Bài giảng Hóa kỹ thuật môi trường 1 - Chương 4: Phương pháp phân tích dụng cụ
2/27/2009
Giaùo trình hoùa kó thuaät moâi tröôøng
PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH
DUÏNG CUÏ
1
PHAÂN LOAÏI CAÙC PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH
DUÏNG CUÏ
Phöông phaùp phaân tích ñieän hoùa
Phöông phaùp quang phoå (quang hoïc)
Phöông phaùp saéc kyù
Phöông phaùp phoùng xaï
Phöông phaùp khoái phoå
2
25
1
2/27/2009
PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH QUANG HOÏC
Phöông phaùp phaân tích quang hoïc (hay phaân tích phoå) döïa treân vieäc
ño naêng löôïng böùc xaï. Thoâng soá ñaëc tröng cho naêng löôïng böùc xaï laø
böôùc soùng vaø ñöôïc xaùc ñònh bôûi:
h : haèng soá Planck, h = 6,63.10-34 J.s = 6,63.10-27 erg.s
hc
λ
c : vaän toác aùnh saùng, c = 3.1010 cm/s
E =
λ : Böôùc soùng aùnh saùng
Töông taùc cuûa böùc xaï ñieän töø vôùi moät chaát ñöôïc theå hieän ôû hai quaù
trình:
Quaù trình haáp thuï
Quaù trình phaùt xaï
3
Phöông phaùp haáp thuï
Böùc xaï ñieän töø tôùi töø nguoàn saùng seõ bò chaát cần đo haáp thuï vaø cöôøng
ñoä böùc xaï seõ giaûm ñi.
Quaù trình haáp thuï thöôøng xaûy ra khi phaân töû chaát nghieân cöùu ôû
traïng thaùi naêng löôïng ñieän töû thaáp nhaát (traïng thaùi cô baûn) neân coù
khaû naêng haáp thuï naêng löôïng cuûa böùc xaï ñieän töø khieán cho cöôøng ñoä
böùc xaï giaûm ñi.
Maùy ño aûnh phoå laø thieát bò öùng duïng quaù trình haáp thuï naêng löôïng
böùc xaï töø caùc tia cöïc tím hoaëc tia hoàng ngoaïi.
Thieát bò ño ñoä haáp thuï quang goàm caùc boä phaän sau:
Nguoàn saùng oån ñònh
Boä loïc aùnh saùng Æ cho pheùp choïn böôùc soùng thích hôïp cho chaát
nghieân cöùu
Ngaên ño maãu
Thieát bò ño naêng löôïng Æ chuyeån ñoåi tín hieäu quang hoïc thaønh
moät tín hieäu naøo ñoù coù theå nhaän bieát ñöôïc.
Sô ñoà toång quaùt cuûa caùc thieát bò ño quang öùng duïng quaù trình haáp
thuïdöïa treân nguyeân taéc cô baûn sau:
4
25
2
2/27/2009
Sô ñoà toång quaùt cuûa thieát bò ño ñoä haáp thuï quang
5
Daïng ngoaøi cuûa maùy spectrophotometer
6
25
3
2/27/2009
Sô ñoà quang hoïc cuûa maùy spectrophotometer
7
Öùng duïng cuûa phöông phaùp phoå haáp thuï trong phaân tích moâi tröôøng
Chaát caàn phaân tích
Khoâng khí
Thuoác thöû
Böôùc soùng (nm)
As
Baïc dietyldithiocacbaminat
538
570
670
450
550
HCHO
H2S
p-rosanilin
FeCl3, dimetyl-p-phenylendiamin
Nessler (K2HgI4)
NH3
NO, NO2
Axit sunfanilic, N-1-Naphtyll-etilendiamin-2HCl
Pb
Ditizon
510
569
SO2
Nöôùc
Al
p-rosanilin
brompirogalol
623
480
Cl-
Hg(SCN)2
Cr (VI)
Cu
Diphenylcacbazit
540
Disunfonat battocuproin
o-phenalthrolin
480
Fe
510
-
-
NO3 , NO2
Sunfanilamit, N-1-naphtyl-etilendiamin-2HCl
Ferixyanua kieàm, 4-amin-antipirin
Amoni molipdat
520
Phenol
Photphat
Si
460,510
700
Amoni molipdat
410
8
25
4
2/27/2009
Phöông phaùp phaùt xaï
Chaát nghieân cöùu cuõng phaùt ra böùc xaï ñieän töø vaø vì vaäy seõ laøm taêng cöôøng ñoä
böùc xaï phaùt ra töø nguoàn.
Quaù trình phaùt xaï thöôøng xaûy ra khi chaát nghieân cöùu chöùa nhöõng phaân töû ôû
traïng thaùi kích thích, nhöõng phaân töû naøy coù theå trôû laïi traïng thaùi cô baûn vaø
khi ñoù seõ phaùt ra böùc xaï ñieän töø khieán cho cöôøng ñoä böùc xaï ñieän töø taêng leân.
Maùy quang phoå laø thieát bò öùng duïng quaù trình phaùt xaï nguyeân töû.
Trong phaân tích quang phoå chia ra:
Phöông phaùp quang phoå nhìn baèng maét
Phöông phaùp quang phoå chuïp aûnh
Phöông phaùp quang ñieän
Thieát bò phaân tích quang phoå goàm caùc boä phaân sau:
Heä thoáng chieáu saùng: goàm nguoàn kích thích quang phoå vaø heä thoáng tuï
quang.
Heä thoáng taùn saéc: goàm khe quang phoå vaø heä thoáng vaät kính vaø phaàn töû
taùn saéc.
Heä thoáng nhaän.
9
Quang phoå ngoïn löûa
Phöông phaùp naøy öùng duïng trong phaân tích nöôùc ñeå xaùc ñònh noàng
ñoä caùc kim loaïi kieàm, kieàm thoå nhö Na, K, Ca.
Phöông phaùp naøy öùng duïng ngoïn löûa laøm nguoàn kích thích nguyeân töû
ôû traïng thaùi hoaït ñoäng.
Sô ñoà nguyeân lyù cuûa thieát bò quang phoå ngoïn löûa ñöôïc moâ taû nhö sau:
10
25
5
2/27/2009
Quang phoå phaùt xaï
Phöông phaùp naøy ñöôïc phaùt trieån döïa treân phöông phaùp quang
phoå ngoïn löûa vôùi nhieàu kieåu thieát bò chuyeân duøng nhö:
Nguoàn hoà quang: nguoàn naøy söû duïng söï phoùng ñieän giöõa 2
cöïc cheá taïo töø maãu phaân tích hoaëc moät cöïc laø chaát phaân tích
coøn cöïc kia ñöôïc cheá taïo töø chaát lieäu khoâng chöùa chaát phaân
tích.
Nguoàn tia löûa ñieän: öùng döïng söï phoùng ñieän giöõa 2 ñieän cöïc
Æ thöôøng duøng trong phaân tích quang phoå ñònh löôïng
Nguoàn plasmatron: laø loaïi nguoàn ñoát ñaëc bieät vôùi 2 ñieän cöïc
graphit Æ nguoän taïo nhieät ñoä cao vaø naêng löôïng lôùn coù khaû
naêng kích thích haàu heát caùc chaát khoù bay hôi, khoù kích thích
11
Quang phoå haáp thuï nguyeân töû
Phöông phaùp naøy öùng duïng trong phaân tích nöôùc ñeå xaùc ñònh noàng
ñoä caùc kim loaïi Cu, Zn, Ni, Mg, Cd, Hg, Au,...
Phöông phaùp haáp thuï nguyeân töû döïa vaøo khaû naêng haáp thuï choïn loïc
caùc böùc xaï coäng höôûng cuûa nguyeân töû ôû traïng thaùi töï do.
12
25
6
2/27/2009
Phöông phaùp taùn xaï
Phöông phaùp naøy öùng duïng trong phaân tích ñoä ñuïc maãu nöôùc vaø chaát
raén lô löûng döïa treân nguyeân taéc aùnh saùng bò taùn saéc khi qua maãu thí
nghieäm
13
13
PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH ÑIEÄN HOÙA
Phöông phaùp phaân tích ñieän hoùa döïa treân söï öùng duïng cuûa caùc quaù trình ñieän
hoùa.
Tröôùc ñaây phöông phaùp naøy ñöôïc öùng duïng ñeå ño pH cuûa dung dòch. Ngaøy nay,
daãn ñieän, haøm löôïng TDS (Total Dissolve Solid), haøm löôïng DO (Dissolve
Oxygen),...
Phaân loaïi caùc phöông phaùp phaân tích ñieän hoùa:
Phaân tích ñieän khoái löôïng Æ taùch töø dung dòch chaát ñieän ly nöõng chaát keát
tuûa treân caùc ñieän cöïc khi cho doøng ñieän moät chieàu ñi qua.
Phöông phaùp ñieän daãn Æ ño ñoä daãn ñieän cuûa dung dòch phaân tích.
Phöông phaùp ñieän theá Æ ño theá ñieân cöïc nhuùng vaøo dung dòch phaân tích.
Phöông phaùp cöïc phoå Æ ño cöôøng ñoä doøng ñieän bò bieán ñoåi.
Phöông phaùp ñieän löôïng Æ ño löôïng ñieän tieâu toán cho söï ñieän phaân
14
14
25
7
2/27/2009
Phöông phaùp phaân tích ñieän theá
Phöông phaùp phaân tích ñieän theá laø phöông phaùp xaùc ñònh noàng ñoä caùc ion döïa
vaøo söï thay ñoåi theá ñieän cöïc khi nhuùng vaøo dung dòch phaân tích.
Phöông trình Nernst moâ taû moái quan heä giöõa theá ñieän cöïc vôùi hoaït ñoäng (hay
caáu töû trong moät heä oxy hoùa – khöû thuaän nghòch.
foxh Oxh
aoxh
akh
RT
zF
RT
zF
E = Eo +
ln
= Eo +
ln
fkh Kh
[
]
Trong ñoù:
Eo
R
T
F
: ñieän theá oxi hoùa – khöû tieâu chuaån cuûa heä
: haèng soá khí lyù töôûng
: nhieät ñoä tuyeät ñoái
: haèng soá Faraday
z
: soá ñieän töû tham gia trong phaûn öùng ñieän cöïc
: hoaït ñoä cuûa caùc chaát oxy hoùa vaø chaát khöû
: heä soá hoaït ñoä cuûa chaát oxy hoùa vaø chaát khöû
aoxh, akh
oxh, fkh
[Oxh], [Kh}
f
: noàng ñoä cuûa chaát oxy hoùa vaø chaát khöû
15
Ví duï
Ví duïng öùng duïng phöông phaùp phaân tích ñieän theá laø ño noàng ñoä Cl- trong
dung dòch.
AgCl + e- Æ Ag + Cl-
RT
zF
−
ECl = ECol +
ln Cl
⎡
⎤
⎣
⎦
Haøm löôïng Cl- döôïc xaùc ñònh thoâng qua ñieän theá giöõa hai ñieän cöïc
RT
zF
−
E = Eo− E
+
⎡ ⎤
ln Cl
ESCE : ñieän theá ñieän cöïc so saùnh
16
25
8
2/27/2009
Ñieän cöïc khí
Ñieän cöïc ñöôïc caáu taïo bôûi kim loaïi trô nhö: Pt, Au,... Tieáp xuùc ñoàng
thôøi vôùi khí vaø dung dòch chöùa ion töông öùng vôùi khí naøy.
Ví duï: ñieän cöïc H2 goàm daây Pt tieáp xuùc vôùi khí H2 vôùi aùp suaát cuûa H2 =
1 atm vaø ñöôïc nhuùng vaøo dung dòch chöùa ion H+. Do Pt coù khaû naêng
haáp thuï maïnh H2, heä thoáng treân ñöôïc xem töông ñöông vôùi tröôøng
hôïp moät thanh H2 nhuùng vaøo trong dung dòch H+.
Sô ñoà ñieän cöïc: Pt(H2)/H2([H+])
Phaûn öùng ñieän cöïc:
2H+ + 2e- Æ H2
Ngoaøi ñieän cöïc khí hydro coøn coù ñieän cöïc khí Cl2, O2 vôùi caáu taïo vaø
nguyeân taéc hoaït ñoäng hoaøn toaøn töông töï.
17
Ñieän cöïc kim loaïi
Ñieän kim loaïi loaïi 1
Ñieän cöïc kim loaïi loaïi moät laø ñieän cöïc ñöôïc cheá taïo töø baûn kim loaïi
hay daây kim loaïi khoâng trô M nhuùng trong dung dòch chöùa muoái tan
Mn+ cuûa kim loaïi ñoù
Sô ñoà ñieän cöïc:
M/([Mn+])
Phaûn öùng ñieän cöïc
:
M - ne- Æ Mn+
Caùc ñieän cöïc kim loaïi loaïi moät ñöôïc cheá taïo töø Ag, Hg, Cd.
Ñieän cöïc kim loaïi loaïi 2
ngoaøi ñöôïc phuû moät lôùp chaát ít tan MA cuûa kim loaïi ñoù vaø ñöôïc
nhuùng vaøo trong dung dòch muoái coù chöùa anion An- Æ duøng ñeå xaùc
ñònh noàng ñoä ion An-.
Sô ñoà ñieän cöïc:
M,MA↓/An-
Phaûn öùng ñieän cöïc
:
MA + ne- Æ M + An-
18
25
9
2/27/2009
Ñieän cöïc oxy hoùa - khöû
Ñieän cöïc oxy hoùa – khöû ñöôïc caáu taïo bôûi kim loaïi trô (Au, Pt, Pd) nhuùng trong
dung dòch ion daïng oxy hoùa – khöû.
Ví duï ñieän cöïc Pt nhuùng vaøo dung dòch chöùa FeCl3 vaø FeCl2
Phaûn öùng ñieän cöïc: Fe3+ + e- Æ Fe2+
Trong ví duï treân, ñieän cöïc Pt ñöôïc söû duïng
laøm chaát chæ thò cho canb baèng chuaån ñoä oxy
hoùa khöû vôùi chaát chuaån laø Fe3+ hoaëc Fe2+.
Moät vaøi ion oxy hoùa khöû ñöôïc söû duïng nhö laø
chaát chæ thò moâ taû thôøi ñieåm dieãn ra phaûn öùng
oxy hoùa khöû ñaëc bieät trong heä thoáng xöû lyù
nöôùc thaûi baèng phöông phaùp sinh hoïc (quaù
trình hieáu khí vaø oxy hoùa hoaëc quaù trình kî khí
vaø khöû).
19
Ñieän cöïc kim loaïi trong dung dòch muoái noàng ñoä thaáp
Loaïi ñieän cöïc naøy laø moät daïng cuûa ñieän cöïc cuûa kim loaïi loaïi hai ñöôïc
caáu taïo goàm kim loaïi, beân ngoaøi ñöôïc phuû moät lôùp chaát ít tan cuûa kim
loaïi ñoù nhuùng trong dung dòch muoái ôû noàng ñoä thaáp.
22) vaø
KCl
Sô ñoà ñieän cöïc:
Hg/Hg2Cl2/KCl
Phaûn öùng ñieän cöïc:
Hg+ + Cl- Æ 1/2Hg2Cl2 + e-
Ñieän cöïc loaïi naøy thöôøng duøng ñeå xaùc ñònh haøm
löôïng muoái trong dòch dòch
20
25
10
2/27/2009
Ñieän cöïc maøng
Moät trong caùc loaïi ñieän cöïc thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå ño caùc chæ tieâu
chaát löôïng nöôùc laø ñieän cöïc maøng.
Caùc ñieän cöïc maøng thoâng thöôøng laø caùc baùn pin coù lôùp maøng phaân caùch
dung dòch nghieân cöùu vôùi moät dung dòhc chuaån ôû beân trong.
ñieän cöïc maøng hieän nay ñöôïc öùng duïng roäng raõi ñeå ño pH cuûa dung
dòch.
Phaân loaïi ñieän cöïc maøng:
Ñieän cöïc maøng thuûy tinh
Ñieän cöïc maøng tinh theå
Ñieän cöïc maøng loûng
Ví duï ñieän cöïc
maøng
Ñôn tinh theå
LaF3
Ña tinh theå
Ag2S
Maøng thuûy tinh
silicate
Maøng loûng
Coâng duïng
Xaùc ñònh F-
Xaùc ñònh S2- vaø
Xaùc ñònh Na+
Xaùc ñònh Ca2+
vaø K+
Ag+
vaø H+
21
Ñieän cöïc maøng thuûy tinh
Ñaây laø loaïi ñieän cöïc thoâng duïng nhaát duïng nhaát.
Ñieän cöïc maøng thuûy tinh ño pH
Phoå bieán nhaát laø thuûy tinh chöùa khoaûng 22% Na2O,
6% CaO vaø 72% SiO2 coù khaû naêng trao ñoåi choïn loïc
ion H+ ñeán pH xaáp xæ 9
Khuyeát ñieåm cuûa ñieän cöïc thuûy tinh ño pH laø sai soá
aâm ôû pH cao (khi pH >11)
Ngoaøi ñieän cöïc maøng thuûy tinh ño
pH, ngöôøi ta coøn cheá taïo ñöôïc caùc
ñieän cöïc maøng thuûy tinh duøng ñeå
xaùc ñònh caùc ion nhö: Na+, K+,
NH+ , Cs+, Li+ vaø Ag-
4
22
25
11
2/27/2009
Ñieän cöïc maøng loûng
Ñieän cöïc maøng loûng ngaøy caøng ñöôïc phaùt trieån
hôn vaø söû duïng roäng raõi hôn ñieän cöïc thuûy
tinh.
theá cuûa caùc cation nhieàu hoùa trò cuõng nhö moät
soá anion vaø cation moät hoùa trò.
Caùc maøng loûng ñöôïc cheá taïo töø caùc chaát trao
ñoåi ion loûng giöõ treân chaát mang raén, trô vaø
xoáp.
Caùc chaát maøng loûng thuoäc moät trong ba loaïi:
Chaát trao ñoåi cation
Chaát trao ñoåi anion
Caùc hôïp chaát macrocyclic trung hoøa
23
Ñieän cöïc maøng tinh theå
Ñieän cöïc maøng tinh theå ñöôïc cheá taïo töø moät hôïp chaát ion
hoaëc laø moät hoån hôïp ñoàng theå cuûa caùc hôïp chaát ion
Nhöôïc ñieåm cuûa loaïi ñieän cöïc naøy laø ñoä daãn ñieän beù ôû nhieät
ñoä phoøng. Ñeå caûi thieän ñoä daãn ñieän naøy ngöôøi ta thöôøng
theâm vaøo maïng tinh theå moät löôïng nhoû ion hoùa trò moät ñeå
laøm taêng ñoä linh ñoäng cuûa pha raén. Caùc ion thöôøng duøng laø
F-(trong caùc fluoride ñaát hieám), Ag+(trong halogenur Ag vaø
Ag2S), Cu+(trong Cu2S).
LaFlaø moät loaïi chaát khaù lyù töôûng söû duïng ñeå cheá taïo ñieän
cöïc maøng tinh theå duøng cho vieäc xaùc ñònh F-.
24
25
12
2/27/2009
Ñaàu doø khí
Laø thieát bò coù tính choïn loïc vaø ñoä nhaïy cao duøng ñeå xaùc ñònh khí hoøa tan
hoaëc caùc ion coù theå chuyeån thaønh khí hoøa tan khi hieäu chænh pH cuûa moâi
tröôøng nhö: HCO3 Æ CO2, CN- Æ HCN, F- Æ HF, NH+4 Æ NH3, ...)
-
vaøo phaàn cuoái cuûa ñaàu doø vaø coù theå thay theá moät caùch deå daøng.
Trong thieát bò coøn coù moät ñieän cöïc thuûy tinh vaø moät ñieän cöïc chuaån
Ag/AgCl.
Söû duïng ñaàu doø khí trong lónh vöïc moâi tröôøng.
Xaùc ñònh haøm löôïng O2 trong caùc beå xöû lyù sinh hoïc hieáu khí.
2 dö (trong xöû lyù nöôùc thaûi vaø nöôùc caáp) vaø
F2 (trong xöû lyù nöôùc caáp).
Xaùc ñònh caùc chæ tieâu oâ nhieãm khoâng khí nhö: CO, Nox, SOx,,...
25
25
13
13 trang
14980
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Hóa kỹ thuật môi trường 1 - Chương 4: Phương pháp phân tích dụng cụ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_hoa_ky_thuat_moi_truong_1_chuong_4_phuong_phap_pha.pdf
