MỞ ĐẦU VỀ PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH 1. Thuốc thử hóa học 1. Khái niệm – Phân loại thuốc thử Thuốc thử hóa học là những chất khi tương tác với chất nghiên cứu sẽ tạo nên chất mới có các tính chất đặc trưng. Ví dụ: Đimêtyglyoxim là thuốc thử đặc trưng nhất đối với ion Ni2+ trong môi trường amoni, nó tạo với ion này kết tủa tinh thể đimêtyl-glyoximat niken có màu hồng đỏ.
Các thuốc thử dùng trong phòng thí nghiệm phân tích được chia thành thuốc thử đặc trưng, thuốc thử chọn lọc và thuốc thử nhóm. Các thuốc thử đặc trưng dùng để phát hiện ion phải tìm khi có các ion khác. Các thuốc thử chọn lọc phản ứng với một số có hạn các ion riêng biệt, còn thuốc thử nhóm phản ứng với tất cả các ion trong nhóm. Các thuốc thử dùng trong phòng phân tích phải đạt được các yêu cầu chủ yếu sau: độ tinh khiết cao, độ nhạy cao và có tính đặc trưng.
Một số lưu ý khi sử dụng thuốc thử Trong phân tích định tính các chất vô cơ, ta có thể sử dụng những thuốc thử vô cơ và hữu cơ. Các thuốc thử vô cơ thường được pha trong nước cất có nồng độ phù hợp với các yêu cầu phân tích. Khi sử dụng các thuốc thử vô cơ cần chú ý: 1. Một số thuốc thử bị ánh sáng phân tích như: AgNO3, H2O2, KMnO4.
thì phải đựng trong các lọ thuỷ tinh màu nâu, đen và pha với nồng độ loãng. Một số chất kiềm như: NaOH, KOH, NH4OH… dễ hấp thụ CO2 trong không khí tạo thành muối cacbonat. Để hạn chế quá trình này các dung dịch kiềm đựng trong bình kín, tốt nhất là có bộ phận lọc khí CO2. Các thuốc thử có tính khử mạnh như Fe2+, SnCl2,… trong không khí dễ bị oxy hoá lên trạng thái hoá trị cao hơn làm mất tính khử.
Vì vậy trước khi sử dụng phải kiểm tra lại. Dung dịch (NH4)2S là dung dịch không màu để lâu sẽ chuyển thành màu vàng do tạo thành polysunfua đồng thời nó cũng có khả năng hấp thụ CO2. Vì vậy phải dùng (NH4)2S mới điều chế. Không để cho chất này lẫn với chất kia, sẽ gây khó khăn cho quá trình phân tích.
Trước kia, khi phân tích các chất vô cơ người ta dùng chủ yếu các thuốc thử vô cơ, về sau việc dùng các thuốc thử hữu cơ được mở rộng rất nhanh và được dùng rộng rãi. Đặc điểm cơ bản của thuốc thử hữu cơ là có độ nhạy cao và có tác dụng chọn lọc, đặc điểm đó cho phép dùng chúng để phát hiện một số ion khi có mặt các ion khác. Có những hỗn hợp không thể phân tích được bằng thuốc thử vô cơ, nhưng bằng thuốc thử hữu cơ lại có thể phân tích được. Một số thuốc thử hữu cơ thông dụng Ngày nay người ta đã tổng hợp được nhiều thuốc thử hữu cơ, dưới đây giới thiệu một số thuốc thử thông dụng nhất.
α - nitrozo - β- naphtol làm thuốc thử đối với Co2+. Đimêtylglyoxim thuốc thử để phát hiện Ni2+. Alizarin (1,2 - dioxiantraquinon): Thuốc thử với Al3+. Đithizon (diphenylthiocacbazon): Thuốc thử đối với Cu2+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+.
Điphenylcacbazit: Thuốc thử đối với Hg2+, Cr3+. Điphenylcacbazon: Thuốc thử đối với Hg2+, Ag+. Rodamin B: Thuốc thử phát hiện Sb5+. Axit rubeanic: Thuốc thử đối với Cu2+, Ni2+.
Nitron : Thuốc thử đối với NO3- và ClO4- 10. Thuốc thử này tạo phức bền cho đa số các ion kim loại ở pH xác định của dung dịch. Fluoretxein: Thuốc thử phát hiện Br- 1. Các phản ứng dùng trong phân tích định tính 1.
Phản ứng phân tích chung và riêng 1. Phản ứng chung: dùng để dự đoán nhóm ion cần xác định. Ví dụ: các cation Ba2+, Ca2+, Sr2+ đều tác dụng với ion CO32- tạo thành các kết tủa BaCO3, CaCO3 và SrCO3 có màu trắng. Phản ứng riêng: là phản ứng đặc trưng cho ion cần xác định.
Ví dụ: Trong môi trường amoni, ion Ni2+ tác dụng với đimetyl glyoxim tạo thành kết tủa tinh thể đimêtylglyoximat có màu đỏ hồng. Phản ứng phát hiện và phản ứng tách các ion 1. Phản ứng phát hiện: (phản ứng nhận biết) là phản ứng đặc trưng cho ion cần xác định. Những phản ứng này thường kèm theo biến đổi bề ngoài như tạo thành chất kết tủa, hòa tan kết tủa, thoát khí, đổi màu dung dịch, có mùi.
mà ta có thể quan sát được dễ dàng. Ví dụ: Fe3+ + 3SCN- Fe(SCN)3 tan, có màu đỏ máu 0 t 3 NH4+ + OH- NH3 + H2O (mùi khai) 2+ Ba + SO4 2- BaSO4 màu trắng Phản ứng đặc trưng có ý nghĩa thực tiễn đối với phân tích định tính, phản ứng đặc trưng có độ nhạy và tính chọn lọc càng cao thì càng có lợi cho thực hành phân tích. Độ nhạy của phản ứng phụ thuộc vào điều kiện tiến hành phản ứng như: môi trường, nhiệt độ, các ion cản trở. Phản ứng tách: dùng để tách ion, nhóm ion này ra khỏi ion, nhóm ion khác bằng thuốc thử đặc trưng hay thuốc thử nhóm.
Phương pháp tăng độ nhạy của phản ứng Đối với những mẫu nghiên cứu có hàm lượng cần xác định 10-5 - 10-6 % không phải lúc nào cũng xác định được ngay cả khi dùng các phương pháp có độ nhạy cao. Vì vậy cách làm tăng độ nhạy của phản ứng có ý nghĩa rất lớn đối với hoá học phân tích. Có nhiều phương pháp làn tăng độ nhạy của phản ứng nhưng ở đây chỉ trình bày phương pháp làm tăng nồng độ của chất đã cho trong dung dịch bằng một số phương pháp đơn giản. Phương pháp cộng kết Cộng kết là phương pháp làm giàu đơn giản và có hiệu quả.
Người ta thêm một lượng nhỏ chất lạ (cation hoặc anion) vào dung dịch phân tích và kết tủa nó dưới dạng hợp chất khó tan trong bằng thuốc thử thích hợp. Lượng rất nhỏ của ion cần xác định trong dung dịch sẽ bị cộng kết lên kết tủa đó. Các chất cộng kết có thể là các chất vô cơ như Fe(OH)3, Al(OH)3, …Hay các chất hữu cơ như: mêtyl tím, mêtyl da cam, các rôđamin, …. Các chất cộng kết hữu cơ có nhiều ưu điểm hơn so với các chất cộng kết vô cơ: - Chúng dễ bị tro hoá, nên có thể nhận được các nguyên tố cộng kết dưới dạng tinh khiết.
- Có tính chọn lọc cao. Phương pháp chiết Có nhiều chất tan ít trong nước, nhưng tan nhiều trong chất hữu cơ, nên người ta chọn dung môi hữu cơ thích hợp để rút chất cần thiết khỏi nước. Quá trình này gọi là chiết. Chất hòa tan trong nước và trong dung môi hữu cơ, được phân bố giữa hai lớp chất lỏng không trộn lẫn nhau đó.
Tại một nhiệt độ, tỷ số nồng độ (C) trong hai chất lỏng, bằng một hằng số. Ở đây K được gọi là hệ số phân bố và biểu thức này là biểu thức toán học của định luật phân bố Nernst và là cơ sở của phương pháp chiết. Khi chọn dung môi hữu cơ cần đảm bảo sao cho chất cần xác định tan nhiều trong nó, còn các hợp phần khác của sản phẩm phân tích hòa tan ít hoặc hoàn toàn không bị hòa tan. Muốn chiết được hết chất cần xác định ta có thể lặp lại quá trình chiết vài lần với lượng dung môi hữu cơ giảm dần.
Để tách chất dưới dạng tinh khiết, người ta làm bay hơi dung môi hữu cơ, sấy khô, cất hoặc kết tinh phần chiết. Phương pháp chiết có một số ưu điểm sau: - Có thể chiết rút chất cần xác định từ những dung dịch loãng, tức là làm tăng độ nhạy của phương pháp. - Sự cộng kết không xảy ra, chất bị chiết được tách dưới dạng tinh khiết. - Hầu như có thể tách hoặc phân chia các chất khó hoặc không thể tách bằng các phương pháp khác.
4 Phương pháp chiết không những ứng dụng trong hóa học phân tích mà còn ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác. Che và giải che các ion 1. Che các ion ngăn cản Trong quá trình thực hiện phân tích, thường gặp phải những phản ứng phụ làm phức tạp quá trình phân tích. Nguyên nhân là do thuốc thử vừa tác dụng với chất cần xác định vừa tác dụng với ion lạ có trong dung dịch phân tích.
Hiện tượng này không những làm giảm độ nhạy của phản ứng mà còn ảnh hưởng tới kết quả phân tích. Để khắc phục được tác hại này, ta phải loại trừ ảnh hưởng của ion lạ bằng cách dùng chất tạo phức, các chất oxy hóa, khử,. Phương pháp này gọi là che các ion ngăn cản. Các chất dùng để che có thể là chất vô cơ tiêu biểu như các muối xianua, thioxianat, florua, phốtphát,.
của kim loại kiềm hay amoni; các chất hữu cơ tiêu biểu như các axit tactric, xitric, oxalic, salisilic, các complexon. Ví dụ về che ion ngăn cản bằng cách tạo phức: - Che Ge4+, Al3+, Be2+ ,. Al3+ + 6F- [AlF6]3- - Che Ag+, Co2+, Co3+, Hg2-,. Ag+ + 2CN- [Ag(CN)2]- - Che các kim loại kiềm thổ: Mg2+ + H2Y2- 2H+ + MgY2- Ở đây H2Y2- là ký hiệu của ion EDTA.
Ví dụ che bằng cách dùng chất khử. Khi cho Co2+ tác dụng với NH4SCN, chất màu xanh sáng xuất hiện: Co2+ + 4SCN- [Co(SCN)4]2- Nhưng nếu có mặt Fe3+ thì tạo thành Fe(SCN)3 màu đỏ máu do đó phức màu xanh của Co2+ không rõ ràng. Để che Fe3+ bằng cách khử nó xuống Fe2+ bằng chất khử như SnCl2: Sn2+ + Fe3+ Sn4+ + Fe2+ Ion Fe2+ không gây cản trở tới việc xác định Co2+. Giải che các ion bị che Muốn chuyển ion đã bị che thành ion tự do phương pháp hay được dùng là cho ion bị che tác dụng với thuốc thử, thuốc thử này tạo với phối tử của ion phức một phức chất bền hơn, hoặc một kết tủa, một chất điện ly yếu v.
Như vậy quá trình ngược với sự che là phân hủy ion phức gọi là sự giải che. Dưới đây là một số ví dụ: - Giải che Ni2+ 2Ag+ + [Ni(CN)4]2- 2[Ag(CN)2]- + Ni2+ - Giải che Fe2+ 3Hg+ + [Fe(CN)6]4- 3Hg(CN)2 + Fe2+ - Giải che Zn2+ O [Zn(CN)4]2- + 4H2CO Zn2+ + H2C - anđêhitfomic CN - Giải che Be2+ [BeF4]2- + 2Ba2+ Be2+ + 2BaF2 Phương pháp che và giải che các ion đã bị che được ứng dụng rộng rãi trong hóa học phân tích và có ý nghĩa thực tế; song khi thực hiện các phương pháp này phải chú ý tới các yếu tố ảnh hưởng, quan trọng nhất là pH của môi trường. Phân tích riêng lẻ và phân tích hệ thống 1. Phân tích riêng lẻ 5 Phương pháp phân tích dựa trên việc dùng những phản ứng đặc trưng nhờ đó có thể phát hiện các ion cần tìm trong những phần riêng của dung dịch đầu, không cần dùng hệ thống phân tích gọi là phân tích riêng lẻ.