Bài giảng Hóa phân tích tham khảo - Bài 1: Đại cương về hoá phân tích

Nội dung text: Bài giảng Hóa phân tích tham khảo - Bài 1: Đại cương về hoá phân tích

1. II. PHAÂN LOAÏI CAÙC PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH 1. Phaân loaïi theo baûn chaát (ñaëc ñieåm) phöông phaùp 1.1 Phöông phaùp hoùa hoïc Duøng phaûn öùng hoùa hoïc ñeå chuyeån caáu töû khaûo saùt thaønh hôïp chaát môùi maø vôùi tính chaát ñaëc tröng naøo ñoù cuûa hôïp chaát môùi, ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc söï hieän dieän vaø haøm löôïng cuûa caáu töû khaûo saùt. Ví duï : trong moâi tröôøng ammoniac, Ni 2+ tham gia phaûn öùng hoùa hoïc vôùi dimethyl glyoxim (DMG) laøm xuaát hieän tuûa coù maøu ñoû son. Nhö vaäy, khi cho dung dòch DMG taùc duïng vôùi dung dòch phaân tích: - Neáu dung dòch tuûa ñoû son, keát luaän coù Ni 2+ trong dung dòch phaân tích (ñònh tính). - Taùch vaø caân tuûa ta xaùc ñònh ñöôïc haøm löôïng Ni 2+ trong maãu (ñònh löôïng). 1.2 Phöông phaùp phaân tích duïng cuï Phaân tích duïng cuï laø teân goïi chung cuûa nhöõng PP phaân tích phaûi duøng caùc duïng cuï vaø thieát bò thích hôïp ñeå phaân tích thoâng qua vieäc xaùc ñònh moät ñaïi löôïng vaät lyù ñaëc tröng cuûa maãu khaûo saùt hay dung dòch phaân tích khi coù söï töông taùc giöõa chuùng vaø caùc yeáu toá taùc ñoäng: böùc xaï, ñieän, nhieät, Töø keát quaû töông taùc ñöôïc ghi nhaän coù theå ñònh tính vaø ñònh löôïng maãu. Caøng ngaøy, caùc thieát bò duøng trong phaân tích caøng ñöôïc phaùt trieån vaø hieän ñaïi hoùa vaø vì vaäy vai troø cuûa phöông phaùp phaân tích duïng cuï ngaøy caøng ñöôïc naâng cao. Öu ñieåm cuûa caùc phöông phaùp phaân tích duïng cuï laø ñoä nhaïy cao, toác ñoä phaân tích nhanh, löôïng maãu phaân tích beù khi so saùnh noù vôùi phöông phaùp phaân tích hoùa hoïc: Chæ tieâu so saùnh Phöông phaùp hoùa hoïc Phöông phaùp duïng cuï Löôïng maãu Lôùn (keùm nhaïy) Nhoû (nhaïy) Tính choïn loïc Khoâng cao Cao Thôøi gian Chaäm Nhanh Ñoä chính xaùc Chính xaùc (*) Chính xaùc (*) Duïng cuï Ñôn giaûn, reû tieàn Toái taân, ñaét tieàn Ngöôøi phaân tích Trình ñoä kyõ thuaät cao (*) Neáu haøm löôïng caáu töû trong maãu khaûo saùt khoâng quaù beù, ñoä chính xaùc cuûa baát kyø phöông phaùp phaân tích naøo cuõng khoâng theå vöôït quaù ñoä chính xaùc cuûa phöông phaùp phaân tích hoùa hoïc . Phöông phaùp phaân tích duïng cuï ñöôïc caáu thaønh töø 2 nhoùm phöông phaùp: (1) phöông phaùp phaân tích vaät lyù vaø (2) phöông phaùp phaân tích hoùa lyù. Phöông phaùp vaät lyù laø caùc phöông phaùp phaân tích ñònh tính hoaëc ñònh löôïng döïa vaøo moät moái quan heä hoã töông giöõa thaønh phaàn hoùa hoïc vaø moät tính chaát vaät lyù ñaëc tröng naøo ñoù cuûa maãu nghieân cöùu nhö tính chaát quang, ñieän, töø, hoaëc caùc tính chaát vaät lyù khaùc nhö khoái löôïng rieâng hay tyû troïng; nhieät ñoä noùng chaûy, nhieät ñoä soâi, nhieät ñoä ñoâng ñaëc; chieát suaát, ñoä tan trong dung moâi Phöông phaùp vaät lyù coù moät soá öu ñieåm so vôùi caùc phöông phaùp hoùa hoïc nhö coù theå taùch ñöôïc caùc nguyeân toá khoù bò taùch bôûi phöông phaùp hoùa hoïc, deã aùp duïng cho caùc quaù trình töï ñoäng hoùa. Phöông phaùp hoùa lyù laø phöông phaùp phaân tích döïa treân söï keát hôïp giöõa phöông phaùp vaät lyù vaø phöông phaùp hoùa hoïc : sau khi thöïc hieän phaûn öùng hoùa hoïc giöõa caáu töû 2
2. - Phöông phaùp ño ñoä daãn - Phöông phaùp ñieän löôïng 1.2.3 Nhoùm caùc phöông phaùp phaân tích saéc kyù Saéc kyù laø quaù trình taùch döïa treân söï chuyeån dòch cuûa hoãn hôïp phaân tích qua lôùp chaát baát ñoäng ôû traïng thaùi raén hoaëc traïng thaùi loûng taåm treân chaát mang raén (ñöôïc goïi laø pha tónh) vaø söï chuyeån dòch ñoù ñöôïc thöïc hieän baèng moät chaát loûng hoaëc chaát khí coù khaû naêng di chuyeån (goïi laø pha ñoäng). Caùc phöông phaùp phaân tích saéc kyù cuï theå bao goàm nhoùm saéc kyù haáp phuï (raén – khí, raén – loûng); nhoùm saéc kyù phaân boá (loûng – loûng, loûng – khí ), saéc kyù trao ñoåi ion vaø saéc kyù raây phaân töû. Quaù trình taùch saéc kyù coù theå xaûy ra treân coät hoaëc treân maët phaúng nhö giaáy, baûn moûng. Phöông phaùp saéc kyù ñöôïc söû duïng roäng raõi ñeå taùch nhöõng chaát voâ cô vaø höõu cô gioáng nhau veà thaønh phaàn vaø tính chaát, ñaëc bieät laø coù theå taùch ñöôïc caùc nguyeân toá ñaát hieám vaø nhöõng nguyeân toá phoùng xaï vôùi hieäu quaû khaù cao. Ngoaøi khaû naêng taùch, phöông phaùp saéc kyù coøn ñöôïc duøng ñònh tính vaø ñònh löôïng raát nhieàu loaïi maãu thuoäc caùc lónh vöïc khoa hoïc vaø coâng nghieäp khaùc nhau. Ngoaøi caùc nhoùm phöông phaùp treân, thuoäc nhoùm phöông phaùp phaân tích duïng cuï ΦS φm Mu (A,B,C) C B A coøn coù phöông phaùp phaân tích phoùng xaï döïa treân söï ño caùc böùc xaï cuûa caùc nguyeân töû coù hoaït tính phoùng xaï, caùc phöông phaùp phaân tích nhieät , phöông phaùp phaân tích nhieät ñieän, phöông phaùp ño ñoä daãn nhieät, phöông phaùp chuaån ñoä nhieät löôïng 1.3 Caùc phöông phaùp khaùc Caùc phöông phaùp ñöôïc giôùi thieäu döôùi ñaây thöôøng duøng cho phaân tích ñònh tính: 1.3.1 Phöông phaùp nghieàn Maãu thoâ ban ñaàu nghieàn vôùi KSCN, neáu xuaát hieän maøu ñoû maùu töùc laø maãu coù Fe 3+ . 1.3.2 Phöông phaùp thöû nghieäm ngoïn löûa Moät soá kim loaïi phaùt ra böùc xaï coù maøu ñaëc tröng khi ñöôïc ñoát treân ngoïn löûa xanh cuûa ñeøn khí : Na : löûa vaøng K : löûa ñoû tím Ca : löûa ñoû gaïch Ba : löûa ñoû luïc 1.3.3 Phöông phaùp soi tinh theå döôùi kính hieån vi Duøng kính hieån vi coù theå phaân bieät ñöôïc caùc daïng tinh theå cuûa caùc hôïp chaát khaùc nhau nhö phaân bieät SrCrO 4 vôùi BaCrO 4, phaân bieät CuSO 4 vôùi BaSO 4 4
3. III. CAÙC LOAÏI PHAÛN ÖÙNG HOÙA HOÏC DUØNG TRONG HPT 1. Phaân loaïi 1.1 Phaûn öùng acid baz Phaûn öùng trao ñoåi H + giöõa ñoâi acid/baz, thöôøng duøng trong HPT ñeå: - Ñònh tính : ño pH cuûa dung dòch maãu - Hoøa tan maãu : CaCO3 + HCl → CaCl 2 + CO 2 + H 2O - Ñònh löôïng : HCl + NaOH → NaCl + H 2O 1.2 Phaûn öùng oxy hoùa khöû Phaûn öùng trao ñoåi ñieän töû giöõa ñoâi oxy hoùa/khöû . Ñöoïc söû duïng ñeå: 3+ − 2+ - Ñònh tính : 2Fe + 2I → 2Fe + I 2 − I 2 xuaát hieän laøm xanh giaáy taåm tinh boät ⇒ maãu coù I - Hoøa tan : 3Cu + 8HNO 3 → 3Cu(NO 3)2 + 2NO + 4H 2O NO + 1/2O 2 → NO 2 khoùi naâu − 2+ + 2+ 3+ - Ñònh löôïng : MnO 4 + 5Fe + 8H → Mn + 5Fe + 4H 2O 1.3 Phaûn öùng taïo tuûa Phaûn öùng trao ñoåi ion ñeå taïo thaønh hôïp chaát ít tan, duøng ñeå: − - Ñònh tính : Ag + + I → AgI ↓ vaøng + 2+ 2+ - Taùch nhoùm : Ag , Pb ,Hg 2 + HCl → AgCl ↓,PbCl 2↓, Hg 2Cl 2↓ 2− 2+ - Ñònh löôïng : SO 4 + Ba → BaSO 4↓ 1.4 Phaûn öùng taïo phöùc : Phaûn öùng keát hôïp ion ñeå taïo phöùc chaát deã tan, duøng ñeå: 3+ − (3-n)+ - Ñònh tính : Fe + nSCN → [Fe(SCN) n] ñoû maùu n+ 2− (n − 4)+ + - Ñònh löôïng : M + H 2Y → MY + 2H + − - Hoøa tan : AgCl ↓ + 2NH 4OH → [Ag(NH 3)2] + Cl + 2H 2O - Che caáu töû döôùi daïng phöùc beàn : 2+ 2+ – – 2– + Loaïi Ni : Ni + 4CN → [Ni(CN )4] + Ñeå traùnh taïo tuûa CuS : 2+ Cu(NH 3)2 + H 2S → CuS - Giaûi che (traû caùc ion bò che veà traïng thaùi töï do): + – 2– – – 2+ 2Ag + [Ni(CN )4] → 2[Ag(CN )2] + Ni 2. Yeâu caàu ñoái vôùi caùc phaûn öùng trong HPT - Phaûn öùng phaûi töùc thôøi - Phaûn öùng phaûi hoaøn toaøn (haèng soá caân baèng K ≥ 10 7). - Phaûn öùng phaûi coù heä soá xaùc ñònh vaø cho saûn phaåm coù thaønh phaàn xaùc ñònh. - Phaûi coù daáu hieäu ñeå nhaän bieát luùc phaûn öùng chaám döùt. 3. Yeâu caàu ñoái vôùi thuoác thöû duøng trong HPT - Phaûi coù ñoä tinh khieát cao ( ≥99,90% ) - Phaûi coù tính choïn loïc (hay ñaëc hieäu) cao (chæ phaûn öùng caáu töû quan taâm trong dung dòch chöùa ñoàng thôøi nhieàu caáu töû). - Phaûi nhaïy, nghóa laø coù khaû naêng phaùt hieän caáu töû khaûo saùt hieän dieän trong maãu vôùi haøm löôïng thaáp. Tính nhaïy ñöôïc bieåu dieãn thoâng qua giôùi haïn phaùt hieän (löôïng toái thieåu cuûa caáu töû khaûo saùt - tính baèng g/ml – maø thuoác thöû phaùt hieän ñöôïc) hoaëc ñoä 6
4. 2. Giai ñoaïn chuyeån maãu thaønh dung dòch Moät soá ít tröôøng hôïp maãu phaân tích coù theå ôû traïng thaùi raén, nhöng ña soá caùc tröôøng hôïp ñoøi hoûi phaûi hoøa tan ñeå chuyeån maãu raén thaønh DD coù noàng ñoä xaùc ñònh. Coù hai caùch chuyeån maãu hoaøn toaøn thaønh dung dòch phaân tích: phöông phaùp öôùt vaø phöông phaùp khoâ. 2.1 Phöông phaùp öôùt Maãu ñöôïc hoøa tan trong dung moâi thích hôïp. Dung moâi coù theå laø nöôùc caát hay dung dòch acid vôùi noàng ñoä thích hôïp : - Nöôùc caát : hoøa tan caùc loaïi muoái (NaCl, KNO3, Na 2CO 3 ), caùc loaïi ñöôøng 2− 3− 2− 2− - Dung dòch HCl : hoøa tan maãu CO 3 , PO 4 , SO 3 , S - Dung dòch HNO 3 : hoøa tan maãu PbS, Bi 2S3, As 2S3, CuS, Hg 2SO 4, hôïp kim o - Dung dòch H 2SO 4 (ñaäm ñaëc ,200 C): laø chaát oxy hoùa maïnh, coù theå hoøa tan caùc loaïi theùp khoâng gæ. 2− - Dung dòch HF : hoøa tan maãu SiO 3 , SiO 2, H 2SiO 3. 2.2 Phöông phaùp khoâ Nhieàu oxit nhö Al 2O3, Fe 2O3, TiO 2, hoaëc quaëng crom hoaëc ferosilic khoù tan trong caùc dung moâi treân. Ta chæ coù theå chuyeån chuùng sang daïng dung dòch baèng caùch nung khoâ chuùng vôùi hoùa chaát raén coù tính kieàm nhö : NaOH , Na 2CO 3, K 2S2O7, Na 2O2, o Na 2B4O7 ôû 500-1000 C trong loø nung. Maãu vaø chaát kieàm ñöôïc chöùa trong cheùn baèng Pt hay Ni. Caáu töû ñöôïc chuyeån thaønh muoái deã tan, sau ñoù ñöôïc hoøa tan baèng dung moâi thích hôïp. Duø chuyeån maãu thaønh dung dòch theo phöông phaùp naøo, cuõng phaûi baûo ñaûm caùc yeâu caàu sau : - Khoâng laøm maát maãu trong quaù trình hoøa tan. - Khoâng laøm baån maãu (ñöa theâm caáu töû laï) khi hoøa tan 3. Choïn phöông phaùp thích hôïp vaø thöïc hieän phaûn öùng Phöông phaùp thích hôïp laø phöông phaùp coù ñoä nhaïy, ñoä choïn loïc, toác ñoä phaân tích cao vaø cho keát quaû gaàn vôùi keát quaû thöïc. Sau khi choïn ñöôïc phöông phaùp thích hôïp, thöïc hieän phaûn öùng giöõa dung dòch maãu phaân tích vaø thuoác thöû theo nhöõng ñieàu kieän xaùc ñònh. Quan saùt caùc daáu hieäu ñaëc tröng xuaát hieän khi phaûn öùng xaûy ra (ñònh tính) hoaëc ño theå tích hoaëc caân khoái löôïng hôïp chaát taïo ra (ñònh löôïng). 4. Kieåm chöùng keát quaû vaø xöû lyù keát quaû phaân tích Ñoái vôùi phaân tích ñònh tính, ngöôøi ta coù theå kieåm chöùng laïi caùc keát quaû baèng nhöõng phaûn öùng ñaëc hieäu khaùc. Neáu laø phaân tích ñònh löôïng, ngöôøi ta tính keát quaû phaân tích döïa vaøo caùc döõ kieän ghi nhaän ñöôïc vaø bieåu dieãn keát quaû phaân tích theo caùc yeâu caàu cuûa phöông phaùp thoáng keâ. 8