Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phương pháp bán định lượng và định lượng clorua trong nước rửa nguyên liệu bari cromat dùng cho chế tạo thuốc hỏa thuật

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu phương pháp bán định lượng và định lượng clorua trong nước rửa nguyên liệu bari cromat, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Hoàng Minh Hải
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Thị Ngọc Mai
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Xác Định Clorua Trong Nước Rửa
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. Vai trò và đặc tính phân tích của clorua
• 2.1. Sự tồn tại của clorua trong tự nhiên và vai trò đối với sự sống
• 2.2. Đặc tính phân tích của clorua
• 3. Thuốc hỏa thuật và nguyên liệu Bari-cromat
• 3.1. Giới thiệu chung
• 3.2. Sự ảnh hưởng của clorua trong nguyên liệu Bari cromat đến tính năng của thuốc hỏa thuật
• 4. Các phương pháp định lượng xác định hàm lượng clorua
• 4.1. Phương pháp chuẩn độ
• 4.1.1. Phương pháp Mohr
• 4.1.2. Phương pháp Volhard
• 4.1.3. Phương pháp Fajans
• 4.2. Phương pháp phân tích điện hóa
• 4.2.1. Phương pháp điện thế sử dụng điện cực chọn lọc ion clorua
• 4.2.2. Phương pháp xác định clorua bằng cách đo điện thế dòng chảy liên tục
• 4.3. Phương pháp đo quang
• 4.3.1. Phương pháp phân ly phức thủy ngân (II) diphenylcarbazone
• 5. Mục tiêu, nội dung và đối tượng nghiên cứu
• 5.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 5.2. Đối tượng nghiên cứu
• 5.3. Hoá chất, thiết bị và dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu
• 5.3.1. Thiết bị và dụng cụ
• 5.4. Phương pháp nghiên cứu
• 5.4.1. Phân tích định lượng clorua bằng phương pháp đo quang trong môi trường mixen (SDS)
• 5.4.2. Phân tích bán định lượng clorua
• 5.4.3. Lấy mẫu phân tích
• 6. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 6.1. Xây dựng phương pháp phân tích bán định lượng xác định clorua
• 6.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ dẫn điện của dung dịch
• 6.3. Xây dựng mối quan hệ giữa độ dẫn điện, nhiệt độ và nồng độ clorua
• 6.4. Loại trừ ảnh hưởng của các ion khác
• 6.5. Kết quả phân tích hàm lượng clorua trong mẫu thực
• 6.6. Phương pháp định lượng xác định clorua
• 6.6.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu xác định định lượng clorua
• 6.6.2. Đánh giá phương pháp phân tích định lượng xác định clorua
• 6.7. Kết quả phân tích định lượng clorua trong mẫu thực
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu phương pháp xác định clorua trong nước rửa

Nghiên cứu về phương pháp xác định clorua trong nước rửa là một lĩnh vực quan trọng trong hóa phân tích. Clorua, một ion phổ biến trong tự nhiên, có thể ảnh hưởng đến chất lượng của nhiều sản phẩm, đặc biệt là trong ngành công nghiệp chế tạo thuốc hỏa thuật. Việc xác định chính xác hàm lượng clorua trong nước rửa nguyên liệu Bari-cromat là cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Các phương pháp hiện có như chuẩn độ, đo quang và điện hóa đã được nghiên cứu và phát triển để cải thiện độ nhạy và tính chọn lọc.

1.1. Vai trò của clorua trong nước rửa và ứng dụng

Clorua có mặt trong nhiều loại nước rửa và có vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng sản phẩm. Sự hiện diện của clorua có thể gây ra các vấn đề như ăn mòn và giảm hiệu suất của sản phẩm. Do đó, việc xác định hàm lượng clorua là rất cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong sản xuất.

1.2. Các phương pháp xác định clorua hiện nay

Hiện nay, có nhiều phương pháp được sử dụng để xác định clorua trong nước rửa, bao gồm phương pháp chuẩn độ, phương pháp điện hóa và phương pháp đo quang. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng.

II. Vấn đề và thách thức trong xác định clorua

Mặc dù có nhiều phương pháp để xác định clorua, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc đảm bảo độ chính xác và độ nhạy của các phương pháp này. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự hiện diện của các ion khác có thể gây nhiễu trong quá trình phân tích. Điều này có thể dẫn đến sai số trong kết quả xác định hàm lượng clorua.

2.1. Ảnh hưởng của các ion khác đến kết quả phân tích

Sự hiện diện của các ion như sulfát, nitrat và các ion kim loại có thể gây ra sự can thiệp trong quá trình xác định clorua. Điều này làm cho việc phân tích trở nên phức tạp hơn và yêu cầu các biện pháp khắc phục để loại bỏ ảnh hưởng của các ion này.

2.2. Độ nhạy và độ chính xác của các phương pháp hiện tại

Độ nhạy và độ chính xác của các phương pháp xác định clorua là một yếu tố quan trọng. Các phương pháp như đo quang và điện hóa cần được tối ưu hóa để đạt được kết quả chính xác hơn, đặc biệt trong các mẫu có nồng độ clorua thấp.

III. Phương pháp chuẩn độ trong xác định clorua

Phương pháp chuẩn độ là một trong những phương pháp phổ biến để xác định hàm lượng clorua. Phương pháp này dựa trên phản ứng giữa clorua và bạc nitrat, tạo thành kết tủa bạc clorua. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế nhất định, như độ chính xác phụ thuộc vào điều kiện pH của dung dịch.

3.1. Phương pháp Mohr trong xác định clorua

Phương pháp Mohr sử dụng chỉ thị cromat để xác định điểm tương đương trong quá trình chuẩn độ. Mặc dù đơn giản, nhưng phương pháp này có thể gặp phải sai số do sự hòa tan của cromat trong dung dịch.

3.2. Phương pháp Volhard và Fajans

Phương pháp Volhard là một phương pháp gián tiếp, trong khi phương pháp Fajans sử dụng chỉ thị màu để xác định điểm tương đương. Cả hai phương pháp này đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng.

IV. Phương pháp điện hóa trong xác định clorua

Phương pháp điện hóa sử dụng điện cực chọn lọc ion clorua để xác định hàm lượng clorua trong dung dịch. Phương pháp này có độ nhạy cao và cho kết quả nhanh chóng, nhưng cũng cần phải chú ý đến sự can thiệp của các ion khác.

4.1. Nguyên lý hoạt động của điện cực chọn lọc ion

Điện cực chọn lọc ion hoạt động dựa trên sự chênh lệch điện thế giữa ion clorua và các ion khác trong dung dịch. Điều này cho phép xác định nồng độ clorua một cách chính xác và nhanh chóng.

4.2. Ứng dụng của phương pháp điện hóa trong thực tiễn

Phương pháp điện hóa đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ kiểm tra chất lượng nước đến phân tích trong ngành công nghiệp thực phẩm. Độ nhạy và tốc độ của phương pháp này làm cho nó trở thành một công cụ hữu ích trong phân tích hóa học.

V. Phương pháp đo quang trong xác định clorua

Phương pháp đo quang là một trong những phương pháp hiện đại được sử dụng để xác định clorua. Phương pháp này dựa trên phản ứng giữa clorua và các thuốc thử tạo phức có màu, cho phép xác định nồng độ clorua thông qua việc đo độ hấp thụ quang.

5.1. Nguyên lý của phương pháp đo quang

Phương pháp đo quang dựa trên nguyên lý rằng các hợp chất clorua sẽ tạo ra phức có màu khi phản ứng với các thuốc thử. Độ hấp thụ quang của phức này sẽ tỷ lệ thuận với nồng độ clorua trong dung dịch.

5.2. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp đo quang

Phương pháp đo quang có nhiều ưu điểm như độ nhạy cao và khả năng phân tích nhanh. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm như sự can thiệp của các chất khác có thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích.

VI. Kết luận và tương lai của nghiên cứu xác định clorua

Nghiên cứu về phương pháp xác định clorua trong nước rửa đang ngày càng trở nên quan trọng trong ngành công nghiệp. Việc phát triển các phương pháp mới và cải tiến các phương pháp hiện có sẽ giúp nâng cao độ chính xác và độ nhạy trong phân tích. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm.

6.1. Hướng phát triển các phương pháp mới

Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc phát triển các phương pháp mới có độ nhạy và độ chính xác cao hơn. Việc áp dụng công nghệ mới như cảm biến và phân tích tự động có thể mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực này.

6.2. Tầm quan trọng của việc xác định clorua trong sản xuất

Việc xác định chính xác hàm lượng clorua trong nước rửa không chỉ đảm bảo chất lượng sản phẩm mà còn góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe con người. Do đó, nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này là rất cần thiết.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Bari cromat là một thành phần quan trọng dùng để chế tạo các loại thuốc hỏa thuật, đặc biệt là các loại thuốc cháy chậm sử dụng cho chế tạo các loại kíp nổ vi sai tại Nhà máy Z121 – Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng. Bari cromat đóng vai trò là chất oxy hóa dùng để điều chỉnh tốc độ cháy của các hỗn hợp thuốc hỏa thuật.Bari cromat được điều chế từ Bari clorua nên có chứa một hàm lượng clorua, nếu hàm lượng clorua vượt quá quy định sẽ có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của thuốc hoả thuật, vì vậy cloruađược loại bỏ dầnbằng phương pháp rửa và việc xác định chính xác hàm lượng clorua có trong nguyên liệu Bari cromat là yêu cầu rất quan trọng.Việc xác định hàm lượng clorua tại Nhà máy Z121 hiện nay được thực hiện bằng phương pháp dùng AgNO3 xác định gián tiếp hàm lượng clorua có trong nước rửa nguyên liệu Bari-cromat, phương pháp này tuy đơn giản nhưng không xác định được chính xác hàm lượng clorua theo yêu cầu của tiêu chuẩn nguyên vật liệu. Các phương pháp xác định clorua đã được nghiên cứu và phát triển qua nhiều năm nhằm cải thiện độ nhạy và tính chọn lọc. Các phương pháp cơ bản do Gay-Lussac (1832), Levol (1853), Mohr (1856) và Volhard (1874) nghiên cứu phát triển cho đến nay vẫn được sử dụng.

Các phương pháp hiện đại được sử dụng để xác định hàm lượng clorua bao gồm phương pháp chuẩn độ, phương pháp đo quang phổ hoặc phương pháp điện thế sử dụng điện cực chọn lọc clorua, phương pháp sắc ký. Để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân tích, hiện nay các nhà khoa học đã đưa ra một hướng mới là tiến hành phương pháp đo quang trong môi trường mixen để tránh quá trình chiết trong dung môi hữu cơ, đồng thời làm tăng độ nhạy 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] của phương pháp và phương pháp đo độ dẫn điện của dung dịch để xác định nhanh hàm lượng clorua trong dung dịch cần phân tích. Trong đề tài nghiên cứu này, chúng tôi lựa chọn phương pháp đo quang với thuốc thử diphenylcarbazone trong môi trường mixen nhằm phân tích định lượng và phương pháp đo độ dẫn điện để phân tích bán định lượng clorua trong nước rửa nguyên liệu Bari-cromat. Vai trò và đặc tính phân tích của clorua 1.

Sự tồn tại của clorua trong tự nhiên và vai trò đối với sự sống Clorua có mặt rất nhiều trong tự nhiên dưới dạng các muối như natri clorua (NaCl), kali clorua (KCl), canxi clorua (CaCl2). Nó là một trong những ion thông dụng nhất có mặt trong nước tự nhiên và đặc biệt có mặt nhiều trong nước biển.Clorua có mặt rộng rãi trong tự nhiên ở dạng các muối như: natri (NaCl), kali (KCl), và canxi (CaCl2). Mặc dù không được coi là một chất dinh dưỡng nhưng clorua có mặt trong hầu hết các tế bào sống. Ngoại bào ở người có chứa 88% clorua và nó đóng góp cho hoạt động thẩm thấu của các chất dịch trong cơ thể.

Sự cân bằng điện giải trong cơ thể được duy trì bằng cách điều chỉnh chế độ ăn uống và bài tiết qua thận và đường tiêu hóa. Chlorua được hấp thu gần như hoàn toàn trong cơ thể bình thường, chủ yếu là từ nửa đầu gần của ruột non[40] Clorua trong cơ thể chủ yếu ở dạng muối NaCl và một phần ở dạng muối KCl Ngoài ra, clorua còn có trong dịch vị ở dạng HCl. Clorua được đưa vào cơ thể chủ yếu dưới dạng muối NaCl. Clorua tham gia vào quá trình cân bằng các ion giữa nội bào và ngoại bào.

Nếu thiếu clorua sẽ gây tình trạng kém ăn và nếu thừa clorua có thể gây độc cho cơ thể. Cơ thể được bổ sung clorua chủ yếu dưới dạng muối NaCl. Mỗi ngày mỗi người cần khoảng 3÷ 5 gam NaCl[41] 1. Đặc tính phân tích của clorua Clorua là chất khử rất yếu, vì vậy nó không tham gia vào các phản ứng ôxy hoá khử.

Trong dung dịch, nó có thể tạo kết tủa với các ion kim loại như[7]: 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Ag+ + Cl- AgCl Hg22+ + Cl- Hg2Cl2 Pb2+ + 2Cl- PbCl2 Clorua có thể tham gia vào một số phản ứng tạo phức như sau: Hg2+ + Cl-(HgCl2) (Co(H2O)6)2+ + 4Cl- (CoCl4)2+ + 6H2O (Cu(H2O)6)2+ + 4Cl- (CuCl4)2+ + 6H2O 1. Thuốc hỏa thuật và nguyên liệu Bari-cromat 1. Giới thiệu chung Hoả thuật là kỹ thuật dùng lửa, là bộ môn khoa học nghiên cứu chế tạo thuốc và các phương tiện của thuốc khi cháy hoặc nổ tạo hiệu ứng về ánh sáng, nhiệt độ, khói, âm thanh, và độ trễ thời gian[2, 13]. Đặc trưng của thuốc hoả thuật là cháy trong điều kiện thường.

Tức là dưới tác dụng của xung lượng ban đầu bên ngoài thì thuốc hoả thuật cháy, tạo ra các hiệu ứng về ánh sáng, nhiệt độ, âm thanh, khói lửa…Có thể các hiệu ứng đó là riêng biệt, hoặc kết hợp của các hiệu ứng nêu trên. Thông thường thuốc hoả thuật được phân loại theo tên các phương tiện hoả thuật và có các loại như sau: Thuốc phát sáng, thuốc vạch đường, thuốc tín hiệu, thuốc khói, thuốc pháo hoa và thuốc cháy chậm. Các điều kiện cơ bản để phân biệt quá trình cháy của thuốc hoả thuật với các quá trình khác là khi cháy có xảy ra phản ứng hoá học như sau: - Sự tồn tại vùng phản ứng rộng có nhiệt độ cao. - Không có sự chênh lệch áp suất trong vùng phản ứng.

Quá trình cháy của thuốc hoả thuật là phản ứng ôxy hoá xảy ra: đồng thời ôxy hoá chất cháy và khử chất ôxy hoá. Thành phần thuốc hoả thuật bao gồm: Chất ôxy hoá, chất cháy, chất kết dính, chất tăng giảm tốc độ cháy, chất thuần hoá, phụ gia công nghệ, ngoài ra có thể sử dụng các chất tạo hiệu ứng khác… 9 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Chất ôxy hoá là một thành phần quan trọng của thuốc hoả thuật, là chất đóng vai trò dự trữ ôxy và cung cấp ôxy cho sự cháy của thuốc hoả thuật, đồng thời là chất tạo mầu sắc khi cháy. Chất ôxy hoá dùng cho chế tạo thuốc hỏa thuật phải là chất rắn và đảm bảo yêu cầu như: Có chứa nhiều ôxy, dễ dàng tách ôxy khi cháy, bền về mặt hoá học, lý học trong thời gian sử dụng, ít hút ẩm. Yêu cầu kỹ thuật của chất ôxy hoá: - Có độ tinh khiết cao  99,9%.

- Phải là chất trung tính. - Hàm lượng nước thấp. - Không được có tạp chất mà mắt thường nhìn thấy được. - Phải đảm bảo cỡ hạt đồng đều.

Sự ảnh hưởng của cloruatrong nguyên liệu Bari cromat đến tính năng của thuốc hỏa thuật Bari cromat là chất bột màu vàng, có công thức là BaCrO4.BaCrO4 là chất oxy hóa, khi đốt nóng cho ngọn lửa màu xanh. BaCrO4 hầu như không tan trong nước nhưng tan trong axit theo phản ứng sau: 2BaCrO4 + 2H+ 2Ba2+ + Cr2O2-7 + 2H2O Ksp = [Ba2+](CrO2-4] = 2,110-10 Bari cromat là một thành phần qua trọng dùng cho chế tạo các loại thuốc hỏa thuật, đặc biệt là các loại thuốc cháy chậm sử dụng cho các loại kíp nổ vi sai tại Nhà máy Z121 – Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng. Nó đóng vai trò là chất oxy hóa dùng để điều chỉnh tốc độ cháy của các hỗn hợp thuốc hỏa thuật, đặc biệt là các hỗn hợp thuốc vi sai. Ngoài ra, Bari cromat còn dùng làm bột màu cho sơn, gốm sứ và thủy tinh màu, dùng làm diêm an toàn, làm chất khởi nổ, và làm chất chống ăn mòn điện hóa tại vị trí tiếp nối các kim loại khác nhau.

Khối lượng phân tử của Bari cromat: 253,37 g/mol. Tỷ trọng: 4,498 g/cm3. 10 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Độ hòa tan trong nước: 0,002775 g/l (ở 20oC) Yêu cầu về chỉ tiêu phân tích của nguyên liệuBari cromat dùng cho chế tạo thuốc hỏa thuật như sau[6]: Hàm lượng BaCrO4: ≥ 99,0% Hàm lượng chất không tan trong axit HCl: ≤ 0,05% Tiêu chuẩn phân tích: Rửa nguyên liệu Bari cromat theo tỷ lệ 5 lít nước cho 1 kg nguyên liệu, khuấy đều và để lắng với thời gian 60 phút. Nguyên liệu đạt yêu cầu khi nồng độ clorua trong nước rửa ≤ 2 mg/l.

Do Bari cromat được điều chế từ bari clorua, vì vậy sẽ có mặt của clorua trong nguyên liệu Bari cromat thu được. Khi hàm lượng clorua vượt quá quy định sẽ làm cho thuốc bị hút ẩm, dễ vón cục, khó gia công. Mặt khác, thuốc được nhồi nén trong các loại bạc chế tạo từ vật liệu kẽm hoặc nhôm, sự có mặt clorua trong thành phần thuốc sẽ gây ăn mòn các vật liệu này. Thực tế cho thấy, khi hàm lượng clorua vượt quá quy định, thời gian cháy chậm của thuốc hoả thuật (tính bằng ms) sẽ tăng lên gây sai số về thời gian cháy và phải huỷ sản phẩm [2].

Cácphương pháp định lượng xác định hàm lượng clorua 1. Phương pháp chuẩn độ 1. Phương pháp Mohr Phương pháp này sử dụng chỉ thị cromat. Cromat Buret chứa tạo kết tủa với Ag+ nhưng kết tủa này tan nhiều hơn so với dd bạc nitrat AgCl (Ksp,Ag CrO = 1,1×10-12, Ksp,AgCl = 1,6×10-10).

Do đó, 2 4 AgCl tạo thành trước và sau khi hết Cl-, giọt Ag+ đầu tiên trong quá trình phân tích sẽ phản ứng với chỉ thị cromat tạo thành kết tủa màu nâu đỏ: 2Ag+ + CrO42- (màu vàng) Ag2CrO4 (màu nâu đỏ) Trong phương pháp này, môi trường phản ứng phải trung tính. Vì trong môi trường kiềm, bạc sẽ phản ứng với hydroxyt tạo thành AgOH.Còn trong môi trường axit, cromat sẽ bị chuyển thành dicromat. Do đó, pH của dung dd cần phân tích có chứa chỉ thị cromat 11 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] dịch trong quá trình phân tích phải giữ ở pH = 7.Phương pháp này luôn có sai số vì lượng cromat hoà tan trong dung dịch gây ảnh hưởng đến màu sắc của chỉ thị Ag2CrO4, do cần phải cho thêm một lượng Ag+ để phản ứng hoàn toàn với cromat [35, 37]. Phương pháp Volhard.

Buret chứa dd Đây là phương pháp gián tiếp để xác định clorua Kali thiocyanat bằng cách dùng lượng dư Ag+ cho vào dung dịch clorua có chứa chất chỉ thị Fe3+. Lượng dư Ag+ được chuẩn độ bằng dung dịch SCN- tiêu chuẩn cho tới khi xuất hiện màu đỏ theo phản ứng sau: Fe3+(màu vàng) + SCN- Fe(SCN)2+ (màu nâu đỏ) Hệ chỉ thị này rất nhạy và cho kết quả tốt. Môi trường cần được axit hoá để tránh sự tạo thành của Fe(OH)3. Tuy nhiên, khi cho SCN- vào môi trường axit sẽ làm tăng khả năng hoà tan kết tủa AgCl và dẫn tới sai số phân tích lớn.

Vấn đề này được khắc phục bằng dd cần phân tích có 3+ chứa chỉ thị Fe hai cách như sau: Thứ nhất là dùng nitrobenzen để bao bọc kết tủa và tránh sự hoà tan của kết tủa trong môi trường nước.