569 0,5111 0,4859 0,4683 Sai số(%) -10,17 -14,61 -17,7 Co- PAN A 0,384 0,400 0,411 0,419 Sai số(%) 4,26 7,03 9,14 Từ bảng trên, nhận thấy khi dùng hỗn hợp đệm axetat 4.10-2M và citrat 1.10-3M sẽ loại trừ được ảnh hưởng của Mn(II). 3.1.7.2. Ảnh hưởng của Fe(II) Khảo sát ảnh hưởng của Fe(II) tương tự như ảnh hưởng của Mn(II). Kết quả như sau : Bảng 26 : Ảnh hưởng của Fe(II) đến độ hấp thụ quang trong đệm axetat M(II) ppm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Fe(II) ppm 0 0,25 0,5 1,0 2,5 5 10 25 50 ACu-PAN 0,368 0,380 0,388 0,425 0,474 0,555 0,719 0,881 0,911 Sai số(%) 3,24 5,32 15,53 28,81 50,87 95,47 139,33 147,61 AZn-PAN 0,289 0,295 0,301 0,337 0,387 0,466 0,519 0,606 0,685 Sai số(%) 2,08 4,15 16,61 33,91 61,25 79,58 109,69 137,02 ACo-PAN 0,195 0,208 0,219 0,257 0,345 0,438 0,562 0,618 0,723 Sai số(%) 6,67 12,31 31,79 76,92 124,62 188,21 216,92 270,77 Từ kết quả thu được, chúng tôi nhận thấy ion Fe(II) gây ảnh hưởng lớn đến phép đo xác định M(II) . Khi nồng độ Fe(II) vượt quá 2 lần nồng độ M(II) thì sai số lớn hơn 15%, vượt quá giới hạn sai số cho phép của phương pháp trắc quang. Vì vậy, chúng tôi chọn ngưỡng ảnh hưởng của Fe(II) là gấp 2 lần lượng M(II). Khi tiến hành khảo sát trên nền hỗn hợp đệm axetat 4.10-2M và citrat 1.10-3M , thu được kết quả như sau: Bảng 27 : Ảnh hưởng của Fe(II) đến độ hấp thụ quang trong hỗn hợp đệm M(II) ppm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Fe(II) ppm 0 1,0 2,5 5 10 25 50 ACu-PAN 0,368 0,369 0,371 0,393 0,398 0,409 0,470 Sai số(%) 0,27 0,82 6,79 8,15 11,14 27,72 AZn-PAN 0,289 0.371 0.421 0.464 0.581 0.655 0.760 Sai số(%) 8,16 13,21 17,50 29,18 36,64 47,11 ACo-PAN 0,195 0,296 0,335 0,429 0,497 0,583 0,713 Sai số(%) 10,09 14,03 23,35 30,21 38,84 51,82 Từ bảng trên, nhận thấy khi dùng hỗn hợp đệm axetat 4.10-2M và citrat 1.10-3M sẽ loại trừ được ảnh hưởng của Fe(II). 3.1.7.2. Ảnh hưởng của Fe(III) Khảo sát ảnh hưởng của Fe(III) tương tự như ảnh hưởng của Fe(II). Kết quả như sau : Bảng 28 : Ảnh hưởng của Fe(III) đến độ hấp thụ quang trong đệm axetat M(II) ppm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Fe(III) ppm 0 0,25 0,5 1,0 2,5 5 10 25 ACu-PAN 0,368 0,392 0,405 0,484 0,574 0,688 0,883 0,955 Sai số(%) 6,47 10,16 31,65 55,93 87,08 139,82 159,63 AZn-PAN 0,289 0,301 0,340 0,398 0,477 0,505 0,613 0,645 Sai số(%) 2,16 4,25 17,65 37,82 65,13 74,63 112,21 ACo-PAN 0,195 0,208 0,218 0,260 0,340 0,428 0,539 0,593 Sai số(%) 6,43 11,59 33,12 74,35 119,42 176,31 203,97 Từ kết quả thu được, chúng tôi nhận thấy ion Fe(III) gây ảnh hưởng lớn đến phép đo xác định M(II). Khi nồng độ Fe(III) vượt quá 2 lần nồng độ M(II) thì sai số lớn hơn 15%, vượt quá giới hạn sai số cho phép của phương pháp trắc quang. Vì vậy, chúng tôi chọn ngưỡng ảnh hưởng của Fe(III) là gấp 2 lần lượng M(II). Khi tiến hành khảo sát trên nền hỗn hợp đệm axetat 4.10-2M và citrat 1.10-3M , thu được kết quả như sau: Bảng 29 : Ảnh hưởng của Fe(III) đến độ hấp thụ quang trong hỗn hợp đệm Cu(II) ppm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Fe(III) ppm 0 1,0 2,5 5 10 25 50 ACu-PAN 0,367 0,368 0,370 0,395 0,399 0,422 0,477 Sai số(%) 0,37 0,93 7,68 8,65 15,04 29,92 AZn-PAN 0,289 0,363 0,403 0,454 0,560 0,633 0,740 Sai số(%) 7,36 11,41 16,51 27,13 34,42 34,42 ACo-PAN 0,195 0,286 0,315 0,408 0,487 0,553 0,701 Sai số(%) 9,08 12,02 21,34 29,15 35,84 50,64 Từ bảng trên, nhận thấy khi dùng hỗn hợp đệm axetat 4.10-2M và citrat 1.10-3M sẽ loại trừ được ảnh hưởng của Fe(III). 3.2. Xác định Cu(II), Zn(II), Co(II) trong hỗn hợp Từ hình1, nếu cả ba ion có trong cùng một hỗn hợp thì phổ của các phức có sự xen phủ. Tiến hành kiểm tra sự sai khác giữa phổ hỗn hợp theo lý thuyết và thực tế như sau: Lấy vào 5 bình định mức cỡ 25 ml để có những lượng Cu(II) 0,5 ppm (bình 1) , Zn(II) 0,5 ppm (bình 2), Co(II) 1 ppm (bình 3), hỗn hợp Cu(II) 0,5 ppm + Zn(II) 0,5 ppm + Co(II) 1 ppm (bình 4) + 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 khoảng bước sóng 500 nm – 700 nm với dung dịch so sánh là mẫu trắng. Đặc trưng của phổ hấp thụ các phức màu Cu- PAN; Zn – PAN; Co – PAN và các phổ hỗn hợp theo lý thuyết và thực tế như hình 15. Phổ hấp thụ cho thấy có sự xen phủ giữa các phổ của các phức màu của các ion kim loại nên muốn xác định riêng rẽ từng ion kim loại trong sự có mặt của các ion khác, nhất thiết phải dùng phương pháp chiết hoặc tách. Các phổ có tính cộng tính thì thay vì phải tách, có thể dùng phương pháp xác định đồng thời sử dụng thuật toán hồi qui đa biến. 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 3.2.1. Xác định Cu(II), Zn(II), Co(II) trong hỗn hợp bằng phương pháp tách Các cation Cu(II), Zn(II), Co(II), Fe(III), Mn(II) có khả năng tạo phức clorua khác nhau. Cu(II) không tạo phức clorua, Zn(II) tạo phức clorua [ZnCl4]2- trong môi trường HCl 2M, Co(II) tạo phức clorua [CoCl4]2- trong môi trường HCl 4-9M. Dựa vào sự khác biệt này, chúng tôi lựa chọn phương pháp tách sắc kí trao đổi ion với nhựa trao đổi là nhựa anionit (Dowex 1) để tiến hành tách và xác định riêng rẽ từng cation Cu(II), Zn(II), Co(II). Pha động dùng để tách Co(II), Zn(II) lần lượt là HCl 4M và 0,5M. Trên cơ sở qui trình tách như mục 2.3.3, chúng tôi tiến hành tách và xác định các nguyên tố trên các mẫu giả. 3.2.1.1. Xác định theo phương pháp đường chuẩn Tiến hành thí nghiệm: Cho 5ml HCl 9M chạy qua cột sắc kí. Lấy vào bình định mức cỡ 10ml: 5ml hỗn hợp gồm các ion Cu(II) 10ppm, Zn(II) 10ppm, Co(II) 10ppm, Fe(II) 10ppm, Fe(III) 10 ppm, Mn(II) 10 ppm, dùng HCl đặc điều chỉnh sao cho nền axit trong bình là HCl 9M. Chuyển từ từ lượng 10 ml trong bình định mức ở trên lên cột, hứng dung dịch ở đầu cột bằng bình định mức cỡ 25ml (bình 1), sau khi dung dịch trên cột gần hết, tiếp tục thêm 5ml HCl 9M, dùng nước cất hai lần định mức bình 1 đến vạch, lắc đều. Lấy 5 ml dung dịch từ bình 1, cho vào bình định mức cỡ 25 ml (bình 2). Để rửa giải Co(II), chuyển 5ml HCl 4M lên cột, hứng dung dịch chảy ra vào bình định mức cỡ 10ml (bình 3). Dùng nước cất hai lần định mức bình 3 đến vạch, lắc đều. Lấy 5 ml dung dịch từ bình 3, cho vào bình định mức cỡ 25 ml (bình 4). Để rửa giải Zn(II), chuyển 5ml HCl 0,5M lên cột, hứng dung dịch chảy ra vào bình định mức cỡ 10ml (bình 5). Dùng nước cất hai lần định mức bình 5 đến vạch, lắc đều. Lấy 5 ml dung dịch từ bình 5, cho vào bình định mức cỡ 25 ml (bình 6). Đưa dung dịch trong các bình 2, 4, 6 về pH=5 rồi thêm các chất cần thiết để thực hiện phép đo quang theo điều kiện tối ưu (dung dịch đệm axetat 4.10-2M ở pH=6,5, hỗn hợp PAN 1,6,10-4M, Triton X-100 2%, dung dịch citrat 1.10-3M) tại các bước sóng tương ứng, dung dịch so sánh là mẫu trắng. Từ các dữ kiện đo quang tính nồng độ ion dựa vào các phương trình đường chuẩn và tính hệ số pha loãng ta được kết quả: Bảng 30. Hiệu suất thu hồi theo phương pháp tách dựa vào đường chuẩn Nồng độ lấy vào (định trước) Nồng độ thu được Hiệu suất thu hồi (%) Cu Zn Co Cu Zn Co Cu Zn Co 10 10 10 9,725 10,234 10,062 96,5 104,7 103,8 3.2.1.2. Xác định theo phương pháp thêm chuẩn Lấy vào 3 bình định mức cỡ 10 ml (trong nền HCl 9M) để có những hàm lượng khác nhau của ba nguyên tố và thêm vào đó các dung dịch chuẩn Cu(II) 50 ppm, Zn(II) 50 ppm, Co(II) 50 ppm. Nồng độ thêm chuẩn như sau: Bảng 31:Nồng độ thêm chuẩn Mẫu Nồng độ thêm chuẩn (ppm) Cu Zn Co 1 5,0 3,0 2,0 2 7,5 5,0 3,0 3 6 3,5 1,5 Đối với mỗi mẫu, qui trình tách cụ thể như mục 3.2.1.1. Từ các dữ kiện đo quang tính nồng độ ion dựa vào các phương trình đường thêm chuẩn và tính hệ số pha loãng ta được kết quả: Bảng 32: Hiệu suất thu hồi theo phương pháp tách dựa vào đường thêm chuẩn Nồng độ thêm chuẩn (ppm) Nồng độ thu được (ppm) Hiệu suất thu hồi (%) Cu Zn Co Cu Zn Co Cu Zn Co 5,0 3,0 2,0 4.86 3.07 2.01 97,25 102,3 100,6 7,5 5,0 3,0 7.44 5.18 2.99 99,2 103,5 99,68 6 3,5 1,5 5.83 3.56 1.56 97,1 101,8 104,0 Từ các giá trị hiệu suất thu hồi ở trên, nhận thấy kết quả tách sắc kí trao đổi ion khá tốt, đặc biệt là theo phương pháp đường thêm chuẩn. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gian và trải qua nhiều công đoạn rửa giải. 3.2.2. Sử dụng thuật toán hồi qui tuyến ttính đa biến xác định đồng thời Cu(II), Zn(II), Co(II) Trong phổ ở hình 15, nhận thấy phổ hỗn hợp thực tế và phổ hỗn hợp lý thuyết khá sát nhau và kết quả độ hấp thụ quang của các phổ đó tại mỗi hai bước sóng trong khoảng 500 – 700 nm như sau: Bảng 33: Độ hấp thụ quang của từng ion và của hỗn hợp trên toàn phổ l (nm) ACu(II) AZn(II) ACo(II) Ahỗn hợp (lý thuyết) Ahỗn hợp (thực tế) Sai số (%) 500 0,006 0,018 -0,245 -0,221 -0,222 -0,45 502 0,019 0,032 -0,207 -0,156 -0,16 -2,56 504 0,037 0,052 -0,16 -0,072 -0,078 -8,33 506 0,057 0,074 -0,109 0,022 0,012 5,45 508 0,077 0,099 -0,057 0,119 0,106 10,92 510 0,099 0,125 -0,004 0,22 0,203 7,73 512 0,121 0,152 0,052 0,325 0,303 6,77 514 0,14 0,175 0,106 0,421 0,396 5,94 516 0,163 0,199 0,158 0,519 0,491 5,39 518 0,182 0,214 0,204 0,6 0,569 5,17 520 0,2 0,224 0,248 0,673 0,639 5,05 522 0,216 0,227 0,286 0,729 0,693 4,94 524 0,23 0,226 0,321 0,776 0,738 4,90 526 0,241 0,221 0,351 0,814 0,774 4,91 528 0,25 0,216 0,377 0,843 0,802 4,86 530 0,257 0,211 0,4 0,867 0,826 4,73 532 0,262 0,208 0,419 0,888 0,846 4,73 534 0,266 0,207 0,435 0,908 0,865 4,74 536 0,269 0,21 0,448 0,926 0,884 4,54 538 0,271 0,215 0,458 0,944 0,901 4,56 540 0,273 0,222 0,468 0,963 0,921 4,36 542 0,275 0,231 0,477 0,982 0,94 4,28 544 0,277 0,241 0,484 1,002 0,96 4,19 546 0,279 0,252 0,492 1,023 0,981 4,11 548 0,282 0,264 0,499 1,045 1,002 4,11 550 0,284 0,277 0,507 1,069 1,026 4,02 552 0,287 0,289 0,516 1,092 1,049 3,94 554 0,289 0,298 0,524 1,112 1,068 3,96 556 0,291 0,302 0,533 1,126 1,082 3,91 558 0,292 0,297 0,542 1,132 1,088 3,89 560 0,292 0,284 0,551 1,126 1,082 3,91 562 0,289 0,262 0,558 1,11 1,066 3,96 564 0,285 0,234 0,564 1,083 1,041 3,88 566 0,277 0,203 0,568 1,049 1,007 4,00 568 0,267 0,172 0,569 1,008 0,967 4,07 570 0,255 0,143 0,568 0,965 0,925 4,15 572 0,24 0,116 0,563 0,92 0,881 4,24 574 0,224 0,094 0,555 0,873 0,835 4,35 576 0,206 0,076 0,544 0,826 0,79 4,36 578 0,188 0,062 0,529 0,78 0,745 4,49 580 0,171 0,051 0,511 0,733 0,699 4,64 582 0,154 0,042 0,492 0,688 0,656 4,65 584 0,139 0,034 0,472 0,645 0,615 4,65 586 0,125 0,029 0,45 0,604 0,575 4,80 588 0,112 0,024 0,43 0,566 0,538 4,95 590 0,1 0,02 0,41 0,53 0,504 4,91 592 0,089 0,017 0,391 0,498 0,473 5,02 594 0,08 0,015 0,375 0,469 0,446 4,90 596 0,072 0,013 0,36 0,445 0,422 5,17 598 0,064 0,012 0,347 0,423 0,402 4,96 600 0,058 0,01 0,337 0,406 0,385 5,17 602 0,053 0,01 0,329 0,391 0,371 5,12 604 0,047 0,009 0,323 0,379 0,36 5,01 606 0,043 0,008 0,318 0,369 0,35 5,15 608 0,04 0,008 0,314 0,362 0,343 5,25 610 0,036 0,007 0,312 0,355 0,337 5,07 612 0,033 0,007 0,31 0,35 0,332 5,14 614 0,03 0,007 0,309 0,346 0,328 5,20 616 0,028 0,006 0,308 0,343 0,324 5,54 618 0,025 0,006 0,308 0,339 0,321 5,31 620 0,023 0,006 0,307 0,336 0,318 5,36 622 0,022 0,006 0,305 0,333 0,315 5,41 624 0,02 0,006 0,302 0,328 0,31 5,49 626 0,018 0,005 0,297 0,321 0,304 5,30 628 0,017 0,005 0,291 0,313 0,297 5,11 630 0,015 0,005 0,282 0,303 0,288 4,95 632 0,014 0,005 0,271 0,291 0,276 5,15 634 0,014 0,005 0,258 0,277 0,264 4,69 636 0,012 0,005 0,243 0,261 0,249 4,60 638 0,012 0,005 0,227 0,245 0,234 4,49 640 0,011 0,005 0,21 0,226 0,216 4,42 642 0,01 0,005 0,194 0,209 0,201 3,83 644 0,01 0,005 0,178 0,193 0,185 4,15 646 0,009 0,005 0,163 0,177 0,17 3,95 648 0,009 0,005 0,149 0,163 0,157 3,68 650 0,008 0,005 0,136 0,149 0,144 3,36 652 0,008 0,005 0,124 0,136 0,132 2,94 654 0,007 0,005 0,113 0,125 0,121 3,20 656 0,007 0,005 0,103 0,115 0,111 3,48 658 0,007 0,005 0,094 0,105 0,102 2,86 660 0,006 0,005 0,085 0,097 0,094 3,09 662 0,006 0,005 0,078 0,089 0,087 2,25 664 0,006 0,005 0,072 0,083 0,08 3,61 666 0,005 0,005 0,067 0,078 0,075 3,85 668 0,005 0,005 0,063 0,073 0,07 4,11 670 0,005 0,005 0,058 0,068 0,066 2,94 672 0,005 0,005 0,055 0,065 0,062 4,62 674 0,005 0,005 0,052 0,062 0,059 4,84 676 0,004 0,005 0,049 0,059 0,056 5,08 678 0,004 0,005 0,047 0,056 0,053 5,36 680 0,004 0,005 0,045 0,054 0,051 5,56 682 0,004 0,005 0,043 0,052 0,049 5,77 684 0,003 0,005 0,041 0,05 0,047 6,00 686 0,003 0,005 0,04 0,048 0,046 4,17 688 0,003 0,005 0,039 0,047 0,044 6,38 690 0,003 0,005 0,037 0,046 0,043 6,52 692 0,003 0,005 0,036 0,044 0,042 4,55 694 0,003 0,005 0,035 0,043 0,04 6,98 696 0,003 0,005 0,034 0,042 0,039 7,14 698 0,003 0,005 0,034 0,041 0,038 7,32 700 0,003 0,005 0,033 0,04 0,037 7,50 Phổ hấp thụ của hỗn hợp phức theo lý thuyết và theo thực tế trùng nhau trong giới hạn sai số cho phép (< 15%), các phức Cu – PAN, Zn – PAN, Co- PAN có tính cộng tính tốt. Vì vậy, chúng tôi tiến hành sử dụng phương pháp hồi quy đa biến tuyến tính để xác định đồng thời 3 ion trên. Phương pháp hồi quy đa biến tuyến tính (CLS, ILS, PLS, PCR) Kiểm tra tính cộng tính của dung dịch hỗn hợp Cu(II), Zn(II) và Co(II) ở bước sóng cực đại của mỗi phức và trên toàn phổ. Pha 27 dung dịch chuẩn chứa đồng thời Cu(II), Zn(II) và Co(II) trong khoảng tuyến tính đã khảo sát. Ghi phổ hấp thụ của các dung dịch phức trong khoảng bước sóng thích hợp l= 500- 700 nm. Nhập số liệu ma trận nồng độ đã xây dựng và ma trận độ hấp thụ quang thu được vào phần mềm Matlab theo chương trình máy tính. Chạy chương trình Matlab để tính kết quả hàm lượng của Cu(II), Zn(II) và Co(II) trong mẫu tự tạo (mẫu kiểm tra) và mẫu thực tế. 3.2.2.1. Thuật toán CLS Nhập ma trận số liệu nồng độ các chất trong cùng hỗn hợp khi xây dựng đường chuẩn X (mxk). Nhập tín hiệu phân tích dưới dạng vectơ cột hoặc ma trận. Viết câu lệnh tính hệ số K của phương trình hồi qui với:K= inv(X’*X)*X’*y Nhập tín hiệu phân tích y0 của mẫu cần định phân. Tính X0=y0*K’ *inv(K*K’) Dữ liệu đầu vào Ma trận nồng độ Cchuan (27X3) (biến độc lập) gồm 27 dung dịch chuẩn của 3 cấu tử Cu(II) , Zn(II) , Co(II). Ma trận biến phụ thuộc độ hấp thụ quang Achuan (27X100) của 27 dung dịch chuẩn đo tại 100 bước sóng trong vùng phổ 500-700 nm (chọn khoảng bước sóng 540 – 639 nm). Ma trận giá trị độ hấp thụ quang Aktra (20X100) của 20 mẫu kiểm tra đo tại 100 bước sóng trong vùng phổ 500-700 nm (biến phụ thuộc), (chọn bước sóng 540 – 639 nm). Ma trận nồng độ kiểm tra Cktra (20X3) gồm 20 dung dịch kiểm tra của 3 cấu tử Cu(II) , Zn(II) , Co(II) cần phân tích đồng thời. Ma trận giá trị độ hấp thụ quang Amau (8X100) của mẫu thực tế đo tại 100 bước sóng trong vùng phổ 500-700 nm (biến phụ thuộc). Các thuật toán %Phuong phap CLS: %Nhap ma tran nong do Cchuan(27x3) %Nhap ma tran do hap thu quang Achuan(27x100) %Tinh ma tran he so hoi quy K: K=inv(Cchuan'*Cchuan)*Cchuan'*Achuan; %Nhap ma tran do hap thu quang cua mau kiem tra: Aktra(20x100) %Tinh nong do mau kiem tra: Cktracls=Aktra*K'*inv(K*K'); %Tinh sai so giua nong do chuan voi nong do xac dinh duoc tu PP CLS: Scls=(Cktra-Cktracls)*100./Cktra; %Nhap ma tran do hap thu quang cua mau: Amau(8X100) %Tinh nong do cac chat trong mau: Cmaucls=Amau*K'*inv(K*K'); Kết quả Bảng 34: Sai số giữa nồng độ mẫu chuẩn và nồng độ xác định được từ phương pháp CLS Cktra (ppm) Cktracls (ppm) Scls Cu(II) Zn(II) Co(II) Cu(II) Zn(II) Co(II) Cu(II) Zn(II) Co(II) 0 0,6 0,6 0,00 0,62 0,59 - -2,88 1,05 0 0,6 0,8 0,00 0,53 0,79 - 12,05 0,87 0 0,8 0 -0,01 0,84 0,00 - -5,32 - 0 0,8 0,6 -0,01 0,73 0,60 - 8,95 0,31 0 0,8 0,8 -0,01 0,79 0,80 - 1,48 0,36 0,6 0 0 0,61 0,01 0,00 -1,81 - - 0,6 0 0,6 0,60 0,03 0,61 0,39 - -0,89 0,6 0 0,8 0,59 0,02 0,82 1,57 - -2,27 0,6 0,6 0 0,60 0,64 0,00 0,07 -6,93 - 0,6 0,6 0,6 0,58 0,50 0,61 4,04 17,32 -0,98 0,6 0,6 0,8 0,58 0,48 0,81 4,16 19,36 -1,02 0,6 0,8 0 0,59 0,77 0,00 2,33 4,32 - 0,6 0,8 0,6 0,58 0,70 0,59 3,69 12,84 0,93 0,6 0,8 0,8 0,57 0,57 0,81 5,52 28,96 -0,85 0,8 0 0 0,80 0,03 0,02 -0,11 - - 0,8 0 0,6 0,78 0,02 0,60 2,07 - -0,01 0,8 0 0,8 0,78 0,04 0,81 2,69 - -1,42 0,8 0,6 0 0,78 0,57 0,00 2,93 4,69 - 0,8 0,6 0,6 0,77 0,52 0,60 3,54 12,84 -0,33 0,8 0,6 0,8 0,76 0,49 0,80 5,62 18,23 0,14 Từ bảng kết quả trên, ta thấy hầu hết sai số thu được đều thuộc giới hạn sai số cho phép, ngay cả khi trong dung dịch kiểm tra có một hoặc hai cấu tử vẫn cho kết quả tốt. Một số mẫu kiểm tra, kết quả chạy máy xác định được hàm lượng cấu tử (dù hàm lượng đầu vào = 0), nhưng kết quả nhận được dưới LOD nên có thể xem như đây là do nhiễu trong phép đo. Như vậy, thuật toán CLS có khả năng áp dụng tốt vào việc phân tích mẫu thực tế (qui trình phân tích và xác định nêu ở mục 3.3.2.) 3.2.2.2. Thuật toán ILS Dữ liệu đầu vào Ma trận (biến độc lập) nồng độ Cchuan (27X3) của 27 dung dịch chuẩn chứa ba cấu tử Cu(II) , Zn(II) , Co(II). Ma trận độ hấp thụ quang Achuan (27X20) của 27 dung dịch chuẩn đo tại 20 bước sóng đặc trưng trong vùng phổ 500 – 700 nm (chọn bước sóng mà ở tại đó đạt tính cộng tính tốt 550 - 569). Ma trận giá trị biến phụ thuộc độ hấp thụ quang Aktra (20X20) của 20 mẫu kiểm tra đo ở 20 bước sóng. Ma trận nồng độ các dung dịch kiểm tra Cktra (20X3) Ma trận giá trị biến phụ thuộc độ hấp thụ quang Amau (8X20) của mẫu cần phân tích đo ở 20 bước sóng. Các thuật toán %Phuong phap ILS: %Nhap ma tran nong do Cchuan(27x3) %Nhap ma tran do hap thu quang cua 27 dung dich chuan tai 20 buoc song: Achuan(27x20) %Tinh ma tran he so hoi quy: P=inv(Achuan'*Achuan)*Achuan'*Cchuan; %Nhap ma tran do hap thu quang cua mau kiem tra: Aktra(20x20) %Tinh nong do chat trong mau kiem tra: Cktrails=Aktra*P; %Tinh sai so giua nong do chuan voi nong do xac dinh duoc tu ILS: Sils=(Cktra-Cktrails)*100./Cktra; %Nhap ma tran do hap thu quang cua mau Amau(8x20) %Tinh nong do cua mau: Cmauils=Amau*P; Kết quả Bảng 35: Sai số giữa nồng độ mẫu chuẩn và nồng độ xác định được từ phương pháp ILS Cktra Cktrails Sils Cu Zn Co Cu Zn Co Cu Zn Co 0 0,6 0,6 -0,03 0,69 0,61 - -14,37 -1,36 0 0,6 0,8 0,02 0,30 0,77 - 50,07 3,81 0 0,8 0 -0,04 1,05 0,03 - -31,66 - 0