Sử dụng thuốc thử 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol(PAN) để xác định Ni(II) bằng phương pháp trắc quang - Chemometric

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Natural Sci., 2014, Vol. 59, No. 4, pp. 54-60 This paper is available online at SỬ DỤNG THUỐC THỬ 1-(2-PYRIDYLAZO)-2-NAPHTOL(PAN) ĐỂ XÁC ĐỊNH NI(II) BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG - CHEMOMETRIC Nguyễn Đức Vượng1 và Nguyễn Đức Minh2 1Khoa Kĩ thuật và Công nghệ, Trường Đại học Quảng Bình 2Trường Trung học phổ thông Quảng Ninh, Quảng Bình Tóm tắt. Phương pháp trắc quang chemometric đã xác định được hàm lượng Ni(II) với thuốc thử tạo phức PAN khi có mặt chất hoạt động bề mặt Tween 80 cho kết quả có độ lặp lại cao (RSD = 2,11%). Độ hấp thụ quang của phức Ni-PAN đạt giá trị cao nhất tại bước sóng λ = 569 nm. Giá trị pH thích hợp cho sự tạo phức giữa Ni(II) và PAN là 5. Nồng độ Tween thích hợp nhất là 5%. Từ khóa: Phương pháp trắc quang - chemometric, thuốc thử tạo phức PAN, Ni(II). 1. Mở đầu Niken là nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho đời sống của các loại thực vật, động vật bậc cao, là kim loại quan trọng trong các ngành công nghiệp. Khi thiếu niken sẽ xảy ra một số bệnh như viêm da, làm biến dạng xương nhưng nếu thừa niken có thể gây ung thư phổi và nhồi máu cơ tim [4]. Thuốc thử PAN có khả năng tạo phức màu với nhiều ion kim loại nên thường dùng trong phân tích trắc quang [1-4]. Khi tạo phức với ion Ni(II), phức Ni-PAN không tan trong nước mà tan trong môi trường có chứa chất hoạt động bề mặt như Tween 80 [4]. Bên cạnh đó, PAN còn là một thuốc thử có màu và hấp thụ ở những bước sóng gần với phức của nó dẫn đến sự xen phủ lẫn nhau giữa phổ của thuốc thử và phức. Khi thuốc thử dư sẽ hấp thụ ở bước sóng gần với phức nên cũng trở thành một cấu tử có vai trò như là phức. Vì vậy, muốn xác định các kim loại có phổ của phức và thuốc thử xen phủ nhau người ta thường dùng phương pháp chiết - trắc quang để tách phức ra khỏi thuốc thử [1]. Nhưng phương pháp chiết - trắc quang còn gặp một số vấn đề như: phải sử dụng đến lượng dung môi lớn mà một số dung môi có thể gây độc hại cho người phân tích và môi trường, quá Ngày nhận bài: 23/1/2014. Ngày nhận đăng: 3/5/2014. Tác giả liên lạc: Nguyễn Đức Vượng, địa chỉ e-mail: vuongqbuni@gmail.com 54 Sử dụng thuốc thử 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol (PAN) để xác định Ni(II) bằng phương pháp... trình tách cũng có thể không tách hoàn toàn được, quy trình phân tích phức tạp, qua nhiều giai đoạn dễ gây sai số lớn, thời gian chiết kéo dài. Vì vậy vấn đề đặt ra là phải làm sao cho quy trình phân tích đơn giản hơn nhưng vẫn phải đảm bảo có độ đúng và độ chính xác cao. Bài báo nghiên cứu sử dụng thuốc thử 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol(PAN) để xác định Ni(II) bằng phương pháp trắc quang - chemometric nhằm mục đích tìm ra quy trình phân tích đơn giản và có độ tin cậy. 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Thực nghiệm * Hóa chất: Dung dịch PAN (1-(2-pyridylazo)-2-naphthol (Merck); Dung dịch chuẩn gốc Ni2+; Tween 80 (Polyoxyetilen (20) sorbitan monooleat, C64H124O26, M = 1310 g/mol) dung dịch 5% (v/v); Dung dịch đệm axit axetic - natri axetat pH = 4,8. * Thiết bị:Máy đo pH: WTW 330i/set; Máy trắc quang UV - VIS Jasco V360 (Nhật Bản), dải bước sóng đo 200 nm - 900 nm, cuvet thủy tinh có chiều dày l = 1 cm; Chương trình Phochuan.exe xác định, chương trình SIMULAN1.exe. 2.2. Kết quả và thảo luận 2.2.1. Khảo sát tính cộng tính thuốc thử PAN và phức Ni-PAN2 (tỉ lệ tạo phức 1 :2) Tiến hành pha chế thuốc thử PAN và phức màu Ni-PAN2 rồi quét phổ trong khoảng bước sóng 400 - 700 nm. Khi tiến hành tạo phức nồng độ Ni(II) là 5.10−6M, nồng độ của PAN là 2.10−5M Hình 1. Phổ hấp thụ của PAN, phức Ni-PAN2 và phổ của hỗn hợp phức và thuốc thử dư theo lí thuyết và theo thực tế: PAN 1,00.10−5M, Ni-PAN2 5,00.10−6M 55 Nguyễn Đức Vượng và Nguyễn Đức Minh Kết quả cho thấy phức màu Ni-PAN2 và thuốc thử PAN có độ hấp thụ quang đạt cực đại ở các bước sóng tương ứng là λmax = 569 nm và 470 nm. Phổ của phức màu có tính cộng tính (phổ hấp thụ của hỗn hợp phức theo lí thuyết và theo thực tế trùng nhau trong giới hạn sai số cho phép (RE(%) = 0,064) nên chúng tôi sử dụng phương pháp phổ toàn phần để xác định Ni(II). Mục đích ở đây là khảo sát tính cộng tính, còn kết quả khảo sát cho thấy ở bước sóng 569 nm độ hấp thụ quang là lớn nhất, việc chọn giá trị cực đại không ảnh hưởng đến tính toán. 2.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hình thành phức chất Kết quả khảo sát trong khoảng pH từ 3 đến 8 thu được ở Bảng 1 và biểu diễn trên Hình 2. Bảng 1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hình thành phức chất pH 3 4 5 6 7 8 ANi-PAN2 (λ = 569) 0,062 0,109 0,158 0,140 0,135 0,131 Hình 2. Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang phức Ni-PAN2 Hình 2 cho thấy độ hấp thụ quang của phức Ni-PAN2 tăng đến giá trị cực đại ở giá trị pH = 5 sau đó giảm xuống khi tăng các giá trị của pH. Vì vậy, nhóm tác giả đã chọn giá trị pH = 5 cho các thí nghiệm nghiên cứu. 2.2.3. Khảo sát sự ổn định của phức tạo thành theo thời gian Tiến hành phản ứng tạo phức giữa Ni(II) và PAN, để yên trong 20 phút rồi đem ghi phổ hấp thụ trong khoảng bước sóng 400 - 700 nm. 56 Sử dụng thuốc thử 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol (PAN) để xác định Ni(II) bằng phương pháp... Bảng 2. Kết quả khảo sát độ hấp thụ của các phức màu theo thời gian Thời gian ANi-PAN2 Thời gian ANi−PAN2 (phút) (λ = 569) (phút) (λ = 569) 1 0,077 35 0,158 5 0,117 40 0,156 10 0,139 45 0,152 15 0,151 50 0,150 20 0,158 60 0,149 25 0,159 80 0,146 30 0,159 100 0,142 Hình 3. Khảo sát độ bền của các phức màu theo thời gian Từ Bảng 2 và Hình 3, chúng tôi nhận thấy trong khoảng thời gian khảo sát 100 phút, phức màu Ni-PAN2 hình thành khá chậm, độ hấp thụ quang của phức ổn định trong khoảng thời gian từ 20 đến 35 phút nên tôi chọn khoảng thời gian quét phổ là sau khi tạo phức màu được 20 phút. 2.2.4. Phổ UV - Vis của thuốc thử PAN Việc xác định phổ UV-Vis của thuốc thử PAN được tiến hành như sau: Cho vào 2 bình định mức 25 mL. Bình 1 là mẫu trắng: cho vào 3 mL dung dịch đệm axetat có pH = 5, 1 mL Tween 80 5% rồi định mức đến vạch bằng nước cất 2 lần. Bình 2 là dung dịch chuẩn PAN: cho vào 3 mL dung dịch đệm axetat có pH = 5, 1 mL Tween 80 5%, 2,5 mL dung dịch PAN 10−4M rồi định mức đến vạch bằng nước cất 2 lần. Tiến hành quét phổ của dung dịch thuốc thử PAN trong khoảng bước sóng 400 - 700 nm ta thu được phổ chuẩn của dung dịch PAN. 57 Nguyễn Đức Vượng và Nguyễn Đức Minh Hình 4. Phổ UV-Vis của thuốc thử PAN 1,00.10−5M 2.2.5. Phổ UV-Vis của phức Ni-PAN2 Tiến hành xác định phổ chuẩn của phức Ni-PAN2 bằng chương trình Phochuan.exe để tính phổ chuẩn của phức Ni-PAN2 khi biết chính xác lượng thuốc thử dư. Hình 5. Phổ UV-Vis của phức Ni-PAN2 5,00.10−6M (Nồng độ của phức Ni-PAN2 là 5,00.10−6M, phổ tính toán bằng chương trình Phochuan.exe) 2.2.6. Xác định Ni(II)) bằng phương pháp trắc quang - chemometric Sau khi đã xác định được phổ chuẩn của thuốc thử PAN và phức kim loại thì ta sẽ xác định được hàm lượng các chất có mặt trong hỗn hợp gồm phức của kim loại và thuốc thử dư bằng chương trình đã được lập sẵn là SIMULAN1.exe. 58 Sử dụng thuốc thử 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol (PAN) để xác định Ni(II) bằng phương pháp... Bảng 3. Nồng độ của kim loại Ni(II) và PANdư Cấu tử Ni(II) PANdư Cpha chế (10−6M) 5,00 10,00 Ctìm thấy (10−6M) 4,94 10,04 RE (%) 1,2 0,4 Bảng 3 cho thấy nồng độ kim loại Ni(II) xác định được bằng phương pháp trắc quang - chemometric thông qua chương trình Simulan1.exe nằm trong khoảng sai số cho phép. Sau khi tạo phức với Ni(II) theo tỉ lệ 1:2, lượng thuốc thử PAN còn dư theo lí thuyết là 10,00.10−6M sau đó đưa vào phần mềm tính toán được lượng dư là 10,04.10−6M. Lượng thuốc thử PAN cho vào ban đầu là 20,00.10−6M). Kết quả trên là chấp nhận được. 2.2.7. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp * Độ lặp lại Bảng 4. Kết quả tính RSD (%) khi xác định kim loại Ni(II) và PANdư Cấu tử Ctìm thấy (10−6M) Cp RSD RSDH Lần 1 Lần 2 Lần 3 (10−6M) (%) (%) Ni(II) 4,83 5,00 5,02 4,95 2,11 12,57 PANdư 10,20 10,00 9,93 10,04 1,40 11,24 Dựa vào kết quả tính RSD ta thấy giá trị RSD < RSDH nên kết quả đo có độ lặp lại tốt. Bên cạnh đó, sai số của phép đo nhỏ (Bảng 3) nên ta có thể xác định được kim loại Ni(II) bằng thuốc thử PAN thông qua chương trình SIMULAN1.exe * Khoảng tin cậy Bảng 5. Khoảng tin cậy khi xác định kim loại Ni(II) và PANdư Kim loại x (10−6M) ϵ µ (10−6M) Ni(II) 4,95 0,26 4,69 - 5,21 PAN 10,04 0,11 9,93 - 10,15 Bảng 5 cho thấy nồng độ của kim loại Ni(II) khi xác định bằng phương pháp trắc quang - chemometric nằm trong khoảng tin cậy. Kết quả đo là chấp nhận được. 3. Kết luận Qua nghiên cứu chúng tôi đã khảo sát tìm được các điều kiện thích hợp để xác định Ni(II) khi dùng dư thuốc thử PAN, trong đó phức của kim loại với PAN có phổ hấp thụ xen phổ với thuốc thử dư. Xác định được phổ chuẩn của các phức Ni-PAN2 bằng chương trình Phochuan.exe 59 Nguyễn Đức Vượng và Nguyễn Đức Minh khi cho thuốc thử dư so với kim loại. Đã xác định được Ni(II) khi cho dư thuốc thử PAN bằng chương trình SIMULAN1.exe. Kết quả đo là ổn định và nằm trong khoảng sai số cho phép, có thể chấp nhận được. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chu Đình Bính và Phạm Luận, 2006.Nghiên cứu phản ứng tạo phức chất giữa Co(II) và Ni(II) với thuốc thử PAN trong môi trường Mixen, đánh giá khả năng áp dụng vào phân tích đồng thời Co(II) và Ni(II). Tạp chí phân tích Hoá, Lý và Sinh học, 11(4). [2] Trần Tứ Hiếu, 2003. Phân tích trắc quang. Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội. [3] A. Gallardo Melgarejo, A. Gallaardo Céspedes, J. M. Canopavon, 1989. Simultaneous determination of Nickel, Zinc and Copper by second-derivative spectrophotometry using 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol as reagent. Analyst, Vol.114, pp. 109-111. [4] G. A. Shar, G. A. Soomro, 2004. Spectrophotometric determination of Cobalt(II), Nikel(II) and Copper(II) with 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol in micellar medium. The nucleus, 41 (1-4), pp. 77-82. ABSTRACT Using 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol (PAN) reagent to determine Ni(II) when employing the chemometric-photometric method A spectrophotometric determination of Ni(II) was carried out using PAN as the complex reagent in aqueous phase with surfactant Tween 80. The results had a high degree of repeatability (RSD = 2.11%). Absorbance was best at a wavelength (λmax of 569 nm). The pH value appropriate for Ni(II) and PAN complex formation is five. The optimal Tween concentration is five percent. 60