Nghiên cứu điều kiện tối ưu, đánh giá hàm lượng kẽm trong nước bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Kẽm oxit là chất lưỡng tính, không tan trong nước nhưng tan trong dung dịch axit thậm chí ZnO cũng có thể tan trong dung dịch kiềm và kiềm nóng chảy: ZnO + H 2 SO 4  ZnSO 4 + H 2 O ZnO + 2NaOH  Na 2 ZnO 2 + H 2 O ZnO + 2KOH  K 2 ZnO 2 + H 2 O (nóng chảy) (Kalizincat) Ở nhiệt độ cao bị H 2 khử thành Zn ZnO + H 2  Zn + H2O Trong thiên nhiên, ZnO tồn tại dưới dạng khoáng vật Zinkit và Monteponit tương ứng. Kẽm oxit được dùng làm bột cho sơn, thường gọi là trắng kẽm và làm chất độn trong cao su. 1.3.2. Hidroxit (Zn(OH) 2 ) Hidroxit kẽm được tạo ra khi cho dung dịch kiềm tác dụng với dung dịch muối kẽm lấy vừa đủ: ZnSO 4 + 2NaOH  Zn(OH) 2  + Na 2 SO 4 Hidroxit kẽm là chất kết tủa trắng, không tan trong nước, có tích số tan như sau: Zn(OH) 2  Zn(OH) + + OH - , Tt = 1,8.10 - 1 3 Zn(OH) 2  Zn 2 + + 2OH - , Tt = 7,1.10 - 1 8 Khi nung Zn(OH) 2 đến 100 0 C thì bắt đầu bị phân huỷ thành ZnO và H 2 O Hoàng Thị Nhài 11 Lớp K32A- Hóa Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 100 C   O Zn(OH) 2 ZnO + H2O Zn(OH) 2 có tính chất lưỡng tính, tan trong axit và kiềm: Zn(OH) 2 + H 2 SO 4  ZnSO 4 + 2H 2 O Zn(OH) 2 + 2KOH  K 2 [ Zn(OH) 4 ] Zn(OH) 2 + 4NH 3  [ Zn(NH 3 ) 4 ] (OH)2 Bản chất lưỡng tính của Zn(OH)2 có thể mô tả theo sơ đồ sau: OHn[Zn(OH2)4 ]2+  H3O+ OHn[ Zn(OH)2(OH2)2 ]   n[ Zn(OH)4 ]2- H3O+ [ Zn(OH) 2 ] n Zn(OH) 2 cũng tan một phần trong dung dịch muối amoni theo cơ chế sau: NH 4 +  NH 3 + H + Khi có mặt Zn(OH) 2 cân bằng sẽ chuyển dịch sang phải: Zn(OH) 2 + 4NH 3  [Zn(NH 3 ) 4 ](SO 4 ) 1.3.3. Muối Các muối Halogen (trừ Florua), Nitrat, Sunfat, Peclorat và Axetat của Kẽm dễ tan trong nước còn các muối Sunfua, Cacbonat, Orthophotphat và muối bazơ ít tan. Những muối tan khi kết tinh từ dung dịch nước thường ở dạng hidrat. Ví dụ: ZnSO4.7H2O, Zn(NO3)2.6H2O… Trong dung dịch nước muối kẽm thuỷ phân khá mạnh. Đa số các muối đơn giản không có màu (trừ ZnSe có màu vàng, ZnTe có màu đỏ). Đihalogenua ZnCl2 là những chất tinh thể màu trắng, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao: Hoàng Thị Nhài 12 Lớp K32A- Hóa Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 ZnF2 ZnCl2 ZnBr2 ZnI2 T0nc (0C) 872 275 394 446 T0s(0C) 1502 756 697 Thăng hoa 1.4. Ứng dụng của Kẽm [8, 15] Kẽm là kim loại có ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực. Trong công nghiệp một lượng lớn Kẽm được dùng mạ lên Sắt để bảo vệ cho Sắt khỏi gỉ, trên bề mặt của lớp mạ có phủ lớp Cacbonat bazơ (ZnCO3.3Cu(OH)2) bảo vệ cho kim loại. Một phần Zn được dùng để điều chế hợp kim với Cu. Ngoài ra Zn còn dùng để sản xuất pin khô. Loại pin này gồm một vỏ ngoài bằng kẽm đồng thời là anot, ở giữa pin là một trụ bằng than chì đóng vai trò của catot. Ở giữa Zn và trụ than chứa hỗn hợp hồ nhão gồm MnO2, NH4Cl và bột than. Phản ứng trên bề mặt điện cực khi phóng điện như sau: Ở anot: Zn - 2e  Zn 2+ Ở catot: 2NH4+ + 2MnO2 + 2e  Mn2O3 + 2NH3 + H2O Trong y học, Kẽm và hợp chất của nó có nhiều ứng dụng quan trọng. Kẽm oxit dùng làm thuốc giảm đau dây thần kinh, chữa eczema, chữa một số bệnh ngoài da… Muối Kẽm Sunfat dùng làm thuốc gây nôn, dùng làm thuốc sát trùng, dung dịch 0,1 – 0,5% làm thuốc nhỏ mắt chữa đau kết mạc…và nhiều ứng dụng khác. 1.5. Vai trò sinh học của Kẽm [14] Hoàng Thị Nhài 13 Lớp K32A- Hóa Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Kẽm chỉ đứng sau Sắt trong số những nguyên tố vi lượng cần thiết, không thể thiếu đối với cơ thể con người. Ở một người trưởng thành tổng lượng Kẽm có từ 2 ÷ 3 g (chiếm 0,001% khối lượng). Trong cơ thể người Kẽm phân bố không đồng đều, có nhiều ở tóc, xương, gan, thận, cơ, da, não…[14] Kẽm tham gia vào việc cấu tạo nên trên 200 Enzym khác nhau và phần lớn những Enzym này đều có vai trò quan trọng đối với các hoạt động của cơ thể. Với vai trò điều hoà chuyển hoá Lipit, ngăn ngừa mỡ hoá gan, tham gia vào chức phận tạo máu, Kẽm đặc biệt cần thiết cho sự ổn định màng và biệt hoá tế bào. Ngoài ra, Kẽm còn có vai trò điều hoà hoạt tính của tuyến tiền liệt. Điều này giải thích cho một số trường hợp vô sinh và rối loạn giới tính do thiếu Kẽm. Kẽm còn ảnh hưởng tích cực tới việc hình thành sẹo, tới hệ thần kinh thị giác của con người. Thiếu Kẽm quá trình tổng hợp AND và quá trình sao chép trong tế bào bị suy yếu, tốc độ hấp thụ các Axitamin và quá trình tổng hợp Trytophan (C11H12O2N2) giảm. Theo những nghiên cứu mới nhất của viện nghiên cứu sức khoẻ Naperville (Mỹ ), chúng ta có thể đánh giá được mức độ stress của cơ thể thông qua việc xác định Kẽm trong huyết thanh. Do không có dự trữ trong cơ thể, do nửa đời sống của Kẽm trong các cơ quan nội tạng ngắn (12,5 ngày) nên cơ thể thường thiếu Kẽm. Vì vậy cần cung cấp đầy đủ lượng Kẽm cho cơ thể. Ngoài vai trò to lớn đối với cơ thể, Kẽm cũng là một trong bảy nguyên tố vi lượng rất cần thiết đối với cơ thể động vật và thực vật. Ở động vật do sự thiếu Kẽm dẫn tới các dị tật ở mặt, tim, xương, não, hệ thần kinh… Hoàng Thị Nhài 14 Lớp K32A- Hóa Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Trong thực đơn hàng ngày Kẽm có trong thành phần các loại khoáng chất và Vitamin. Kẽm còn được cho rằng có thuộc tính oxi hoá, do vậy nó được sử dụng như là nguyên tố vi lượng để chống sự lão hoá của da và cơ thể. Các nguồn thức ăn tự nhiên giàu Kẽm gồm có: sò huyết, các loại thịt màu đỏ, các loại quả có nhân, ngũ cốc nguyên vẹn, hạt bí, hạt hướng dương… Ngoài ra nếu lượng Kẽm quá dư thừa (ở nồng độ 1ppm) Kẽm bắt đầu gây độc, khi nồng độ > 1ppm sẽ gây ra mất cân bằng tiêu hoá, ảnh hưởng tới dạ dày, gan và hệ bài tiết… 1.6. Các phƣơng pháp xác định Kẽm Dạng kết tủa ZnNH4PO4 ZnNH4PO4 ZnS 1.6.1. Các phƣơng pháp phân tích hoá học 1.6.1.1. Phƣơng pháp phân tích trọng lƣợng [2, 7] Nguyên tắc của phương pháp: dựa trên việc cân chính xác một lượng mẫu cần phân tích (nếu mẫu ở trạng thái rắn) rồi chuyển nó về dạng dung dịch. Nếu mẫu ban đầu ở trạng thái dung dịch thì chỉ cần lấy một thể tích xác định rồi kết tủa chất cần phân tích dưới dạng hợp chất ít tan. Sau đó tiến hành lọc rửa kết tủa, sấy khô tới khối lượng không đổi. Từ khối lượng không đổi tính toán được hàm lượng chất cần phân tích có trong mẫu. Ví dụ: Ta có thể xác định Kẽm bằng phương pháp phân tích trọng lượng như sau : Hoàng Thị Nhài 15 Lớp K32A- Hóa Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Dạng cân ZnNH4PO4 Zn2P2O7 ZnO T0sấy ,nung (0C) 110 600 1000 Phương pháp phân tích trọng lượng dễ mắc sai số trong quá trình cân. Mặt khác ta cần phải khống chế được PH của môi trường để giữ bền các kết tủa. Ngoài ra để kết tủa được kim loại cần phân tích ta cần loại trừ các nguyên tố cùng kết tủa với thuốc thử. Chính vì những hạn chế trên nên phương pháp này chỉ được sử dụng khi xác định một lượng lớn kim loại cần phân tích. 1.6.1.2. Phƣơng pháp phân tích thể tích [2, 3] Đây là một phương pháp phân tích phổ biến trong các phương pháp phân tích hoá học để xác định nhanh, đơn giản các cation, anion. Tuy nhiên, phương pháp có độ chọn lọc thấp và mắc nhiều sai số: do dung cụ, hay do dung dịch chuẩn, do tay nghề… Giới hạn tin cậy của phương pháp khoảng 10-3M. Có thể xác định Zn theo phương pháp chuẩn độ tạo phức. Đối với phương pháp chuẩn độ tạo phức bằng EDTA dùng chỉ thị Eriocromđen T ở môi trường PH = 10. Phản ứng kết thúc khi màu dung dịch từ đỏ nho sang màu xanh biếc. Zn2+ + H2Y2- 2-  ZnY + 2H+ ZnIn- + H2Y2-  ZnY2- + H2InVới chỉ thị này phản ứng chuẩn độ Kẽm bị ảnh hưởng bởi nhiều ion lạ. Để loại trừ ảnh hưởng này có thể dùng chỉ thị Murexit tại PH = 8 – 8,5 (môi trường không bazơ) hoặc trong dung dịch Etanolamin ở PH= 13. 1.6.2. Nhóm phƣơng pháp phân tích công cụ [5, 6, 9, 10] 1.6.2.1. Các phƣơng pháp điện hoá Các phương pháp phân tích điện hoá là phương pháp dựa trên những hiện tượng, quy luật có liên quan tới những phản ứng điện hoá xảy ra trên Hoàng Thị Nhài 16 Lớp K32A- Hóa