Chương 1: ĐẠI CƯƠNG HÓA PHÂN TÍCH Bài 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH Mục tiêu: 1. Trình bày được các phương pháp của hóa phân tích định tính. Trình bày được các phản ứng dùng trong phân tích địn tính 3. Phân tích định tính các ion theo phương pháp acid - base.
Nội dung: Hóa phân tích định tính (HPTĐT) là một môn khoa học chuyên nghiên cứu về các phương pháp, các kỹ thuật, các thuốc thử, các phản ứng… để xác định thành phần cấu tạo của các chất. CÁC PHƯƠNG PHÁP CỦA HPTĐT 1. Phương pháp hóa học Là phương pháp định tính dựa trên các phản ứng hóa học. Phương pháp này không cần trang thiết bị phức tạp nên tiết kiệm và dễ thực hiện.
Tuy nhiên, nó đòi hỏi thời gian tương đối dài và lượng chất phân tích tương đối lớn. Các phương pháp vật lý và hóa lý Là các phương pháp phân tích định tính dựa trên các tính chất vật lý và hóa lý của mẫu vật cần kiểm nghiệm. Các phương pháp thường dùng: - Phương pháp soi tinh thể: dùng kính hiển vi để phát hiện các tinh thể có màu sắc và hình dạng đặc trưng của một hợp chất. Ví dụ: ion Na+ tạo tinh thể hình mặt nhẫn màu vàng lục nhạt với thuốc thử Streng.
- Phương pháp so màu ngọn lửa: đốt các hợp chất dễ bay hơi của các nguyên tố trên ngọn lửa đèn gas không màu rồi quan sát. Ví dụ: kali màu tím, natri màu vàng, bari màu lục nhạt. - Các phương pháp dụng cụ: dùng các máy móc, thiết bị để phân tích định tính như sắc ký, quang phổ phát xạ, huỳnh quang,… Các phương pháp vật lý – hóa lý có độ nhạy và độ chính xác cao, nhưng đòi hỏi trang thiết bị phức tạp. Phương pháp khô và phương pháp dung dịch 1.
Phương pháp khô: tiến hành phân tích định tính chất cần xác định và các thuốc thử đều ở thể rắn. Ví dụ: - Thử màu ngọn lửa: Khi đốt muối Sr2+ hoặc dung dịch chứa ion Sr2+, xuất hiện ngọn lửa màu đỏ son. 1 - Điều chế ngọc màu với natri bonat: ngọc màu lam là có muối cobalt, ngọc màu lục là có muối crom. Phương pháp dung dịch: tiến hành phân tích định tính chất cần xác định và các thuốc thử đều ở dạng dung dịch.
Phản ứng hóa học giữa các chất (thuốc thử và chất cần xác định) thực chất là phản ứng giữa các ion. Phân tích riêng biệt và phân tích hệ thống 1. Phân tích riêng biệt: Phân tích riêng biệt là xác định trực tiếp một ion trong hỗn hợp nhiều ion bằng một phản ứng đặc hiệu (phản ứng chỉ xảy ra với riêng ion đó). Ta có thể lấy từng phần dung dịch phân tích để thử riêng từng ion mà không cần theo một thứ tự nhất định nào.
Ví dụ: xác định iod trong dung dịch bằng hồ tinh bột, phản ứng đặc hiệu cho màu xanh tím. Thực tế, không nhiều ion có phản ứng thật đặc hiệu. Do đó, phân tích riêng biệt chỉ được sử dụng trong sự kết hợp với phân tích hệ thống. Phân tích hệ thống: Là tiến hành xác định ion theo một thứ tự nhất định.
Trước khi xác định một ion phải loại bỏ hoặc khóa lại các ion cản trở - là các ion có phản ứng với thuốc thử giống những ion cần tìm. Ví dụ: người ta thường dùng thuốc thử amoni oxalat (NH4)2C2O4 để xác định ion Ca qua phản ứng: 2+ Ca2+ + C2O42- = CaC2O4↓(trắng) Tuy nhiên, Ba2+ cũng cho phản ứng tương tự, do đó trước hết cần phải loại ion này (nếu có) khỏi dung dịch nhờ phản ứng với cromat trong môi trường acid acetic Ba2+ + CrO42- = BaCrO4 (vàng tươi) Để phân tích hệ thống một hỗn hợp ion người ta thường dùng thuốc thử nhóm để chia các ion thành nhiều nhóm, mỗi nhóm có thể chia thành các phân nhóm rồi tách thành từng ion riêng biệt để xác định. Các phản ứng dùng trong phân tích định tính 2. Theo bản chất hóa học - Phản ứng hòa tan - Phản ứng kết tủa - Phản ứng trung hòa - Phản ứng tạo chất bay hơi - Phản ứng oxy hóa khử - Phản ứng tạo phức 2.
Theo mục đích phản ứng - Phản ứng tách: nhằm chia các chất, các ion thành các nhóm nhỏ hay để tách riêng một ion, một chất dùng cho phản ứng xác định. 2 - Phản ứng đặc trưng hay xác định: nhằm tìm một ion khi nó đã được cô lập hoặc khi còn trong hỗn hợp. - Phản ứng tạo điều kiện cho tách và xác định như: + Phản ứng khóa hay loại ion cản trở + Phản ứng mở khóa hoặc phá phức để giải phóng ion cần tìm + Phản ứng điều chỉnh pH môi trường để hòa tan, kết tủa hoặc trung hòa chất cần phân tích 2. Độ nhạy và tính đặc trưng của phản ứng Các phản ứng dùng định tính cần phải nhanh, nhạy, đặc hiệu, có dấu hiệu dễ nhận biết như kết tủa, tạo màu, sinh khí có đặc điểm riêng…xảy ra hoàn toàn.
Tuy nhiên, tùy theo mục đích phân tích mà phản ứng được lựa chọn, chỉ cần đạt một vài yêu cầu cụ thể, không nhất thiết phải có đủ các đặc tính đã nêu. Chẳng hạn, khi tách riêng 1 ion bằng cách kết tủa thì phản ứng phải hoàn toàn. Nhưng để định tính ion đó thì không cần phải như vậy. Hai yêu cầu quan trọng đối với một phản ứng định tính là độ nhạy và tính đặc hiệu.
Độ nhạy của phản ứng: Độ nhạy của phản ứng là lượng chất tối thiểu có thể phát hiện được bằng phản ứng đó trong những điều kiện xác định. Có 2 cách biểu thị độ nhạy: + Độ nhạy tuyệt đối (giới hạn phát hiện): là lượng chất nhỏ nhất của chất đó, thường tính bằng microgam (1mcg = 10-6 g) trong mẫu đem thử để ta có thể phát hiện được nó. + Độ nhạy tương đối: là nồng độ giới hạn (hay nồng độ pha loãng giới hạn) thường tính bằng g/ml, còn được phát hiện bằng một phản ứng nào đó. Tính đặc hiệu của phản ứng: Là trong những điều kiện xác định, có thể dùng phản ứng (hay thuốc thử) đó để xác định một chất khi có mặt các chất khác.
Phản ứng phải tạo ra chất kết tủa hoặc màu sắc đặc trưng hay khí bay ra phải quan sát được. Tính đặc hiệu của một phản ứng có thể biểu thị bằng giá trị: Lượng ion cần phát hiện F= Lượng ion lạ cùng có mặt F càng nhỏ phản ứng càng đặc hiệu 2. Thuốc thử trong phản ứng định tính Phân loại thuốc thử theo tác dụng phân tích gồm: - Thuốc thử nhóm: là thuốc thử có tác dụng giống nhau lên một nhóm các ion. Ví dụ: HCl là thuốc thử nhóm của Ag+, Pb++, Hg2++ - Thuốc thử chọn lọc: là thuốc thử có tác dụng giống nhau trên một số ion mà các ion này có thể thuộc các nhóm phân tích khác nhau.
3 Ví dụ: NH3 có thể tạo phức tan và không màu với một số ion ở nhiều nhóm phân tích. - Thuốc thử đặc hiệu hay thuốc thử riêng: là thuốc thử chỉ cho phản ứng đặc hiệu với một ion hoặc một chất. Ví dụ: hồ tinh bột chỉ cho màu xanh với iod 3. PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH CÁC ION THEO PHƯƠNG PHÁP ACID – BASE: 3.1 Phân tích định tính các cation: - Để phân tích định tính các cation người ta có thể dùng 2 cách phân tích riêng biệt hay phân tích hệ thống, thông thường là kết hợp cả 2 cách này.
- Theo phương pháp acid base chủ yếu dựa trên khả năng tạo tủa, phức chất với các acid - base như HCl, H2SO4, NaOH, NH4OH. Theo phương pháp “acid - base” người ta phân thành 6 nhóm cation như sau: Nhóm I: Ag+, Pb++, Hg2++ Nhóm II: Ba++, Ca++ Nhóm III: Zn++, Al+++ Nhóm IV: Fe++, Fe+++, Bi+++, Mg++, Mn++. Nhóm V: Cu++, Hg++, Nhóm VI: NH4+, K+, Na+ 3. Phân tích định tính các anion: Do không có thuốc thử nhóm thật rõ ràng, nên cũng không thể phân chia một cách chặt chẽ toàn bộ các anion thành những nhóm riêng để phân tích hệ thống giống như các cation.
Nhờ những phản ứng của thuốc thử trên nhóm anion, chủ yếu là phản ứng kết tủa và oxy hóa khử, chúng ta có thể nhận biết chính xác sự có mặt hay vắng mặt nhiều ion. Nhờ chỉ dẫn của thuốc thử nhóm, các anion trong một nhóm được xác định bằng thuốc thử đặc hiệu, hoặc sau phản ứng tách, được xác định bằng một vài phản ứng đặc trưng. Lưu ý: vì có nhiều cation gây cản trở phản ứng nhóm và phản ứng xác định, nên các cation đó cần được loại bỏ trước khi tiến hành phân tích anion. Điều này có thể thực hiện được bằng cách chuyển dung dịch phân tích thành nước soda (dung dịch chứa Na2CO3).
Trong nước soda hầu hết các cation cản trở (thường là kim loại kiềm thổ, kim loại nặng) bị kết tủa các dạng carbonat hoặc hydroxyd. Cách tạo nước soda thông thường là: 1 thể tích dung dịch phân tích (vài ml) + 1 thể tích dung dịch Na2CO3 (vài ml) + vài giọt NaOH đặc. Lọc hoặc ly tâm. Dung dịch trong suốt chứa các anion dùng cho phân tích gọi là nước soda.
Người ta phân thành 3 nhóm anion như sau: Nhóm I: Cl-, Br-, I-, S--, NO3- Nhóm II: AsO3---, AsO4---, PO4---, HCO3-, CO3-- 4 Nhóm III: SO3--, SO4-- Lượng giá: Chọn câu đúng nhất các câu sau đây: Câu 1. Phương pháp vật lý và hóa lý dùng trong phân tích định tính là: A. Phương pháp soi tinh thể. Phương pháp so màu dung dịch.
Phương pháp dung dịch. Phương pháp phản ứng hóa học. Xác định trực tiếp một ion trong hỗn hợp nhiều ion bằng một phản ứng đặc hiệu gọi là: A. Phân tích riêng biệt.
Phân tích hệ thống. Phân tích riêng biệt và phân tích hệ thống. Phân nhóm các cation và anion. Phản ứng để tìm một ion khi nó đã được cô lập hoặc khi còn trong hỗn hợp gọi là A.
Phản ứng điều chỉnh pH môi trường B. Phản ứng tách. Phản ứng khóa. ứng đặc trưng hay xác định Câu 4.
Thuốc thử có tác dụng giống nhau lên một nhóm các ion gọi là: A. Thuốc thử chọn lọc. Thuốc thử đặc hiệu. Thuốc thử nhóm.
Thuốc thử riêng. Chọn câu đúng, sai các câu sau đây Câu 5. Các cation được chia thành 3 nhóm A. Cation nhóm IV bao gồm Fe + +, Fe + + +, Bi + + +.
Sai 5 Bài 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG Mục tiêu: 1. Trình bày được khái niệm về Hóa phân tích định lượng và các ứng dụng của nó trong lĩnh vực y dược học. Kể được các phương pháp phân tích định lượng. Trình bày được các loại sai số và cách ghi dữ liệu thực nghiệm trong hóa phân tích định lượng.