Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

BÀI 1: Xác định dung lượng trao đổi của cationit và hệ số phân
bố của một số ion kim loại trên cationit.
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT:
1. Khái niệm:
Trao đổi ion là quá trình dung dịch và chất trao đổi ion tiếp xúc với dung
dịch trao đổi cho nhau các ion cùng dấu.
Ionit là chất có chứa các ion linh động có khả năng trao đổi theo đương
lượng và thuận nghịch với các ion cùng dấu trong dung dịch.
2. Dung lượng trao đổi của ionit:
Mục đích của dung lượng trao đổi ionit là dùng để xác định ionit và hấp thụ
các chất trong dung dịch thích hợp.
Dung lượng trao đổi (trao đổi năng) là đại lượng đo khả năng hấp thụ các ion
từ dung dịch của ionit. Dung lượng trao đổi toàn phần của ionit được xác định bởi
số mili đương lượng gam (mili equivalent, meq) cực đại của các ion có thể được
hấp thu trên 1g ionit khô ở dạng H+ (đối với cationit) hoặc ở dạng Cl- (đối với
anionit).
Để xác định dung lượng trao đổi của ionit, có thể dùng phương pháp tĩnh
hoặc phương pháp động.
3. Các hệ số phân bố:
Nếu gọi: QR: lượng ion Mn+ đã đi vào pha ionit.
QS: lượng ion Mn+ còn lại trong dung dịch.
d : khối lượng riêng của ionit.
VM : thể tích pha động.
VS : thể tích pha tĩnh.
Ta có các hệ số phân bố:

- Hệ số phân bố khối lượng Dm (hệ số dung lượng):

1


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

=
- Hệ số phân bố trao đổi ion Dg:
⁄

=

⁄

=

.

- Hệ số phân bố trao đổi ion nồng độ Dc:
=

.

=

.

.


.

.

=

.

- Hệ số phân bố thể tích DV:
=

.

=

II. CHUẨN BỊ HÓA CHẤT:
1. Cationit acid mạnh R-SO3H
2. Dung dịch NaOH 0,1 N:
3. Dung dịch HCl 0,1 N:
4. Dung dịch CaCl2 0,1 N:

=

.

Amberlite IR-120.
pha 1,0 L từ fixanal.
pha 1,0 L từ fixanal.
pha 0,5 L.

CaCl2 khan, M = 110,99 g/mol.

Tính lượng cân:
Đ

=

Ta có:

2
=

=

Đ.

110,99
= 55,495
2
=>
=
. Đ. = 0,1.55,495.0,5 = 2,77

5. Dung dịch metyl da cam 0,1%:
6. Dung dịch Zn2+ 1 mg/mL:

pha 100 mL với dung môi nước.
pha 0,5 L
ZnCl2 khan, M = 136,30 g/mol.


Tính lượng cân:
1 mg/mL = 1 g/L
65,35g Zn2+ → 136,30g muối ZnCl2
1g Zn2+

→

,
,

Ta có: 1 L dd Zn2+

= 2,085 muối ZnCl2
→ 2,085g muối ZnCl2

0,5 L dd Zn2+ →
7. Dung dịch Cd2+ 1 mg/mL:

, . ,

= 1,04 muối ZnCl2+
pha 0,5 L.
(

Tính lượng cân:

2

) 4 2 , M = 308,48 g/mol.



Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

1 mg/mL = 1 g/L
(

112,4g Cd2+ → 308,48g muối
1g Cd2+

,

→

,

Ta có: 1 L dd Cd2+

) 4 2

= 2,744 muối

(

) 4 2

→ 2,744 g muối

(


) 4 2

, . ,

0,5 L dd Cd2+ →

= 1,372 muối CdSO4

8. Dung dịch HCl 2 N:
9. Dung dịch EDTA 0,01 M:

pha 0,5 L
pha 1,0 L
.2

Ta có:

=

=

=>

.

. .

10.Eriocrom T đen 1%
Ta có:


%=

, M = 372,24 g/mol.

= 0,01.1.372,24 = 3,72

pha 10g hỗn hợp chỉ thị rắn trong NaCl.

. 100%

=

=>

%.
%

=

%.
%

= 0,1

11.Đệm NH4Cl – NH4OH pH 10:
pha 0,5 L.
Ta có: 1,0 L dd đệm → 570 mL NH4OH và 70g NH4Cl
0,5 L dd đệm


→

= 285 mL NH4OH và

= 35g NH4Cl

12.Dung dịch NH4OH 6N
III. CÁCH TIẾN HÀNH:
1. Xác định độ ẩm của cationit:
Lấy chính xác vào chén nung (đã được nung đến khối lượng không đổi) 2,0g
cationit. Sau đó sấy chén nung đựng cationit (không đậy nắp) và nắp chén trong tủ
sấy ở nhiệt độ 90 – 95oC trong 4 h. Lấy chén khỏi tủ sấy, đậy nắp chén và cho vào
bình hút ẩm. Sau khi chén nguội,, cân chén có đậy nắp. Ghi lại kết quả cân. Lại
tiếp tục sấy, làm nguội, cân như trên đến khi nào kết quả 2 lần cân liên tiếp không
thay đổi.
Độ ẩm X (%) của cationit được tính bằng công thức:
=

,
,

. 100

 g: khối lượng còn lại của cationit sau khi sấy.
 Giải thích: Phải xác định độ ẩm vì ionit là các hạt nhựa khi ngâm trong nước thì
nó hấp thụ nước, mà đương lượng trao đổi là số gam nhựa khô trao đổi với 1mg

3



Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

ion cùng dấu nên mình cần phải xem độ ẩm là bao nhiêu để tính được số gam
nhựa khô .
2. Xác định dung lượng trao đổi của cationit:
Cho vào mối bình nón I và II 1,0000g cationit đã biết độ ẩm (cân chính xác
bằng cân phân tích). Thêm vào bình I 100ml dung dịch NaOH 0,1 N; cho vào bình
nón II 100ml dung dịch CaCl2 0,1 N. Đậy chặt nắp bình rồi lắc liên tục trong 3 h.
Sau đó hút từ mỗi bình 25,0 ml dung dịch và chuẩn độ, dùng chỉ thị metyl da cam.
Chuẩn độ 2-3 lần để lấy kết quả trung bình.
Bình I: chuẩn độ NaOH dư bằng HCl 0,1 N
Bình II: chuẩn độ HCl sinh ra trong quá trình trao đổi bằng NaOH 0,1 N
3. Xác định hệ số phân bố của Cd2+ và Zn2+ trên cationit trong các dung
dịch HCl có nồng độ khác nhau:
Lấy 4 bình nón, ký hiệu Cd,1; Cd,2; Cd,3; Cd,4. Lấy 4 bình nón khác, ký
hiệu Zn,1; Zn,2; Zn,3; Zn,4.
Cho vào mỗi bình 1,00g cationit đã biết độ ẩm 20,0 ml dung dịch Cd2+ hoặc
Zn2+; thêm dung dịch HCl 2N vào mỗi bình sao cho khi pha thành 50,0 ml, nồng
độ HCl trong 4 bình của mỗi ion có giá trị 0,05; 0,20; 0,50 và 1,00N (trong đó V
tương ứng: 1,25; 5; 12,5; 25ml). Đậy chặt nắp bình và lắc liên tục trong 3 giờ. Sau
đó dùng pipette hút từ mỗi bình 10,0 ml dung dịch để xác định Cd2+ hoặc Zn2+
bằng phương pháp chuẩn độ complexon với dung dịch EDTA 0,01 M trong môi
trường đệm amoni có pH = 10, dùng chỉ thị Eriocrom T đen ( dung dịch ở điểm
cuối chuẩn độ đổi màu từ tím sang xanh).
Lưu ý: Do dung dịch định phân là acid, trước khi cho dung dịch đệm, cần trung
hòa HCl trong dung dịch bằng NH4OH 6N. Cho một mẫu giấy quỳ vào dung dịch,
thêm từ từ từng giọt NH4OH 6N vào đồng thời lắc mạnh dung dịch đến khi giấy
quỳ chuyển màu.

IV. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ:
1. Xác định độ ẩm của cationit:
Khối lượng cốc trước khi nung: m1=32,44 g
m2=38,22 g
Khối lượng cốc sau khi nung ( có cationit): m11=33,11 g
m21=38,93 g
4


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

Khối lượng còn lại của cationit sau khi sấy:
g = 33,11

32,44 = 0,67 g

g = 38,93

38,22 = 0,71 g

Độ ẩm X (%) của cationit:
,

X =

,
,


X =

,

,

. 100 =
. 100 =

,

. 100 = 66,5 %

,
,

,
,

. 100 = 64,5 %

2. Xác định dung lượng trao đổi của cationit:
 Bình I: chuẩn độ NaOH dư bằng HCl 0,1 N. Số ml HCl tiêu tốn:
V1 = 18,50 ml
V2 = 18,50 ml

=>

=


=

,

,

,

= 18,47

V3 = 18,40 ml
Dung lượng trao đổi Q (meq/g) của cationit:
.

.
.

.

=

. ,

.

,

. ,

,


.

= 7,8 (

/ )

 Bình II: chuẩn độ HCl sinh ra trong quá trình trao đổi bằng NaOH 0,1 N. Số
ml NaOH tiêu tốn:

V1 = 2,50 ml
V2 = 2,50 ml

=>

=

=

V3 = 2,40 ml
Dung lượng trao đổi Q (meq/g) của cationit:

5

,

,

,


= 2,47


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

QCaCl2 =

.

.

. ,

=

.

Thực tập phân tích môi trường
. ,
,

.

= 2,78 (

/ )

3. Xác định hệ số phân bố của Cd2+ và Zn2+ trên cationit trong các dung
dịch HCl có nồng độ khác nhau:
Số ml EDTA 0,01 M tiêu tốn:

Bình
CN HCl
Lần 1(ml)
Lần 2(ml)
Lần 3(ml)
VTB (ml)

Cd,1
0,05
2,30
2,20
2,20
2,23

Cd,2
0,20
7,5
7,4
7,4
7,43

Cd,3
0,50
5,20
4,90
4,90
5,00

Cd,4
1,00

0
0
0
0

Zn,1
0,05
4,50
4,50
4,30
4,43

Zn,2
0,20
8,40
8,40
8,30
8,37

Zn,3
0,50
9,00
9,00
9,00
9,00

Zn,4
1,00
11,60
11,30

11,20
11,37

V. TRẢ LỜI CÂU HỎI:
1. Tính các hệ số phân bố và thể tích lưu:
. (

=
=

Với

= 1(
=

=>

/

=

,

,

)

/

) = 10 ( /


= 8,8968. 10 (
= 1,53. 10 (

)

/
/

)
)

Lượng Cd2+ ban đầu:
QT =

.

đ

= 8,8968. 10 . 20 = 1,779. 10

(

) = 0,1779 (

)

Lượng Zn2+ ban đầu:
QT =


.

đ

= 1,53. 10 . 20 = 3,06. 10 (

6

) = 0,306 (

)


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

Số đương lượng gam Cd2+(Zn2+) dư:
(CN.V)Cd2+(Zn)2+ =
Mà: (CN. ) Cd2+(Zn)2+ =

.2.(CN. )EDTA = 5.2.(CN. )EDTA
(

)
Đ

=

ìĐ=


=> a(mg) = 10.(CN. )EDTA. = 5. (

. )

.

Lượng Cd2+(Zn2+) còn lại trong dung dịch:
QS =

(
.

)

. 10

=

.(

.

)

.

.

. 10 = 5. (


. )

Lượng Cd2+(Zn2+) đã đi vào pha ionit:
QR = lượng Cd2+(Zn2+) ban đầu – lượng Cd2+(Zn2+) còn lại trong dung dịch
= QT - QS (mmol)
Vậy: Hệ số phân bố khối lượng : Dm =
/

Hệ số phân bố trao đổi ion : Dg =

/

= Dm.

Hệ số trao đổi ion nồng độ: Dc = Dg.d
 d = 0,68 g/ml
Hệ số trao đổi ion thể tích: DV = Dg.

= 0,45 g/ml
 Đối với Cd2+:

Nồng độ
HCl(N)

0,05

0,20
7


0,50

1,00


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

2,23
0,1115
0,0664
0,596
29,8
20,264
13,41

EDTA (ml)

QS(mmol)
QR(mmol)
Dm
Dg
Dc
Dv

Thực tập phân tích môi trường

7,43
0,3715
-0,1936
-0,52

-26
-17,68
-11,7

5,00
0,25
-0,0721
-0,29
-14,5
-9,86
-6,525

0
0
0,1779
0
0
0
0

Đồ thị biểu diễn giá trị các hệ số phân bố của Cd2+ theo nồng độ HCl trong
dung dịch:

Đồ thị hệ số phân bố Dm
10
5
0
-5 0
-10
-15


0.5

Đồ thị hệ số phân bố

10
5
0
nồng độ HCl -5 0
1
-10
-15

0.5

1

nồng độ

Đồ thị hệ số phân bố Dv

Đồ thị hệ số phân bố DC
10
5
0
-5 0
-10
-15

0.5


10
5
0
nồng độ HCl
1
-5 0
-10
-15

8

nồng độ
0.5

1


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

 Đối với Zn2+:
Nồng độ
HCl(N)
EDTA (ml)
QS(mmol)
QR(mmol)
Dm
Dg

Dc
Dv

0,05

0,20

0,50

1,00

4,43
0,2215
0,0845
0,38
19
12,92
8,55

8,37
0,4185
-0,1125
-0,27
-13,5
-9,18
-6,075

9,00
0,45
-0,144

-0,32
-16
-10,88
-7,2

11,37
0,5685
-0,2625
-0,46
-23
-15,64
-10,35

Đồ thị biểu diễn giá trị các hệ số phân bố của Zn2+ theo nồng độ HCl trong
dung dịch:

Đồ thị hệ số phân bố Dm
10
5
0
-5 0
-10
-15

nồng độ
0.5

1

Đồ thị hệ số phân bố Dg

10
5
0
-5 0
-10
-15

Đồ thị hệ số phân bố Dc
10
5
0
-5 0
-10
-15

nồng độ
0.5

1

1

Đồ thị hệ số phân bố Dv
10
5
0
-5 0
-10
-15


2. Tính thể tích lưu của Cd2+ và Zn2+:
Theo công thức:

nồng độ HCl
0.5

VR = V(Dm+a)

Ta có: Thể tích cột: V= п.R2.h

9

nồng độ
0.5

1


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

Trong đó: R – bán kính của cột
h – chiều cao của cột
=>

V= .R2.h = 3,14.

,


.25 = 12,56 cm3 =12,56 ml

 Thể tích lưu của Cd2+ ở các nồng độ HCl:
Nồng độ HCl
Dm
Thể tích lưu VR
(cm3)

Cd1
0,05 N
0,596
20,05

Cd2
0,20 N
-0,52
6,03

Cd3
0,50 N
-0,29
8,92

Cd4
1,00 N
0
12,56

 Thể tích lưu của Zn2+ ở các nồng độ HCl:
Zn1

0,05 N
0,38
17,33

Nồng độ HCl
Dm
Thể tích lưu VR
(cm3)
3. Tính giá trị tỉ số tách:

Zn2
0,20 N
-0,27
9,17

Zn3
0,50 N
-0,32
8,54

Zn4
1,00 N
-0,46
6,78

Ta có: Công thức tính tỷ số tách θ:
θ

D V, B  a
D V,A  a


Bảng giá trị tỷ số tách đối với 2 ion Cd2+ và Zn2+ (a = 0,4):
Nồng độ HCl
,
,

Tỷ số tách

0,05 N
13,41
8,55
0,66

0,20 N
-11,7
-6,075
0,47

0,50 N
-6,525
-7,2
1,12

1,00 N
0
-10,35
-9,35

=> Từ bảng trên và đồ thị ta thấy ở nồng độ HCl = 0,50 N thì 2 ion Cd2+ và Zn2+
có thể được tách chọn lọc nhất.


10


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

Đồ thị biểu diễn tỷ số tách θ và nồng độ HCl:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ số
tách và nồng độ HCl
Tỷ số tách
3

nồng độ HCl

1
-1

0

0.2

0.4

0.6

0.8


1

-3
-5
-7
-9
-11

4. Lượng cationit cần đổ vào cột:
Ta có: Công thức tính tỷ nhựa nhồi:
=

=>

= σ.(VM + VS)

 σ = 0,45 g/ml
Mà (VM + VS) = Vcột = п.R2.h = 3,14.
=>

,

.2,5= 1,256 m3 = 1,256.106 ml

= σ.(VM + VS) = 0,45.1,256.106 = 5,652.105 g.

5. Tổng dung lượng có thể đạt được của cột:
Ta có: Dung lượng trao đổi của cationit R-H = 5 meq/g
=> Tổng dung lượng trao đổi có thể đạt được của cột (meq) với
là:


= 5,652.105 g

Qtổng = 5.5,652.105 = 2,826.106 (meq)
6. Thể tích nước được khử cứng trong một chu kỳ hoạt động của cột:
Ta có: Dung lượng trao đổi của cột là 2,826.106 (meq)

11


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

Nước có độ cứng 215 mg/L theo CaCO3
Hiệu suất trao đổi 80%.
=> Thể tích nước được khử cứng trong một chu kỳ hoạt động của cột:
=

,

.

= 13144,186

Do hiệu suất trao đổi của cột là 80% nên trên thực tế, thể tích nước được khử
cứng là:
= 13144,186.

= 10515,35


Vậy thể tích nước được khử cứng trong một chu kỳ hoạt động của cột là 10515,35 L.

12


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

Bài 2: TÁCH Cu2+ và Ni2+ TRÊN CỘT SẮC KÝ TRAO ĐỔI
CATION
I.

TÓM TẮT LÝ THUYẾT:
1. Kỹ thuật sắc ký trao đổi ion:

Sắc ký trao đổi ion được sử dụng để tách các ion vô cơ và những chất hữu cơ có thể tồn
tại ở dạng ion.
Ionit được ngâm trương nước để:
- Tránh sự xuất hiện các bọt khí giữa các hạt ionit, các bọt khí tạo ra hiện tượng nứt
cột làm cho dung dịch dùng làm pha động không tiếp xúc được với các ion chất cần
tách ở chổ có các bọt khí, từ đó làm biến dạng peak sắc ký và làm giảm hiệu quả
tách của cột
- Khi sa lắng trong cột xuống phía dưới, các hạt ionit có cùng khối lượng và kích
thước rơi với tốc độ như nhau, tạo thành những lớp hạt đồng đều nhau trong một
tiết diện cắt ngang cột, nhờ đó làm giảm sự giãn vùng do khuếch tán xoáy.
Lượng ionit đổ vào cột chỉ nên chiếm 1/3 thể tích cột. Phía dưới lớp ionit nên thêm 1 lớp
bông thủy tinh để tránh ionit rớt xuống làm tắc lỗ khóa hoặc đầu ra của cột.
Tách sắc ký trao đổi ion gồm các giai đoạn:

- Hấp thu hỗn hợp cần tách lên cột: để giữ các ion trong dung dịch định phân, cần
dùng 1 lượng ionit lớn hơn lượng tính toán để hỗn hợp phân tích chỉ chiếm 1 phần
rất nhỏ phía trên cột.
- Giải hấp các ion đã được hấp thu trên cột: các ion được giải hấp ra khỏi cột bằng
các dung dịch thích hợp như acid có nồng độ khác nhau hoặc dung dịch 1chất tạo
được phức bền với ion cần tách. Tùy từng trường hợp cụ thể mà bằng 1 dung dịch,
có thể giải hấp liên tiếp 1 số ion; có trường hợp với mỗi ion, người ta dùng 1 dung
dịch giải hấp riêng; cũng có khi nồng độ chất giải hấp được làm gia tăng dần dần
trong quá trình giải hấp ( giải hấp gradient)
- Rửa ionit sau khi giải hấp: dùng dung dịch thích hợp để đuổi hết dung dịch giải hấp
còn lưu lại trong cột, trong các khoảng trống giữa các hạt ionit.
- Tái sinh ionit: đưa ionit trở về dạng ban đầu.
- Rửa ionit sau khi tái sinh: Rửa cột bằng nước cất để loại hết dung dịch tái sinh còn
trong cột. Sau giai đoạn này, có thể dùng cột cho một phép tách mới.

13


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

2. Tách Cu2+ và Ni2+ trên cột trao đổi cation:
Dùng cationit acid yếu dạng Na+ , cationit acid yếu có các nhóm sinh ion là nhóm
carbocylic dùng được trong môi trường trung tính hoặc kiềm, vì chúng là acid yếu, không
phân ly được trong môi trường acid. Cationit acid yếu dạng H+ được ký hiệu là
R-COOH, dạng Na+ được ký hiệu là R-COONa, ở đây R là nền polymer trơ của cationit.
Tách sắc ký hỗn hợp Cu2+ và Ni2+ trên cột nhồi cationit acid yếu dạng Na+ gồm các giai
đoạn:
- Thay đổi dạng ion linh động của cationit từ H+ sang Na+ : đầu tiên nhồi váo cột

cationit yếu dạng H+, sau đó cho qua một dung dịch hỗn hợp NaOH – NaCl. Phản
ứng trao đổi ion diễn ra như sau:
R-COOH + Na+(dd) + OH-(dd)  R-COONa + H2O
Rửa cột bằng nước cất để đuổi hết dung dịch NaOH - NaCl. Kiểm tra bằng cách nhúng
giấy quỳ vào nước rửa chảy ra ở đáy cột.
- Hấp thu hỗn hợp Cu2+ - Ni2+ lên cột. Cho hỗn hợp cần tách chứa Cu2+ và Ni2+ qua
cột. Khi đó diễn ra các phản ứng trao đổi ion như sau:
2R-COONa + Cu2+ (dd)  (R-COO)2Cu + 2Na+(dd)
2R-COONa + Ni2+ (dd)  (R-COO)2Ni + 2Na+(dd)
Giải hấp: giải hấp Cu2+ bằng cách dội qua cột dung dịch glycerin - NaOH. Ion Cu2+
tạo phức mang điện âm màu xanh dương với glycerinat, không bị giữ bởi cationit;
trong khi đó, Ni2+ không tạo phức, vẫn được giữ trên cationit:

-

(RCOO)2Cu + H2C CH CH2 + 2 Na2+(dd)
O- O-

2R-COONa + H2C CH CH2

O-

O O
Cu

-

Sau đó, giải hấp Ni2+ bằng HCl 3M :

- (R-COO)2Ni + 2H+


2R-COOH + Ni2+(dd)

14

O-


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

- Như vậy, mỗi ion khảo sát được giải hấp bằng một dung dịch khác nhau.
Chất giải hấp Cu2+ là một tác nhân tạo phức, Ni2+ được giải hấp đơn giản
bằng cách làm chuyển dịch cân bằng trao đổi ion.
- 4.Rửa cột sau khi giải hao61. Dùng nước cất rửa cationit để duổi hết HCl còn
lại trong cột.
- 5.Định lượng Cu2+ và Ni2+ trong các phân đoạn giải hấp. Xác định Cu2+ trong
phân đoạn giải hấp đầu tiên bằng phương pháp iod-thiosulphat ; lượng Ni2+
trong phân đoạn giải hấp bằng HCl được xác định bằng phương pháp
complexon.
II.

CHUẨN BỊ VÀ TÍNH TOÁN HÓA CHẤT:
*Chuẩn bị hóa chất cho tách sắc ký trao đổi ion
Cationit acid yếu R-COOH
Dung dịch Cu2+ 1mg/ml pha 250ml
Muối CuSO4.5H2O M=249,685 g/mol Cu= 63,546
Muối NiSO4.7H2O M=280,880 g/mol Ni= 58,71
Ta có: 250ml Cu2+  250mg Cu2+

CuSO4.5H2O  Cu2+
249,685
63,546
x
250 mg
2+
m Cu = 982,3 mg = 0.9823 g
mNi2+ = 1.196 g
Dung dịch NaCl 1M - NaOH 1M
pha 0,5L
Muối NaCl
M=58,443 g/mol
NaCl: a=CM.M.V=1.58,443.0,5=29,22 (g)
NaOH: a=CM.M.V=1.40.0,5=20 (g)
Dung dịch NaOH 2M
pha 0,5L
a=CM.M.V=2.40.0,5= 40 (g)
Dung dịch giải hấp Cu2+ :pha 1,0L theo tỉ lệ 5ml glycerin+ 95ml NaOH 2M
Dung dịch HCL 3M
pha 1,0 L
d= 1,18 C%= 36,46
CM = 10.C%.d/M =10.36,46.1.18/36,5=11,79 (M)
Theo định lượng: C1V1 = C2V2
 V1 = C2V2 / C1 = 3.0,5/11,79 = 0,1273 (l) = 127,3
(ml)

15


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt


III.

Thực tập phân tích môi trường

*Chuẩn bị hóa chất cho phép đo iod-thiosulphat xác định Cu2+
Dung dịch CH3COOH 4N
pha 100ml
a = CN.M.V/1000.n =4.60.100/1000.1 = 24(g)
Dung dịch KI 5%
pha 100ml
a = 5(g)
Dung dịch KSCN 10%
pha 100ml
a = 10(g)
Dung dịch hồ tinh bột 1%
pha 100ml
a=
1(g)
Dung dịch Na2S2O3 0,01N
pha 1,0 L
Muối Na2S2O3.5H2O M= 248,18 g/mol
a= CN.M.V/n = 0.01.248,18.1 = 2,4818(g)
*Chuẩn bị hóa chất cho phương pháp complexon xác định Ni2+
Dung dịch EDTA 0,01M
pha 1,0 L
a= CM.M.V = 0,01.372,24.1= 3,7224(g)
Chỉ thị murexide 1% trong NaCl
pha 10g hỗn hợp chỉ thị
Dung dịch NH4OH 1M

pha 250 ml
a= CM.M.V/1000= 1.35.250/1000=8.75 (g)
CÁCH TIẾN HÀNH.

-Cho nhựa cationit (đã được ngâm trong nước) cùng với nước vào cột đến 1/3
chiều cao cột. Cho qua cột 100ml dung dịch NaOH 1M – NaCl 1M với tốc độ
2-3 ml/phút. Sau đó rửa cột bằng nước cất đến khi hết phản ứng kiềm (thử nước
chảy ra bằng giấy quỳ).
-Cho qua cột 50ml hỗn hợp Cu2+ 1mg/ml – Ni2+ 1mg/ml ở tốc độ 2ml/phút.
Sau khi cho chảy hết, tiến hành giải hấp và định lượng Cu2+ và Ni2+:
(trong khi tiến hành thí nghiệm cần tránh bị nứt cột, và cần chú ý đến tốc độ vì
tốc độ ảnh hưởng đến sự trao đổi ion)
-Giải hấp Cu2+ : cho hỗn hợp Glycerin – NaOH chảy qua cột ở tốc độ 34ml/phút. Quan sát hiện tượng trên cột, tránh hiện tượng nứt cột. Dùng cốc
hứng dung dịch chảy ra khỏi cột. Tiến hành giải hấp đến khi đến khi dung dịch

16


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

màu xanh dương (của phức glycerinat-đồng) ra hết khỏi cột thì dừng giải hấp.
Lấy cốc đựng dung dịch đựng dung dịch đồng được giải hấp ra ngoài, vừa thêm
từ từ dung dịch HCl 3M vào dung dịch vừa lắc đều đến khi phức glycerinatđồng bị phá hủy (dung dịch mất màu xanh dương). Ước lượng thể tích dung
dịch rồi dùng bình định mức có thế tích lớn hơn gần nhất, định mức đến vạch
bằng nước cất.
-Giải hấp Ni2+: cho dung dịch HCl 3M chảy qua cột với tốc độ 3-4 ml/phút.
Dùng cốc đựng dung dịch chảy ra. Tiến hành giải hấp đến khi cột chuyển thành
màu của nhựa ban đầu. Tiến hành định mức bằng nước cất với bình có thể tích

lớn hơn gần nhất.
-Định lượng Cu2+ : hút từ dung dịch Cu2+ đã giải hấp ở trên 10ml cho vào bình
nón. Thêm 2,5ml CH3COOH 4N và 2,5ml KI 5%, lắc nhẹ, đậy bình nón và để
yên trong chỗ tối khoảng 10 phút. Từ burette nhỏ từng giọt dung dịch
thiosulphat, lắc đều đến khi dung dịch có màu vàng rơm. Tiếp tục thêm 0,5ml
dung dịch hồ tinh bột và lại chuẩn độ bằng dung dịch Na2S2O3 tới mất màu
xanh tím. Thêm tiếp 2,5 ml dung dịch KSCN 10% lắc kỹ và chuẩn độ đến hoàn
toàn mất màu xanh.
-Định lượng Ni2+: lấy 10ml dung dịch Ni2+ đã được giải hấp ở trên cho vào bình
nón. Thêm chỉ thị Murexide. Vừa thêm từ từ từng giọt NH4OH 1M (Để trung
hòa HCl dùng làm chất giải hấp và tạo độ pH=8-9 thích hợp cho chuẩn độ Ni2+
)vừa lắc đều đến khi xuất hiện màu vàng. Sau đó chuẩn độ bằng dung dịch
EDTA 0,01M đến khi dung dịch trong bình chuyển sang màu tím hồng
Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo:
-

pH:
nhiệt độ
quá trình lắc
thời gian

17


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

IV.

Thực tập phân tích môi trường


TÍNH TOÁN KẾT QUẢ:

V1

V2

Cu2+ ( V Na S O tiêu tốn)
s s

3

Ni2+ ( VEDTA tiêu tốn)

Định lượng Cu2+:
Ta có:
C N (Cu 2  ) 

(C N .V ) Na2 S2O3
VCu 2 

aCu 2  CN (Cu 2 ) .ĐCu 2 .VCu 2

Định lượng Ni2+
Ta có:
C( Ni 2 ) 

(C..V ) EDTA
VNi 2 

=> a Ni  C M ( Ni ) .M Ni .VNi

2

2

2

2

18

V3

V


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

BÀI 3 XÁC ĐỊNH CHẤT TẨY RỬA TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP
CHIẾT –TRẮC QUANG VỚI THUỐC THỬ XANH MEYLEN
I.
Cơ sở lý thuyết.
1.1. Nguyên tắc của phương pháp.
-Phương pháp chiết là dựa trên sự phân bố của các chất, các ion hoặc các hợp chất có
chứa ion kim loại giữa hai pha không trộn lẫn vào nhau, thường là pha nước và pha còn
lại là dung môi hữu cơ. Khi đó chất sẽ chuyển từ pha nước sang pha hữu cơ
-phương pháp trắc quang là chiếu một chùm tia sáng với cường độ I qua cuver chứa
dung dịch đồng nhất. có bề mặt dày và nồng độ thì một phần bức xạ có cường độ I bị
phản xạ từ bề mặt, một phần sẽ tiếp tục đi vào dung dịch hấp thu phần còn lại đi ra

ngoài với cường độ I: IA=log

-Các

chất tẩy rửa tổng hợp đã được phát triển để khắc phục bất tiện chính của xà
phòng là tạo cạn không tan với các ion kim loại tan, đặc biệt là
và
(để
lại một vành cặn trên thành thau, chậu). nhóm – COOH của xà phòng được thay
thế bang nhóm H trên chất tẩy rửa. nhóm này tạo phức tan trong nước với các
ion kim loại, không tạo kết lắng.
-Chất tẩy rửa thương mại đàu tiên, tên Dreft, đã được hãng proter và gamble sản
xuất ;vào giữa những năm 1930; tuy nhiên đến nam 1947,mới có thông tin về các
chat tẩy rữa như là tác nhân gây ô nhiễm tại một thành phố ở Mỹ. Vào thứ sáu,
người ta đã phân phối một chất tẩy rửa mới đến từng gia đình, và đến thứ hai, một
lớp bọt cao 5 feet ( khoảng 1,5 m) đã chào đón các công nhân làm việc tại hệ
thống cống rảnh thành phố.
-1
chất tẩy rửa\mL (1 ppm) sẽ tạo bọt ở các dòng song, suối nên dung sai được
đặc ở mức 0,5ppm. Các chất tẩy rửa dạng cũ, chứa alkylbenzen sulphonat (ABS)
được sản xuất từ phế thải dầu mỏ nên giá rẻ, nhưng mạch cacbon phân nhánh cao,
và các vi khuẩn không thể làm thoái biến (phân hủy) sinh học nó hoàn toàn vì các
vi khuẩn mổi lần phân hủy 2 cacbon trong mạch và dùng lại ở chuổi phân nhánh.

19


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

Sau này các nhà khoa học đã làm được các chất tẩy rửa mạch thẳng (LAS, linear
alkylbenzen sulphonat) có khả năng thoái biến sinh học.

Alkybenzen sulphonat
Mạch phân nhánh,khó thoát biến
(

)

Mạch thẳng, dễ phân hủy
-Có 3057 đồng phân khá dĩ của
và khoảng 80000 đồng phân trong khoảng
đến
. Vì vậy, bất kỳ phương pháp phân tích nào cũng phải có khả năng xác định
nhiều hợp chất tương tự. phương pháp chuẩn để xác định chất tẩy rửa trong nước là
chiết trắc – quang khi lên màu với thuốc thử xanh metylen. Đây lày một phương
pháp nhạy (xác định được dưới 0,1 ppm chất tẩy rửa) chỉ cần dụng cụ, thiết bị đơn
giản. xanh metylen phản ứng với các chất tẩy rửa chứa nhân bezen tạo thành một
liên hợp ion màu xanh, tan trong chloroform. Cường độ màu tuyến tính theo định
luật beer trong khoảng hàm lượng 0,1đến 4 ppm. Cản trở việc xác định sulphonat,
sulphat, carbocynat, phosphat hữu cơ và các phenol vì chúng làm tăng cường độ
màu trong khi các amin lại làm giẩm màu do tạo phức cạnh tranh với xanh
metylen. Các ion vô cơ
,
,
,
,
,

không cản trở.
1.2

Tính nồng độ dung dịch phân tích bằng phương pháp đường chuẩn.

20


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

Quan hệ giữa một tính chất vật lý hoặc hóa lý được đo y nào đó của chất định phân với
hàm lượng x của nó trong mẫu thường là quan hệ tuyến tính:
Y=a + bx

(1)

Một ví dụ là định luật Beer quan hệ giữa mật độ quang D của một chất màu với nồng
độ C (mol/L) của nó trong dung dịch bằng biểu thức
D = εlC

(2)

Trong đó - hệ hấp thụ mol của chất màu, L/mol.cm; 1- bề dày lớp dung dịch, cm.
Trong phương pháp đường chuẩn, người ta chuẩn bị một loạt n mẫu có hàm lượng chất
định phân đã biết , , … , ; đo tính chất y tương ứng với các mẫu này được các
giá trị , , … , . Bằng phương pháp bình phương tối thiểu, có thể xác định giá trị
các hệ số a và b trong quan hệ tuyến tính (1) bằng công thức sau:
n

n

n

2
i

x y
i 1

i

  xi  xi y i

i 1

a=

n

n
i 1

n

i 1

i 1

 n

2
xi    xi 
 i 1 

n

n

b=

(2)

n



xi y

i

i1



n



x

i

i1

n

n

2



i1

x

2
i


 




y

i1

n



i1

x

i





2

i

(3)

Nếu gọi - hàm lượng chất định phân thong mẫu phân tích, - giá trị đại lượng y
đo được ứng với mẫu phân tích trong cùng điều kiện như khi xây dựng đường
chuẩn, có thể tính từ phương tình đường chuẩn (1):
=
II.
Hóa chất và dụng cụ.
2.1 Hóa chất
-

21


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

.2
-Dung dịch

Thực tập phân tích môi trường

1N

Pha 100ml

. 1000
. 1000
=
=
Đ.
.
2

- Dung dịch

=

98
.
1. . 100
2

= 2
= 4.9 ( )
1000
1000
.

6N

Pha 100ml

. 1000
. 1000
=
=
Đ.
.
2
(100ml dung dịch
đặc)

.

.

2
=
1000

=

Pha 100ml

. 1000
. 1000
=
=
Đ.
.
1

=

.

.

1
=
1000

1.

-Dung dịch chỉ thị phenolphtalein
-Dung dịch xanh metylen (1) 1mg/ml pha 100ml
1mg xanh metylen  1mL
X mg
 100mL
.

= 100 (

) = 0.1 ( )

-Dung dịch xanh metylen (2) 0,03mg/l pha 0,5l
1mg xanh metylen  0,03mL
X mg
 500mL
X=

. ,

= 15(

98
. 100
2
= 29.4 ( )
1000

1N cần 2,8 ml acid đặc, dung dịch 6N cần 16,8 ml acid

-Dung dịch NaOH 1 N

 X=

6.

) = 0,015 ( )

22

40
. 100
1
=4( )
1000


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

Lấy 15ml dung dịch xanh metylen (1) vào bình định mức dung tích 0,5l, thêm khoảng
250 ml nước cất, 20ml dung dịch
6N, 25g
.2
; lắc đều và định
mức đến vạch bằng nước cất.
)
-Dung dịch chuẩn DBS (1), (dodecylbenzen sulpbhonat, (
) có hàm
lượng 10ppm (10 g/ml)
10µg DBS  1ml
y

 1000ml
.

y=

= 10 μ = 0.01( )

-Dung dịch chuẩn DBS (2) có hàm lượng 1ppm:

pha 250ml

1µg DBS  1ml
y
 1000ml
y=

.

= 10 μ = 0.1( )

2.2. Dụng cụ
Máy đo quang (photometer)
Bình định mức 25ml
Phễu chiết quả lê, dung tích 125ml
III. Giải thích các bước tiến hành.
3.1
Xây dựng đường chuẩn.
-Lấy lần lược 4 phễu chiết các thể tích dung dịnh chuẩn DBS (2) bằng
2.0; 4.0; 6.0 và 8.0ml, thêm nước cất vào phễu chiết đến thể tích 50ml (nồng độ các
mẫu với thể tích tương ứng lần lượt là 0.04; 0.08; 0.12; 0.16)
-Điều chỉnh pH: thêm 3-4 giọt dung dịch phenolphtalein. Nếu dung dịch phễu chiết
không đổi màu, hãy kiềm hóa dung dịch bằng vài giọt NaOH 1N (thêm NaOH để thành
dung dịch màu hồng), sau đó làm mất màu phenolphtalein bằng vài giọt H SO 1N (để
tạo môi trường trung tính vì trong môi trường trung tính thì phức mới bền).
-Chiếc lần 1: cho mỗi phễu chiết CHCL , 7,5ml dung dịch xanh metylen ( xanh

metylen phản ứng với chất tẩy rửa chứa nhiều bezen tạo thành hỗn hợp ion màu
xanh, tan trong CHCL , phản ứng lên màu cho dung dịch ). Đóng chặt nút và lắc phễu
chiết trong 30s, để tách pha (chú ý quan sát màu cua pha hữu cơ). Nếu một nhũ tương

23


Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

có thể được tạo thành, cần lắc mạnh phễu chiết hoặc thêm vài giọt isopropyl ancol
(trong khi lắc cần mở nắp liên tục để khí ra). Thu phần pha hữu cơ vào bình định mức
10ml sạch khô (bình định mức phải khô và sạch vì nếu lẫn nước vô thì sẽ gây sai lệch
kết quả đo quang, gây ra sai số và nồng độ chất tẩy rửa thấp).
-Chiết thêm 2 lần (chiết thêm 2 lần nữa để tách hết các chất tẩy rửa có trong pha nước
sang pha hữu cơ) nữa bằng cách thêm mỗi lần 3ml CHCL vào phần pha nước còn lại
trong phễu chiết, gom hết phần chiếc hữu cơ vào bình định mức đến vạch bằng CHCL ,
lắc đều.
-Sử dụng cuvet thạch anh để đo mật độ quang (độ hấp thụ) của phần chiết hữu cơ trên
máy đo màu ở bước sóng 652nm. Dung dịch so sánh là CHCL .
-Xác định phương trình đường chuẩn; với mỗi dung dịch chuẩn, hãy tính nồng độ theo
đơn vị g/mg CHCL .
3.2.

Xác định hàm lượng chất tẩy rửa trong một số mẫu nước

-Sinh viên có thể lấy các mẫu nước ở một số địa điểm sau: suối cam ly, hồ xuân
hương….
-Lấy vào một phễu chiếc 2,0ml mẫu nước cần phân tích, thêm nước cất đến thể tích

50ml. Các thao tác được tiến hành tương tự.
-Từ phương trình đường chuẩn, hãy xá định hàm lượng chất tẩy rửa trong mẫu nước
phân tích thêo đơn vị mg/l
VI. Kết quả thí nghiệm
4.1. xây dựng dường chuẩn

CDBS(mg/L)

0.2

0.4

0.6

0.8

A

0.071

0.115

0.194

0.224

Mẫu giả định:A = 0.307
phương trình đường chuẩn có dạng y = ax +b

24

Khoa Môi Trường – Đại học Đà Lạt

Thực tập phân tích môi trường

Đường chuẩn

y = 0.269x + 0.0165
R² = 0.973

0.25
0.2

A

0.15
0.1
0.05
0
0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

C (mg/l)

Sau khi dựng đường chuẩn, phương trình đường chuẩn có dạng y =0.269x + 0.0165
Nhận xét: hệ số tuyến tính r nằm trong khoảng: -1 < r < 1
đường hồi quy phù
hợp với yêu cầu với một đồ thị chuẩn trong phân tích. Đường chuẩn trên độ tin cậy
cao
4.2. xác định hàm lượng chất tẩy rửa trong một số mẫu nước
=

ả đị

= 0.307

Phương trình đường chuẩn: y = 1.345x + 0.0165

x = CDBS =

.
.

=

.

.
.

=0.019(µg/ml) = 0.216 mg/l

(CV) 5ml=(CV)10ml=(CV)50ml
C5ml=2C10ml=2.0,019 = 0,038 mg/l.

25