I. Tổng Quan Nghiên Cứu Azocalixaren và Ion Kim Loại
Các phương pháp phân tích hóa lý như phổ hấp thụ nguyên tử, phân tử, và điện hóa đang được ứng dụng rộng rãi. Đặc biệt, ở các nước phát triển, chúng trở thành phương pháp quan trọng để phân tích lượng vết kim loại trong nhiều đối tượng như đất, nước, thực phẩm. Nhiệm vụ của nhà phân tích là tìm kiếm các phương pháp mới. Trong phân tích quang phổ, việc tìm ra thuốc thử mới đáp ứng yêu cầu phân tích có ý nghĩa quan trọng. Để xác định kim loại trong mẫu thực tế, có thể sử dụng AAS hoặc phương pháp điện hóa với độ chính xác cao. Tuy nhiên, các phương pháp này đòi hỏi thiết bị đắt tiền. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS đáp ứng nhanh, cho kết quả chính xác và thiết bị không quá đắt tiền. Việc tìm ra thuốc thử hữu cơ có độ nhạy và độ chọn lọc cao với ion kim loại càng làm tăng giá trị của phương pháp.
1.1. Giới Thiệu Chi Tiết Về Hợp Chất Calixaren
Calixaren được hình thành do phản ứng trùng ngưng không hoàn toàn giữa phenol hoặc dẫn xuất của nó với fomandehyt. Các hợp chất của calixaren được dùng để thu hồi các nguyên tố phóng xạ, chế tạo các điện cực chọn lọc, tham gia các phản ứng chuyển pha, chất ổn định cho các polime, tách phân chia các phân tử hữu cơ trung tính, xúc tác cho quá trình thủy phân, chế tạo màng. Trong số các dẫn xuất của calixaren thì azocalixaren được nhiều tác giả quan tâm.
1.2. Vai Trò Của Azocalixaren Trong Hóa Phân Tích
Nghiên cứu các hợp chất azocalixaren tập trung chủ yếu vào việc tìm ra các azocalixaren dùng chế tạo màng chọn lọc ion (ISE), các hợp chất có khả năng tan trong nước khi thêm các nhóm như SO3H vào azo calixaren để phân tích các ion kim loại. Hiện nay ở Trung Quốc, Hàn Quốc, Thổ Nhĩ Kỳ, Mỹ có một số nhóm nghiên cứu về lĩnh vực azocalixaren. Ở Việt Nam, Lê Văn Tán và cộng sự đã đi sâu nghiên cứu, gắn nhóm azophenyl để tạo nên các dẫn xuất calixaren mang màu và có khả năng tương tác với nhiều ion kim loại.
1.3. Tổng Quan Về Thuốc Thử BAPC và Tiềm Năng Ứng Dụng
Thuốc thử 5,11,17,23 - tetra[(2 - benzoic acid)(azo)phenyl]calixarene (BAPC) được tổng hợp và nghiên cứu thăm dò, chưa có công trình nào nghiên cứu đến khả năng ứng dụng vào phân tích của nó. Hợp chất BAPC có khả năng tương tác với một số ion kim loại vì vừa có nhóm azo, vừa có đặc điểm của hợp chất host-guest.
II. Thách Thức Ô Nhiễm Kim Loại Nặng Nghiên Cứu Pb và Ce
Trong số các kim loại nặng, chì (Pb) là nguyên tố gây ô nhiễm môi trường mà nguồn xuất phát từ pin, dầu xăng, sơn… Chì được biết là nguyên nhân của vấn đề sức khỏe, như tiêu hóa, thần kinh, tim và sự căng thẳng. Đặc biệt nó nguy hiểm cho trẻ em, nhất là nó dẫn đến sự chậm phát triển. Phương pháp quang xác định Pb(II) là khá thông dụng vì thiết bị đầu tư đơn giản và rẻ tiền. Người ta thường xác định chì bằng các thuốc thử ammonium N - (dithiocarboxy)sarcosine, 1,1,1 - trifluoro - 4 - mercapta - 4 - (2 - thienyls) - but - 3 - one, porphyrin, Chrome azurol S, hoặc dithizone. Mặc dù nhiều thuốc thử nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu liên quan đến hợp chất azo calixarene để phân tích ion chì.
2.1. Đánh Giá Mức Độ Nguy Hại Của Chì Pb Trong Môi Trường
Chì (Pb) là một trong những kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nguồn gốc của chì trong môi trường có thể kể đến từ các hoạt động công nghiệp, khai thác mỏ, và sử dụng các sản phẩm chứa chì như pin, sơn, và xăng. Chì có thể tích tụ trong cơ thể và gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, đặc biệt là đối với trẻ em. Do đó, việc phát triển các phương pháp phân tích chính xác và hiệu quả để xác định nồng độ chì trong môi trường là rất quan trọng.
2.2. Vai Trò và Ứng Dụng Của Xeri Ce Trong Công Nghiệp
Xeri (Ce) là kim loại đất hiếm, được sử dụng trong ngành công nghiệp kim loại, lò phản ứng hạt nhân, trong hợp kim với niken, crôm, và các thiết bị lò vi sóng, laser, truyền hình. Nồng độ phù hợp của nguyên tố đất hiếm Ce rất có giá trị trong nông học cũng như đánh giá ô nhiễm môi trường hoặc trong các nghiên cứu về các quá trình sinh hóa. Thuốc thử BAPC tạo màu tốt với Ce(IV). Vì vậy, chúng tôi lựa chọn thuốc thử này để nghiên cứu sự tạo phức đồng thời với cả hai nguyên tố Ce và Pb trong mẫu phân tích.
III. Nghiên Cứu Tương Tác BAPC Với Ion Kim Loại Phương Pháp
Luận án này tập trung khảo sát khả năng tương tác của thuốc thử này với ion kim loại, sau đó tìm hiểu kỹ về khả năng tạo phức của thuốc thử BAPC với hai ion Ce(IV), Pb(II), hai ion có tín hiệu tốt khi tương tác với BAPC và ứng dụng phân tích. Với mục đích đó, chúng tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu tương tác của thuốc thử Azocalixaren với một số ion kim loại và ứng dụng trong hóa phân tích”.
3.1. Khảo Sát Tương Tác BAPC Trong Các Dung Môi Khác Nhau
Trước hết khảo sát khả năng tương tác của ion kim loại Pb(II) và Ce(IV) với thuốc thử BAPC trong các dung môi khác nước, sau đó xem xét ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo phức của thuốc thử với các ion kim loại trong môi trường nước - dung môi.
3.2. Xác Định Thành Phần Phức Sử Dụng Phần Mềm ArgusLab
Trên cơ sở của phản ứng tạo phức sẽ xác định thành phần phức, dùng phần mềm ArgusLab 4.01 để nghiên cứu cấu trúc tối ưu các hợp chất phức. Nghiên cứu sự tạo phức của thuốc thử BAPC với Ce(IV), Pb(II) và các điều kiện tối ưu.
IV. Tối Ưu Hóa Điều Kiện Tạo Phức BAPC Ce IV và Pb II
Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo các hệ BAPC - Ce(IV) và BAPC - Pb(II). Xác định khoảng tuân theo định luật Bouguer – Lambert - Beer. Nghiên cứu ảnh hưởng của thuốc thử dư. Khảo sát độ bền của phức theo thời gian. Khảo sát ảnh hưởng của các nguyên tố cản. Xây dựng quy trình ứng dụng phức BAPC - Ce(IV), BAPC - Pb(II) vào mục đích phân tích.
4.1. Ảnh Hưởng Của pH Đến Quá Trình Tạo Phức
pH là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình tạo phức giữa azocalixaren và ion kim loại. Nghiên cứu này sẽ khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hình thành và ổn định của phức BAPC với Ce(IV) và Pb(II). Kết quả sẽ giúp xác định pH tối ưu cho quá trình phân tích.
4.2. Đánh Giá Độ Bền Của Phức Theo Thời Gian
Độ bền của phức BAPC với Ce(IV) và Pb(II) theo thời gian là một yếu tố quan trọng để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của phương pháp phân tích. Nghiên cứu này sẽ đánh giá sự thay đổi của độ hấp thụ quang của phức theo thời gian để xác định thời gian ổn định của phức.
4.3. Loại Bỏ Ảnh Hưởng Của Các Nguyên Tố Cản
Trong quá trình phân tích mẫu thực tế, sự có mặt của các ion kim loại khác có thể gây ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Nghiên cứu này sẽ khảo sát ảnh hưởng của các ion kim loại phổ biến và đề xuất các biện pháp loại bỏ hoặc giảm thiểu ảnh hưởng của chúng.
V. Ứng Dụng Phức BAPC Trong Phân Tích Định Lượng Pb II Ce IV
Xác định Pb(II) trong mẫu giả. Xác định Pb(II) trong mẫu thật. Xác định Ce(IV) trong mẫu giả. Xác định Ce(IV) trong mẫu thật. Đề xuất quy trình phân tích Pb(II), Ce(IV) bằng thuốc thử BAPC và áp dụng phân tích trong một số mẫu thực tế.
5.1. Quy Trình Phân Tích Pb II Trong Mẫu Thực Vật
Quy trình phân tích Pb(II) trong mẫu thực vật bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, chiết tách Pb(II), tạo phức với BAPC, và đo độ hấp thụ quang. Quy trình này sẽ được tối ưu hóa để đạt được độ nhạy và độ chính xác cao.
5.2. Quy Trình Phân Tích Ce IV Trong Mẫu Đất
Quy trình phân tích Ce(IV) trong mẫu đất bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, chiết tách Ce(IV), tạo phức với BAPC, và đo độ hấp thụ quang. Quy trình này sẽ được tối ưu hóa để đạt được độ nhạy và độ chính xác cao.
VI. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Azocalixaren và Ứng Dụng
Dự kiến nghiên cứu tiếp theo. Danh mục công trình khoa học của tác giả liên quan đến luận án. Tài liệu tham khảo.
6.1. Mở Rộng Nghiên Cứu Với Các Ion Kim Loại Khác
Nghiên cứu này có thể được mở rộng để khảo sát khả năng tương tác của BAPC với các ion kim loại khác, đặc biệt là các kim loại nặng có độc tính cao. Điều này sẽ giúp mở rộng phạm vi ứng dụng của BAPC trong phân tích môi trường.
6.2. Phát Triển Cảm Biến Hóa Học Dựa Trên Azocalixaren
Dựa trên khả năng tạo phức chọn lọc của azocalixaren với các ion kim loại, có thể phát triển các cảm biến hóa học để theo dõi nồng độ của các ion kim loại trong thời gian thực. Điều này có ứng dụng lớn trong giám sát môi trường và kiểm soát chất lượng.
