M ự c LỤC
Lời nói đầu
9
Phần mở đầu
Chương 1
ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA PHÂN TÍCH
1 .1
Nội dung và yêu cầu của hóa phân tích
11
11
1.2 Phân loại các phương pháp phân tích
12
1.3 Các loại phản ứng hóa học dùng trong hóa phân tích
18
1.4 Các giai đoạn của một phương pháp phân tích
22
NHẮC LẠI MỘT SỐ KIẾN THỨC CẨN CHO HÓA PHÂN TÍCH
25
Chương 2
2.1 Dung dịch - nồng độ dung dịch
25
2.2 Cân bằng hóa học - định luật tác dụng khối lượng
31
2.3 Định luật tác dụng đương lượng
32
Chương 3
HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỬA CÁC CÂN BẰNG HÓA HỌC
ĐƠN GIAN t r o n g N ư ớ c
34
3.1 Cân bằng trao đổi điện tử
34
3.2 Cân bằng trao dổi tiểu phân
39
3.3 Úng dụng
46
Chương 4
HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG ĐIỀU KIỆN CỬA CÁC CÂN BẰNG
HÓA HỌC TRONG NƯỚC
58
4.1 Khái niệm về cân bằng nhiễu
58
4.2 Hằng số đặc trưng điều kiện của cân bằng trao dổi điện tử
61
4.3 Hằng số đặc trứng điều kiện của bán cân bằng trao đổi
tiểu phân
67
4.4 Úng dụng
72
Chương 5
XỬ LÝ SỐ T.TF.TTTHựC n g h iệm t h e o p h ư ơ n g p h á p t h ố n g Kê 79
5.1 Các dại lượng thống kê và các loại sai sô' trong
hóa phân tích
80
5.2 Sự phân phôi của sai số ngẫu nhiên - đường cong
sai số chuẩn
84
5.3 ứng dụng
88
P h ầ n hai
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC
95
Chương 6
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG
97
6.1 Nguyên tắc
6 .2
97
Các giai đoạn của phương pháp phân tích khối lượng
kết tủa
6 .3
98
Úng dụng
Chương 7
110
(■
113
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH
(PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ)
113
7.1 Một số khái niệm
113
7.2 Đường chuẩn độ
114
7.3 Chất chỉ thị trong phương pháp phân tích thể tích ' 118
7.4 Các cách chuẩn độ thông dụng
.
125
7.5 Cách tính kết quả troíig phương pháp phân tích thể tích 126
7.6 Sai số hệ thống trong phướng pháp phân tích thể tích
128
7.7 Các phản ứng rihiiắn độ thông dung trong hóa phân tích
144
P h ẩ n ba
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH P H ổ NGHIỆM
161
Chương 8
KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ
163
8.1 Bức xạ điện từ
163
8.2 Tương tác giữa bức xạ diện từ và vật chất
165
8.3 Nguyên lý cấu tạo quang phổ kế
171
8.4 Định luật Lambert - Beer
183
Chương 9
PHỔ NGUYÊN TỬ - PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THU
VÀ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ
191
9.1 Phổ phát xạ nguyên tử
192
9.2 Phổ hấp thu nguyên tử
208
9.3 Các yếu 'tố khác ảnh hưởng đến phổ phát xạ và hấp thu
nguyên tử ngọn lửa
21 0
Chương 10
PHỔ TỬ NGOẠI - KHẢ KIÊN
1 0 .1
Cơ sở lý thuyết
1 0 .2
Sự hấp thu bức xạ tử ngoại - khả kiến của hợp chất
vô cơ và phức chất
213
213
221
10.3 Sự hấp thu bức xạ tử ngoại - khả kiến của hợp chất
hữu cơ
10.4 Kỹ thuật thực nghiệm và ứng dụng
224
231
Chương 1 ĩ
PHỔ HỒNG NGOẠI VÀ PHỔ RAMAN
11.1 Phổ hồng ngoại
238
238
11.2 Hấp thu hồng ngoại của một số hợp chất hữu cơ
và vô cơ
253
11.3 Kỹ thuật thực nghiêm và ứng dụng phương pháp
quang phổ hồng ngoại
269
11.4 Một số khái niệm về phổ khuếch tán tán xạ tổ hợp
(phổ raman)
Chương 12
PHỔ HUỲNH QUANG VÀ LÂN QUANG
274
281
12.1 Sự tạo thành phổ huỳnh quang và lân quang
281
12.2 Đặc điểm của quá trình phát quang
284
12.3 Thiết bị phân tích huỳnh quang và lản quang
287
12.4 Úng dụng của phổ huỳnh quang và lân quang
289
Chương 13
PHÓ CỘNG HƯỞNG Từ
291
13.1 Cộng hưởng từ hạt nhân
291
13.2 Cộng hưởng từ điện tử
330
Chương 14
PHƯƠNG PHÁP KHỐI PHỔ (P hổ k h ối lượng)
14.1 Các giai đoạn hình thành khối phổ
333
333
14.2 lon hóa bầng va chạm điện tử - các yếu tô' chi phôi đến
sự phân mảnh
337
14.3 Khối phổ của một sô' hợp chất hữu cơ
348
14.4 Kỹ thuật thực nghiệm và ứng dụng
355
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHẨN TÍCH ĐIỆN HÓA
359
P h ầ n bốn
Chương ĩ 5
KHÁI QUÁT VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA
361
15!1 Một số khái niệm
361
15.2 Các thuyết của quá trình điện hóa
367
15.3 Phân loại các phương pháp phân tích điện hóa
Chương 16
382
PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN KHỐI LƯỢNG VÀ ĐO ĐIỆN LƯỢNG 384
16.1 Phương pháp điện khôi lượng
16.2 Sơ lược về phương pháp đo điện lượng
Chương 17
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DựA VÀO VIỆC ĐO THẾ
384
396
399
17.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp
399
17.2 Điện cực dùng trong phương pháp phân tích đo thê
401
17.3 Kỹ thuật thực nghiệm và ứng dụng
Chương ĩ 8
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VOLT - AMPERE
413
422
18.1 Cơ sở của phương pháp
422
18.2 Kỹ thuật thực nghiệm và ứng dụng
431
Phần năm
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮC KÝ
Chương 19
CÁC VẤN ĐỂ CHƯNG CỬA PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
443
445
445
19.1 Đại cương về phương pháp sắc ký
445
19.2 Peak sắc ký
452
19.3 Các đại lượng cơ bản của sắc ký
456
19.4 Tối ưu hóa quá trình sắc ký
467
19.5 Kỹ thuật thực nghiệm và ứng dụng
471
Chương 20
GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
479
20.1 Sắc ký hấp phụ lỏng (trên cột)
479
20.2 Sắc ký phân bố (trên cột)
483
20.3 Sắc ký trao đổi ion
486
20.4 Sắc ký rây phân tử
496
20.5 Sắc ký trên bản mỏng
498
20.6 Sắc ký giấy
505
20.7 Sắc ký khí
507
20.8 Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
516
20.9 Úng dụng
521
Chương 21
PHƯƠNG PHÁP TÁCH BẰNG ĐIỆN DI MAO QUẢN
523
21.1 Lý thuyết của quá trình tách bkng điện dí mao quản
523
21.2 Kỹ thuật thực nghiệm
532
Tài liệu tham khảo
540
Lời n ó i đ ầ u
Hóa p h à n tích là m ột phần của khoa học hóa học, và là m ôt
trong những môn học mà sinh viên khoa Hóa của các trường đại học
khoa học tự nhiên và kỹ thuật đều p h ả i học. N gày nay, nhờ sự p h á t
triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử oà tin học, các th iế t bị phân
tích hóa học đã được hiện đại hóa, cho phép ta xác đ ịn h nhanh
chóng các m ẫu p h â n tích chứa hàm lượng rất nhỏ với độ chính xác
%
cao. N h iều phòng th í nghiệm của các trường đại học, các viện, các
trung tâm và các xí nghiệp được trang bị ngày càng nhiều các thiết
bị p h â n tích và đ ể có th ề điều khiển các thiết bị này, đòi hỏi p h ả i có
m ột số hiểu biết nhất định về cơ sở lý thuyết và kỹ th u ậ t vận hành
chủng.
Quyến sách P H Â N TÍC H Đ ỊN H LƯỢNG được biền soạn cho
sinh viên các ngành công nghệ hóa học, thực phẩm , sinh học, vật
liệu và dệt nhuộm thuộc Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc
gia TPH CM dùng làm tài liệu học tập và tham khảo.
Trong phạm vi m ật môn học m ang tính chất cơ sớ, phẩn lý
thuyết nhằm trang bị cho sịnh viên m ột số kiến thức cần th iết dế' có
th ể đi vào nghiên cứu các phương pháp p h â n tích định lượng cụ thể.
Cùng với các phương pháp p h â n tích hóa học chúng tôi còn giới
thiệu một số phương pháp p h â n tích d ụ n g cụ thông d ụ n g trong nhóm
phương phap phân tích phổ, phương pháp phân tích điện và phương
p h á p sác kỷ.
Trong một số p h ẩ n cần tính toán, chẳng hạn n h ư việc xác định
nồng độ cân bằng hoặc vẽ đường chuẩn độ lý ìhuyết (hai trong các
nhiệm vụ quail trọng của hóa p h â n tích m à m uốn thực hiện chúng
thường p h ả i giải các đa thức có bậc rất cao), ngoài việc cung cấp cho
người đọc các phương trình có bậc đầy đủ và có th ể giải chúng khá
dễ dàng bàng phương tiện tin học, chúng tôi căng giới thiệu .cáe điều
kiện cần th iết đ ể có th ể hạ bậc phương trình, giúp giải nhanh các
phương trình với sai sô chấp nhận được.
N goải p h ẩ n sử dụng chung, các chưưng 12, 13, 14, 18, 2G và 21
được viết riêng cho sinh viên ngành hóa hữu cơ, hóa ỉỳ (phục vụ cho
chuyên đê “các phương ph á p p h â n tích hiện đ ạ i”).'
Mặc dà đã cố gắng h ế t sức, trong quá trin h biên soạn kh ô n g th ể
tránh khỏi các thiếu sót, rất m ong nhận được các ý kiến đóng góp
của độc giả.
Đ ịa chỉ liên hệ: Phòng T h í nghiệm H óa p h â n tích - Khoa Công
nghệ Hóa học và Dầu khí, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc
g ia TPHCM, 268 L ý Thường K iệt Q.ĨC.
E m ail: nguyenvanbk@ yahoo.com
Thạc sĩ - Giảng viên chính
Nguyễn Thị Thu Vân
PHẦN NỞ Dfitl
C hư ơng
ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA PHÂN TÍCH
m
1.1 Nộ! DUNG VÀ YÊU CẦU CỦA HÓA PHÂN TÍCH
Hóa học phân tích, hiểu theo nghĩa rộng, không những chỉ là
khoa học về các PPPT định tính và định lượng các chất mà còn là
khoa học về các phương pháp kiểm tra những quá trình hóa lý và kỹ
thuật hóa học.
P hân tích đ ịn h tinh (PTĐT) nhằm xác định sự hiện diện của các
cấu tử (ion, nguyên tô' hay nhóm nguyên tố) trong mẫu phân tích và
đồng thời đánh giá sơ bộ hàm lượng của chúng: đa lượng, vi lượng,
vết,... PTĐT phần lớn dựa vào sự chuyển chất phân tích thành một
chất mới nào đó có những tính chất dặc trưng như có màu, có cấu
trúc tinh th ể hoặc vô định hình, có trạng thái vật lý nhất định...
P hân tích định ỉượng (PTĐL) có nhiệm vụ xác định chính xác
hàm lượng của những câu tử trong mẫu. Phương pháp PTĐL dựa trên
phép do các đặc tính hóa học, vật lý hoậc hóa lý của các chất hoặc
của các phản ứng hóa học. Các phương pháp PTĐL bao gồm PPHH,
PPVL, PPH L.
Vai trò chủ yếu của hóa phân tích là PTĐL. Tuy nhiên trong
thực t ế muôn xác định hàm lượiig một mẫu chưa biết thành phần rất
phức tạp, vì sự có mặt của ion hay nguyên tô' này thường cản trở việc
xác định cấu tử khác. Do đó, dù có yêu cầu hay không, vối một mẫu
chưa biết thành phần, phải tiến hành PTĐT trước để có thể chọn
12
CHƯƠNG 1
được phương pháp định lượng thích hợp và cho kết quả chính xác.
Các phương pháp PTĐT và định lượng cho phép xác định hàm lượng
các nguyên tố riêng rẽ trong các chất phân tích được gọi là các PPPT
nguyên tố, để xác định các nhóm định chức được gọi là p h â n tich
nhóm chức.
Dựa vào các PPPT, người ta dã tìm ra những định luật hóa học
quan trọng như định luật thành phần không đổi, định luật tỷ lệ bội,
định luật tác dụng đương lượng, xác định được nguyên tử khổì của
một số nguyên tố, thành lập được công thức hóa học của rất nhiều
hợp chất... Hóa học phân tích tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát
triển các môn khoa học tự nhiên như địa hóa học, địa chất học,
khoáng vật học, vật lý học, sinh vật học, y học, hóa kỹ thuật, công
nghiệp luyện kim... và không chĩ thế, hóa học phân tích còn là cơ sở
cho việc kiểm nghiệm hóa học trong nghiên cứu, sản xuất (kiểm tra
nguyên liệu, bán thành phẩm, thành phẩm), xáy dựng các phương
pháp kiểm tra tự động các quá trình kỹ thuật...
Vai trò của hóa phân tích ngày càng cao cũng có nghĩa là các yêu
cầu đôi với ngành và người làm công tác phân tích ngày càng khắt
khe hơn. Với ngành phân tích, phải luôn luôn phát triển hầu theo
kịp đà phát triển của các ngành khác, Với người phân tích, do có sự
tương quan giữa các ngành khoa học tự nhiên nên người phân tích
phải có kiến thức về các môn toán, lý, hóa đại cương, hóa vô cơ, hóa
lý và tin học để có thể nắm vững nguyên tắc của phương pháp và có
th ể đi sâu vào các phương pháp mới dựa trên các căn bản sẵn có.
Ngoài ra trong phần thực nghiệm, người phân tích cần có những đức
tính như cẩn thận, kiên nhẫn, chính xác, sạch sẽ, trung thực và có
khả nãng phán đoán kết quả phân tích.
1.2 PHÂN LOẠI CÁC PHUtiNG PHÁP PHÂN TÍCH(PPPT)
Có nhiều cách phân loại các PPPT, trong đó phổ biến nhất là
cách phân loại dựa vào bản chất (hay đặc điểm) của phương pháp
hoặc dựa vào hàm lượng của cấu tử trong mẫu phân tích. .
1- Phân loạỉ theo bản chất của phương pháp
Khi phần loại theo bản chất của phương pháp, hóa phần tích bao
gồm các phương pháp như sau:
DẠI CƯƠNG VẾ HÓA PHÀN TÍCH
13
P h ư ơ n g p h á p h ó a h ọ c (P P H H )
Dùng phản ứng hóa học để chuyển cấu tử khảo sát thành hợp
chât mới mà với tính chát đặc trưng nào đó của hợp chảt mới, ta có
thế xác định được sự hiện diện và hàm lượng của cấu tử khảo sát.
Ví dụ: trong môi trường ammoniac, với hàm lượng thích hợp N i2+
tham gia phản ứng hóa học với dimethyl glyoxim (DMG) cho xuất
hiện tủa có màu đỏ son. Như vậy, khi cho đung dịch DMG tác dụng
với dung dịch phân tích:
Nếu dung dịch (DD) tủa đỏ son, kết luận có N i2* trong DD phân
tích (định tính).
Tách và cân tỏa ta xác định được hàm lượng N i2+ trong mẫu
(định lượng).
P h ư ơ n g p h á p v ậ t lý (P P V L )
Phương pháp vật lý là các PPPT dùng để phát hiện hoặc xác
định thành phần của chất cần nghiên cứu mà không cần phải sử
dụng các phản ứng hóa học. Các phương pháp này có thể là các
phương pháp dựa trên việc nghiên cứu các tính chất quang, điện, từ,
nhiệt hoặc các tính chất vật lý khác. PPVL có một số- ưu điểm so với
các PPHH như có thể tách được các nguyên tố khó bị tách bởi PPHH,
dễ áp dụng cho các quá trình tự động hóa
P h ư ơ n g p h á p h ỏ a lý (P P H L )
Phương pháp hóa lý là PPPT dựa trên sự kết hợp giữa PPVL và
PPHH: sau khi thực hiện phản ứng hóa học giữa cấu tử khảo sát và
thuôc thử, dựa vào việc khảo sát lý tính của hợp chất thu được hay
DD tạo ra để định tính hoặc định lượng mẫu.
Mặc dù xuất hiện khá lâu sau các PPPT hóa học, các PPPT hóa
lý lại được phát triển và hiện đại hóa với tốc độ rất nhanh, được sử
dụng ngày càng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu
khoa học và trong cả các phòng thí nghiệm nhà máy, xí nghiệp.
Nguyên tác chung của phương pháp là dùng biện pháp thích hợp tác
động lên đô'i tượng nghiên cứu và ghi nhận sự thay đổi các tham sô'
hóa lý của đối tương nghiên cứu sau khi được tác động. Đ ể quan sát
và ghi nhận các tham số hóa lý đòi hỏi phải sử dụng các đụng cụ
hoặc th iết bị khá tinh vi, phức tạp. Vì lý do này, các PPPT vật lý và
hóa lý thường được gọi là PPPT dụng cụ hoặc gọi theo thói quen là
CHƯƠNG 1
14
PPPT hóa lý. Các PPPT dụng cụ thường được chia thành các nhóm
sau đây: (1) PPPT phổ nghiệm; (2) PPPT điện hóa; (3) PPPT sắc ký
và (4) là các PPPT khác.
Các phương pháp phổ nghiệm (PPPN)
Các PPPN là các PPPT mà kết quả khảo sát có th ể được biểu
diễn dưới dạng phổ. Thuộc nhóm phương pháp này gồm có các
phương p h á p quang p h ổ (quang học) dựa trên sự nghiên cứu các phổ
phát xạ, hấp thu và tán xạ ánh sáng. Phương pháp này còn bao gồm
phương pháp khối p h ổ (phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách
đo chính xác khôi lượng phân tử của chất đó) và phương p h á p p h ổ
cộng hưởng từ dựa trên sự tương tác của nguyên tử, phân tử chất
khảo sát với từ trường.
Ngoài các phương pháp trên, nhóm các PPPT phổ còn bao gồm
PPPT dựa trên việc đo chiết su ấ t khúc xạ của vật chất; PPPT hàm
lượng các chất dựa trên sự đo độ p h â n cực do sự quay mặt phẳng
phân cực của ánh sáng và phương pháp hấp đục là phương pháp dựa
trên sự đo lượng ánh sáng do một huyền phù không màu hấp thu.
Các phưóng pháp diện hóa (PPĐH)
Ngày nay đã có tới khoảng ba mươi PPPT điện hóa khác nhau
mà cơ sở của phương pháp hoặc dựa trên các quy luật, hiện tượng có
liên quan đến phản ứng điện hóa xảy ra trên ranh giới tiếp xúc giữa
các cực và DD phân tích, hoặc dựa vào tính chất điện hóa của DD tạo
nên môi trường giữa các điện cực, hoặc dựa trên các ứng dụng của
phản ứng điện hóa. Nhiều tác giả đề nghị chia các PPPT điện hóa
thành hai nhóm lớn: ( 1 ) nhóm các phương pháp dựa trên các quá
trình điện cực và (2 ) nhóm các phương pháp không dùng các phản
ứng điện cực.
Các phương pháp thuộc nhóm một dược chia thành hai phân nhóm:
a) Phân nhóm gồm các phương pháp trong đó các phản ứng điện
cực ở trạng thái cân bằng bao gồm phương pháp đo th ế và chuẩn độ
điện th ế với đòng bằng không.
b) Phận nhóm dựa trên sự điện phân (đòng khác không), bao
gồm phương pháp volt - ampere, chuẩn độ ampere, chuẩn độ điện thế
với dòng không đổi, phương pháp điện khối lượng dòng không đổi
hoặc th ế không đổi, phương pháp cực phổ cổ điển, cực phổ dòng xoay
15
DẠI CƯƠNG VẾ HÓA PHẢN TÍCH
chiều, phương pháp điện hóa hòa tan...
Các phương pháp không dùng phản ứng điện cực bao gồm các
phương pháp điện dẫn và chuẩn độ điện dẫn, phương pháp xác định
hằng SỐ’ điện môi tương đối, phương pháp điện dẫn cao tần và chuẩn
độ điện đẫn cao tần...
Các phương pháp sắc ký (PPSK)
Sắc ký là quá trình tách dựa trên sự chuyển dịch của hỗn hợp
phân tích qua lớp chất bất động ở trạng thái rắn hoặc trạng thái
lỏng tẩm trên chất mang rắn (được gọi là pha tĩnh) và sự chuyển
dịch đó được thực hiện bằng một chất lỏng hoặc chất khí có khả
năng di chuyển (gọi là pha động). Các PPPT sắc ký cụ thể bao gồm
nhóm sắc ký hấp phụ {rắn-khí, rắn-lỏng); nhóm ốắc ký phân bố
(lỏng-lỏng, lỏng-khí), sắc ký trao đổi ion và sắc ký rây phân tử. Quá
trình tách sắc ký có thể xảy ra trên cột hoặc trên mặt phảng như
giấy, bản mỏng.
Phương pháp sắc ký được sử dụng rộng rãi để tách những chất
vô cơ và hữu cơ giống nhau về thành phần và tính, chất, đặc biệt là
có thể tách được các nguyên tố đất hiếm và những nguyên tố phóng
xạ với hiệu quả khá cao: Ngoài khả nãng tách, PPSK còn được đùng
định tính và định lượng rất nhiều loại mẫu thuộc các lĩnh vực khoa
học và công nghiệp khảc nhau.
Cảc PPPT hóa lý th á c
Ngoài các nhóm phương pháp trên, thuộc nhóm PPPT dụng cụ
còn có PPPT phóng xạ dựa trên sự do các bức xạ của các nguyên tử có
hoạt tính phóng xạ, các PPPT nhiệt, PPPT nhiệt điện, p p đo độ dẫn
nhiệt, p p chuẩn độ nhiệt lượng và một số PPPT khác.
ư u điểm cửa các PP PT d ụ n g cụ là độ nhạy cao, tốc độ p h â n tích
nhanh, lượng m ẫu p h â n tích bé... khi so sánh nó với P P P T hóa học:
Chl tiêu so sánh
Phường pháp hóa học
Phương pháp dụng cụ
Lượng mẫu
Lớn (kém nhạy)
Nhỏ (nhạy)
Tinh chọn lọc
Khống cao
Cao
Thời gian
Chậm
Nhanh
Độ chfnh xác
Chính xác n
Chính xác (*)
Dụng cụ
Đơn giản, rẻ tiền
Tđi tân, đắt tiền
Người phân tích
Trinh độ kỹ thuật cao
16
CHƯCNG 1
(*) N ếu hàm lượng cấu tã trong m ẫ u khảo sát không quá bé, độ
chính xác của hất kỳ PP PT nào cũng không th ể vượt quá độ chính
xác của P P P T hóa học.
P h ư ơ n g p h á p v i s in h
Dùng để định lượng vết cấu tử dựa trên hiệu ứng của chúng với
tốc độ phát triển cua vi sinh vật.
P h ư ơ n g p h á p p h â n tíc h đ ộ n g h ọ c
Phương pháp định tírh và dinh lượng các nguyên tố dựa vào việc
sữ dụng các phản ứng xúc tác. Vì tốc độ của các phản ứng hóa học
phụ thuộc vào nồng độ của các chất phản ứng nên đo tốc độ phản ứng
có thể xác định nồng độ của chất phản ứng. PPPT động học có độ
nhạy đặc biệt cao, gấp nhiều lần độ nhạy so với các PPPT khác ( 10“ 5
- 1CT6 ng/ml).
C ác p h ư ơ n g p h á p k h á c
Ngoài các phương pháp kể trên, còn một số phương pháp khác,
chủ yếu dùng cho PTĐT.
Phương pháp nghiền
Mẫu phân tích và thuốc thử rắn được nghiền trong cối sứ;
nguyên tô" cần tìm được phát hiện dựa vào sự tạo thằnh các hợp chất
đặc trưng cỏ màu sắc hay có mùi khác nhau. Ví dụ, nghiền mẫu ban
đầu vứi KSCN, nếu thấy xuất hiện màu đỏ máu tức là mẫu chứa các
hợp chát của Fe3’ còn khi nghiền hóa học acetat với N a 2 SƠ4 sẽ có mùi
giấm do acid acetic sinh ra.
Phương pháp nhô giọt
PPPT dựa vào hiện tượng mao dẫn và hấp phụ. Các phản ứng
được thực hiện trên các tấm sứ, thủy tinh hoặc giấy lọc. Khi sử dụng
giấy lọc, chất lỏng thấm vào giấy còn hợp chất màu được tạo thành
bị hấp phụ ở một phần nhỏ của giấy lọc làm tăng độ nhạy của phản
ứng. Ví dụ, để xác định ion Mn2+, người ta chấm một giọt DD phân
tích lên tờ giấy lọc và cho vết ẩm bão hòa với hơi amoniac. Thêm
một giọt DD benzidine trong acid acetic. Mn(OH ) 2 tạo thành được
oxy hóa thành Mn(OH >3 và Mn(OH >4 nhờ oxy của không khí. Ở pH5,
các hợp chất này oxy hóa benzidine và tạo thành màu ranh của xanh
benzidine.
ĐẠI CƯƠNG V Ế HÓA PHẢN TÍCH
17
Phương pháp thử nghiệm ngọn lửa
Một sô kim loại phát ra bức xạ có màu đặc trưng khi được, đốt
trên ngọn lửa xanh của đèn khí. Ví dụ:
Na: lửa vàng
Ca:
lửa đỏ gạch
K:
Ba:
lửa đỏ lục
lửa đỏ tím
Phương pháp soi tinh thể dưới kính hiển vì
Dùng kính hiển vi có thể phân biệt được các dạn 17 tinh thể của
các hợp chất khác nhau như:
Phân biệt SrCr0 4 với BaCr0 4
Phân biệt CuS0 4 với B aS0 4
nhờ tinh thể của chúng có cấu trúc khác nhau đặc trưng
Phương pháp điều ch ế ngọc borax hay phosphate
Một số’ oxyt kim loại có thể tạo hợp chất với borax hay phosphat
có màu đặc trưng dưới ngọn lửa tính oxy hóa/khử hay ở trạng thái
nóng/nguội. Ví dụ:
Cu*Borax dạng ngọc màu xanh đậm khi nguội
Mn-Borax màu tím ở ngọn lửa oxy hóa
2- Phân ỉoạỉ theo lượng mẫu phân tích hay kỹ thuật phân tích
Tùy hàm lượng của câu tử trong mẫu và tùy PPPT, lượng mẫu
phân tích cũng khác nhau. Ta phân biệt:
P h ă n tíc h th ô
Dùng dụng cụ cỡ 50-5 OOml và tách chất rắn khỏi chất lỏng bằng
cách lọc. Lượng mẫu sử dụng từ 1-10 g hay 1-10 ml
P h â n t í c h b á n v i lư ợ n g
Dùng dụng cụ < 50ml và thường tách chất rắn khỏi chất lỏng bằng
cách ly tâm. Lượng mẫu sử dụng từ 10 " 3 - l g hay 10 - 1 - lm l.
P h â n tíc h VI lư ợ n g
Dùng dụng cụ < lm l và thường dùng cách quan sát dưới kính
hiển vi hay dùng phản ứng giọt. Lượng mẫu sử dụng từ 10" 6 - 10“3g hay
1CT3 - 10 - 1 ml.
P h ả n tíc h s iê u v i lư ợ n g
Phân tích dưới kính hiển vi điện tử và môi trường đặc biệt với
lượng mẫu sử dụng < 1 0 ' 6 g hay < 1 0 ' 3 ml.
CHƯƠNG 1
18
Phân tích bán vi lượng ngày càng phát triển vì dùng ít mẫu, kỹ
thuật tương đối đơn giản, có thể dùng trong phòng th í nghiệm hay
nơi sản xuất. Phân tích vi lượng và siêu vi lượng đòi hỏi những điều
kiện thực nghiệm nghiêm ngặt hơn.
1.2.3 Phân lo ạ i Ếheo hàm lượng chât khảo sát
P h ă n t í c h đ a lư ợ n g
Bao gồm phân tích lượng lớn với hàm lượng chất khảo sát 0,1-100%
và p h â n tích lượng nhỏ (hàm lường chất khảo sát 0 ,0 1 -0 , 1 %).
P h â n t í c h v i lư ợ n g
Còn gọi là PPPT vết, khi hàm lượng chất khảo sát < 0,01 %.
Ngoài các cách phân loại nói trên, người ta còn phân loại các
PPPT theo trạng thái chất khảo sát. Theo cách phân loại này, ta có
p h â n tích lối ướt (mẫu phân tích ở dạng DD) hoặc p h â n tích lối khô
(mẫu phần tích ở trạng thái rắn).
1.3 CÁC LOẠI PHẢN ỨNG HÓA HỌC DÙNG TRONG HÓA PHÂN TÍCH
Những biến đổi hóa học kèm theo sự thay dổi thành phần hóa
học, cấu tạo của các chất và được đùng trong hóa phân tích để PTĐT
hoặc PTĐL gọi là những p h ả n ứng p h â n tích. Ngoài hai nhiệm vụ
chinh nói trên, những phản ứng phân tích còn được sử đụng để hòa
tan, chuyển dạng oxy hóa hoặc dạng khử, tách các nguyên tô' hoặc
hợp chất của chúng, che các nguyên tố ngăn cản sự xác định và giải
che các nguyên tô' đang ô dưới dạng bị che...
1- Các loại phản ứng dùng trong hóa phân tích
Các loại phản ứng dừng trong hóa phân tích có th ể được chia
thành hai nhóm chính:
P h ả n ứ n g oxy h ó a k h ử
Phản ứng oxy hóa khử là phản ứng trao đổi điện tử giữa đôi oxy
hóa/khử, thường được dùng trong hóa phân tích để:
1-
Định tính:
2Fe3+ + 21" —
2
Fe2+ + I2T
I 2 xuất hiện làm xanh giấy tẩm tinh bột
19
ĐẠI CƯƠNG VẾ HÓA PHÂN TÍCH
2- Hòa tan:
3Cu + 8 HNO3 —
NO + I/ 2 O2
3Cu(N0 3 ) 2 + 2 N 0 T + 4H20
—
N 0 2T khói nâu
3- Định lượng:
M n04" + 5Fe2+ + 8 H+ —
Mn2+ + 5Fe3+ + 4H20
(sử dụng DD MnC>4 ~ có nồng độ biết trước để xác định DD Fe2+ có
nồng độ chưa biết hoặc ngược lạỉ)
P h ả n ứ n g tr a o <|SÌ tiể u p h ă n
Phản ứng trao đổi tiểu phân là tên gọi dùng chung cho phản ứng
acid-baz, phản ứng tạo tủa và phản ứng tạo phức.
Phản ứng acid • baz: Phản ứng trao đổi H+ giữa đôi acid/baz,
dùng trong hóa phân tích để:
1- Xác định tính acid hay baz của DD bằng cách đo pH.
2- Hòa tan mẫu:
CaCOa + 2HC1
— ► CaCl2 + C 0 2T + H20
3- Định lượng:
HC1 + NaOH
—
NaCl + H20
Phản ứng tạo tủa: Phản ứng trao đổi ion để tạo thành hợp chất
ít tan, được sử dụng để:
1
- Định tính:
Ag+ + r
— ► A g ĩị vàng
2- Tách nhóm:
Ag+, Pb2+, Hg22* + HC1
— ► A gC ll, PbCỊa í , Hg 2 Cl2i
3- Định lượng:
SO 4 2" + Ba2+
—
B aS 04vl
Phản ứng tạo phức: Phản ứng kết hợp ion để tạo phức chất dễ
tan. Dùng:
1- Định tính:
Fe3+ + nSCN” — ► [ F e i S C N y ^ đỏ máu
20
CHƯƠNG 1
2
- Định lượng:
Ca2+ + H 2 Y2”
—
CaY2- + 2H+
AgCli + 2NH4OH
—
[Ag(NH3)2]+ + c r + 2H2O
3- Hòa tan:
4- Che cấu tử dưới dạng phức bền:
+ Loại N i2+:
N ì 2+ + 4 C N " ----- ► [NÍ(CN)4]2“
+ Đ ể tránh tạo tủa CuS vì:
[C u(NH3^ 2++ H2S
CuS
5' Giải che (trả các ion bị che về trạng tftái tự do):
2 Ag + + [Ni(CN)4]2“
— ► 2 [Ag(CN)2r + Ni2+
Ngoài các acid, và baz, DD của n h iều m uối củng có tin h acid
hoặc tín h kiềm . N ếu d u n g m ôi là nước, g iữ a những ỉon của m uối với
nhữ ng ion của nước sẽ xảy ra p h ả n ứng tương tác gọi là sự th ủ y
phân. Quá trình thủy p h â n thường là quá trìn h th u ậ n nghịch. Ví dụ:
Ba(CH 3 COO) 2
+
2H20
NH4CI + H20
A12S3 +
6HaO
CH3COOH +
Ba2+ + 20H"
NH4OH
+ H+ + cr
2 A1(0
+
H >3
3
H2S
Theo nghĩa rộng, sự thủy p h â n lậ p h ả n ứng tương tác giữa
nhữ ng chất khác nhau (muối, hidrua*11, hợp chất chứa oxy,.J với
nhữ ng ion cửa nước, kèm. theo sự p h á hủy cân bàng đ iện ly của nước
ưà ỉàm thay đổi p H cửa DD. T rong hóa p h â n tích, các p h ả n ứng tầ ủ y
p h â n được sử d ụ n g để:
1- Tạo tủa hidrữxid: m ột số thuốc th à n h ư (N H ^C O s, (NHt^S,
NaCHaCOO, d ễ bị th ủ y p k â n tạo th à n h ion hidroxyl tự do, tạo cho
DD có các giá trị p H xác đ ịn h . N gười ta sử d ụ n g các hidroxyl tự do
sin h ra đ ể tạo tủa hidroxid nh iều catian bằng DD nước của các m uối
th ủ y p h â n k ể trên.
2 - Tách các chất ra khỏi n h a u dựa vào m ức độ th ủ y p h â n khác
nhau của các chất khác nhau.
' '- '
3- Phát hiện các m uối amoni bị thủy p h â n tạo thành amoniac tự dợ.
(’) H ulrua (hidror) ỉà hợp chắt cùa kim loại kiềm hoặc kiềm thổ với hidro - ví dự; NaH
CaH2.
ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA PHÂN TÍCH
21
4P hát hiện các ion mà m uối của chúng ■khi thủy p h â n tạo
th à n h các hợp chất không tan. Ví dụ: BeCl2 kh i thủy p h â n tạo thành
B e 0 2 Cl2 ị.
2- Yêu cầu đối với thuốc thử dùng trong hóa học phân tích
Đ ộ tin h k h iế t
Độ tinh khiết là khái niệm dùng biểu diễn hàm lượng hợp chất
chính X trong thuốc thử. Tùy vào hàm lượng này, người ta phân biệt:
1
- Hóa chất kỹ thuật với X < 99 %
2- Hóa chất tinh khiết (P) với 99,0 % < X < 99,9 %
3- Hóa chất tinh khiết phân tích (PA) với 99,90 % < X < 99,99 %
4- Hóa chất tinh khiết hóa học với 99,990 % < x < 99,999 %
. 5- Hóa chẩt tinh khiết quang học hay đặc biệt với
99,9990%4 ,
các lòại hợp kim...
- Xem thêm -