A. Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích khối lượng

Để xác định khối lượng cấu tử M có trong đối tượng phân tích X người ta tách hoàn toàn M ra khỏi các cấu tử khác dưới dạng một hợp chất hóa học có thành phần xác định, ví dụ M_xA_y. Dựa vào lượng cân của X và của M_xA_y mà tính khối lượng M hoặc hàm lượng % của M có trong đối tượng phân tích.

- Có thể tách cấu tử xác định dưới dạng hợp chất ít tan bằng phản ứng tạo kết tủa.

Ví dụ 1: định lượng sunfat bằng cách làm kết tủa dưới dạng BaSO₄.

- Nếu cấu tử xác định dễ bay hơi hoặc có thể dễ dàng chuyển thành hợp chất dễ bay hơi ở những điều kiện thực nghiệm xác định thì có thể dùng phương pháp đuổi bằng cách đun nóng hoặc nung mẫu phân tích ở nhiệt độ cao và dựa vào khối lượng hụt đi khi xử lí phân tích mà suy ra hàm lượng cấu tử xác định trong đối tượng phân tích.

            Ví dụ 2: để xác định nước kết tinh có trong bari clorua ngậm nước BaCl₂.nH₂O, người ta sấy mẫu ở nhiệt độ 120^oC cho đến khi đuổi hết nước. Căn cứ vào độ hụt khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy mà suy ra hàm lượng H₂O trong BaCl₂.nH₂O.

- Cũng có thể giữ lại cấu tử xác định sau khi bị đuổi ra khỏi mẫu phân tích bằng một số chất hấp phụ thích hợp. Dựa vào độ tăng khối lượng của các chất hấp phụ sau thí nghiệm mà suy ra hàm lượng cấu tử xác định có trong mẫu phân tích.

            Ví dụ 3: để định lượng cacbon, hiđro trong các chất hữu cơ người ta đốt cháy mẫu để chuyển cacbon thành cacbonic và hiđro thành nước, rồi cho hấp phụ chọn lọc để giữ lại CO₂ và H₂O, căn cứ vào khối lượng của chúng mà tính ra hàm lượng C, H trong mẫu.

            Phương pháp phân tích khối lượng dựa trên phản ứng tạo kết tủa đóng vai trò quan trọng và có ứng dụng rộng rãi nhất.

B. Giới thiệu về các phương pháp phân tích khối lượng

1. Phương pháp đẩy

            Dựa vào việc tách thành phần cần xác định ở dạng đơn chất rồi cân.

            Ví dụ: Xác định lượng vàng trong một hợp kim như sau: hòa tan hợp kim bằng nước cường toan thành dung dịch. Đem chế hóa dung dịch đó bằng những thuốc thử thích hợp rồi khử chọn lọc và định lượng vàng (III) thành kim loại Au. Đem lọc rửa kết tủa Au rồi sấy và nung đến khối lượng không đổi, làm nguội rồi cân.

2. Phương pháp kết tủa

            Trong phương pháp này ta dùng phản ứng kết tủa để tách chất nghiên cứu ra khỏi dung dịch phân tích, thu lấy kết tủa, lọc, rửa, đem nung rồi cân kết quả.

            Ví dụ: Khi cần phân tích lượng sắt (Fe) trong một dung dịch ta có thể dùng phản ứng tạo kết tủa Fe(OH)₃ bằng thuốc thử như NH₃, lọc kết tủa Fe(OH)₃, nung và cân ở dạng Fe₂O₃, từ khối lượng Fe₂O₃ thu được ta dễ dàng tính được lượng Fe trong dung dịch nghiên cứu.

3. Phương pháp điện phân

            Người ta điện phân để tách kim loại cần xác định trên catot bạch kim. Sau khi kết thúc điện phân, đem sấy điện cực rồi cân và suy ra lượng kim loại đã thoát ra trên cực bạch kim. Phương pháp này thường được dùng để xác định các kim loại trong môi trường đệm pH = 7.

4. Phương pháp chưng cất

            Trong phương pháp này chất đem phân tích được chưng cất trực tiếp hay gián tiếp. Trong phương pháp chưng cất trực tiếp, chất đem phân tích được chuyển sang dạng bay hơi rồi hấp thụ nó vào chất hấp thụ thích hợp. Khối lượng của chất hấp thụ tăng lên một lượng tương ứng với chất đã hấp thụ vào.

            Ví dụ: Khi cần phân tích CO₂ trong đá vôi ta có thể phân hủy lượng cân mẫu trong một dụng cụ riêng bằng axit rồi hấp thụ toàn bộ khí CO₂ giải phóng ra vào chất hấp thụ thích hợp như hỗn hợp CaO và NaOH hay Ba(OH)₂. Cân khối lượng chất hấp thụ trước và sau khi hấp thụ sẽ tính được lượng CO₂ trong đá vôi.

Trong phương pháp chưng cất gián tiếp, người ta đun cho bay hơi hết chất cần phân tích. Chẳng hạn, có thể xác dịnh hàm lượng nước kết tinh trong các loại muối bằng cách sấy dưới một nhiệt độ xác định.

            Nói chung phương pháp chưng cất không phải là phổ biến vì nó chỉ được áp dụng khi mẫu phân tích có chứa chất bay hơi hoặc dễ dàng chuyển sang chất bay hơi.

            Sau đây ta chỉ nghiên cứu phương pháp chính là phương pháp kết tủa.

C. Phương pháp kết tủa

1 Nguyên tắc chung của phương pháp kết tủa

            Phương pháp kết tủa là phương pháp dựa vào việc cân sản phẩm tách ra bằng phản ứng kết tủa. Trong phương pháp này, người ta thực hiện một loạt các thao tác như lọc, rửa, sấy, nung,…

Các giai đoạn cơ bản của quá trình phân tích khối lượng kết tủa bao gồm:

            - Cân mẫu và chuyển mẫu vào dung dịch.

            - Làm kết tủa cấu tử xác định dưới dạng hợp chất khó tan (dạng kết tủa).

            - Lọc và rửa kết tủa.

            - Sấy, nung (nếu cần thiết) để chuyển dạng kết tủa thành dạng cân.

            - Cân sản phẩm khô.

            - Tính kết quả phân tích.

            Trong các giai đoạn nói trên thì giai đoạn kết tủa đóng vai trò quan trọng nhất. Việc chọn thuốc thử làm kết tủa có ý nghĩa to lớn đối với độ chính xác phân tích cũng như quyết định đến các thao tác xử lí kết tủa về sau. Việc chọn thuốc thử phải căn cứ vào yêu cầu của dạng kết tủa và dạng cân.

a. Các yêu cầu đối với dạng kết tủa

            - Kết tủa phải thực tế không tan, lượng nguyên tố cần phân tích còn lại trong dung dịch sau khi kết tủa phải nhỏ hơn 0,1mg tức là không được vượt quá độ nhạy của cân phân tích. Thực tế cho thấy rằng đối với các kết tủa loại AB (như BaSO₄, AgCl…) thì tích số tan phải nhỏ hơn 10^‑8 mới sử dụng được, còn tích số tan lớn hơn 10^-8 thì không sử dụng. Do vậy khi tiến hành kết tủa ta phải nghiên cứu tìm những điều kiện tối ưu để chất phân tích kết tủa hoàn toàn.

            - Kết tủa tạo thành phải tinh khiết, nếu có chất lạ lẫn vào thì nó phải được loại trừ trong quá trình lọc, rửa, sấy, nung.

            - Kết tủa hình thành phải trong điều kiện như thế nào đó để dễ lọc, rửa.

 - Dạng kết tủa phải chuyển thành dạng cân dễ dàng và hoàn toàn khi sấy hoặc nung.

b. Các yêu cầu đối với dạng cân

- Việc tính toán kết quả phân tích là dựa vào khối lượng của dạng cân và công thức hóa học của nó nên yêu cầu quan trọng nhất đối với dạng cân là phải có thành phần cố định, đúng với công thức hóa học xác định.

Ví dụ: Al(OH)₃ có dạng cân thường ngậm một số phân tử nước nên muốn chuyển thành dạng Al₂O₃, ta phải nung đến nhiệt độ trên 1100^oC. Trong trường hợp này ta có thể chọn dạng kết tủa là các muối bazơ của nhôm để chuyển thành Al₂O₃ ngay ở nhiệt độ 640^oC hơn ở dạng Al(OH)₃.

- Dạng cân phải khá bền về mặt hóa học nghĩa là trong không khí nó không bị hút ẩm, không tác dụng với oxi và khí cacbonic, không bị phân hủy do tác dụng của ánh sáng trong quá trình làm nguội và cân…

- Hàm lượng của nguyên tố xác định trong dạng cân càng nhỏ càng tốt, nghĩa là hệ số chuyển G/P càng bé càng tốt vì như vậy sai số mắc phải khi phân tích (do cân, do kết tủa bị tan khi rửa…) sẽ ít, tức là kết quả phân tích càng chính xác.

2. Một vài điểm cần chú ý của phương pháp kết tủa

a. Lọc kết tủa

            Trong phân tích khối lượng, để lọc kết tủa người ta thường dùng giấy lọc không tàn. Giấy lọc không tàn là loại giấy sau khi cháy hết, lượng tro còn lại không đáng kể (không quá 0,0002g).

Tùy từng loại kết tủa mà chọn loại giấy lọc dùng cho thích hợp.

- Giấy lọc băng xanh: rất mịn, chảy chậm, dùng để lọc các kết tủa tinh thể nhỏ.

- Giấy lọc băng trắng, băng vàng: độ mịn vừa phải, tốc độ chảy trung bình.

- Giấy lọc băng đỏ: lỗ to, chảy nhanh, dung để lọc các tủa vô định hình.

Tùy theo lượng kết tủa mà chọn loại phễu và giấy lọc có kích thước thích hợp. Kích thước của giấy lọc dùng khi gấp cho vào phễu, cách miệng phễu 5 – 15 mm.

Trước khi lọc phải tẩm ướt giấy lọc và giữ nước đầy ở cuống phễu (tránh có bọt), cuống phễu đặt sát vào thành cốc hứng dung dịch, làm như vậy dung dịch chảy thành dòng sẽ nhanh hơn. Khi lọc đổ từ từ dung dịch vào phễu lọc theo đũa thủy tinh. Lượng dung dịch đổ vào phễu không được quá đầy, phải cách miệng giấy lọc khoảng 5 mm. Trước tiên gạn phần dung dịch trong trước, cuối cùng mới chuyển kết tủa lên giấy lọc.

b. Rửa kết tủa

            Mục đích của việc rửa kết tủa là để làm sạch kết tủa, nhưng kết tủa không bị tan mất trong quá trình rửa. Để thỏa mãn yêu cầu trên ta có thể rửa kết tủa bằng một trong các dung dịch rửa sau đây tùy theo loại kết tủa.

            - Nước rửa là dung dịch có chứa thuốc thử. Nếu thuốc thử là chất dễ bị phân hủy hoặc bay hơi khi sấy và nung kết tủa thì có thể thêm thuốc thử vào nước rửa, rửa bằng cách này sẽ làm giảm bớt sự tan kết tủa.

            - Nước rửa là dung dịch chất điện giải, rửa bằng dung dịch này để tránh hiện tượng pepti hóa của các kết tủa keo.

            - Nước rửa là dung dịch có chứa chất để ngăn cản sự thủy phân của kết tủa làm kết tủa tan. Ví dụ, kết tủa MgNH₄PO₄ dễ bị thủy phân.

                                    MgNH₄PO₄ + H₂O    MgHPO₄ (tan) + NH₄OH

            Để ngăn cản phản ứng làm tan kết tủa, ta dùng dung dịch rửa có chứa NH₃ để rửa kết tủa MgNH₄PO₄.

            - Nếu kết tủa ít tan, không bị thủy phân, không bị pepti hóa khi lọc thì chỉ cần rửa bằng nước cất.

            Đối với mọi loại kết tủa, khi rửa cần nhớ rằng với cùng một lượng nước rửa nên chia ra rửa nhiều lần và cần để nước rửa của lần trước chảy hết rồi rửa tiếp lần sau, rửa như vậy kết tủa mới sạch.

                       Mặt khác, từ công thức ta thấy nếu V_o nhỏ thì A­_n càng nhỏ. Do đó khi rửa mỗi lần phải cho dịch rửa chảy kiệt mới chóng sạch.

c. Sấy kết tủa

            Sau khi lọc và đã rửa sạch kết tủa, ta lấy một tờ giấy lọc thường ghi tên và dựng lên phễu đựng kết tủa rồi đưa vào tủ sấy để sấy khô ở nhiệt độ 95 – 105^oC trong khoảng 20 -30 phút. Đối với loại kết tủa chỉ cần sấy đã chuyển sang dạng cân thì phải sấy đi sấy lại nhiều lần đến khi kết tủa có khối lượng không đổi.

d. Nung kết tủa

            Kết tủa sau khi sấy khô, ta lấy kết tủa cùng với giấy lọc ra khỏi phễu và chuyển vào chén nung (chén sứ hay chén platin tùy theo yêu cầu) đã biết khối lượng chính xác (giả sử là m₁) rồi đưa vào lò nung, mới đầu để ở ngoài miệng lò rồi mới dần dần chuyển vào trong lò để tránh hiện tượng nhiệt độ tăng đột ngột, giấy lọc cháy mạnh làm bay mất kết tủa mà nếu chén nung bằng sứ dễ vỡ.

Nung kết tủa đến khối lượng không đổi (giả sử m₂). Khối lượng của dạng cân sẽ là m₂ – m₁.

e. Cân

            Trước khi cân, cần cho kết tủa dạng cân vào bình hút ẩm khảng 20 phút để đưa về nhiệt độ phòng. Đây là giai đoạn cuối cùng nhưng rất quan trọng để xác định khối lượng của tủa ở dạng cân. Phải cân trên cân phân tích có độ chính xác ± 0,0001g.

» Tin mới nhất:

• CÁC NGUYÊN TẮC SƯ PHẠM VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHỦ YẾU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHẤT HỮU CƠ - PHẦN: HYDROCACBON NO (tiếp theo) (18/07/2022)
• Tính các giá trị thống kê thực nghiệm bằng phần mềm Excel (11/07/2022)
• Ước lượng cho phương sai của tổng thể bằng Minitab (19/06/2022)
• CÁC HIỆN TƯỢNG ĐẶC BIỆT CỦA ĐIỆN TỬ TRONG BÁN DẪN III-V (19/06/2022)
• CÁC NGUYÊN TẮC SƯ PHẠM VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHỦ YẾU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHẤT HỮU CƠ - PHẦN: HYDROCACBON NO (tiếp theo) (18/06/2022)

» Các tin khác:

• Khảo sát năng tổng hợp cellulase của B. subtilis trong môi trường có chứa bã đậu nành và Xác định hoạt lực cellulase (12/01/2018)
• Giảng dạy và nghiên cứu - Hai yếu tố không thể tách rời đối với người giảng viên đại học (09/01/2018)
• Sự chuyển dịch cân bằng hóa học và các yếu tố ảnh hưởng (18/12/2017)
• Application of logarithmic- Part 2 (05/12/2017)
• Application of logarithmic-Part 1 (05/12/2017)
• Sự hình thành than bùn (17/11/2017)
• Marginal analysis (16/11/2017)
• Hợp chất màu cây lá cẩm (14/11/2017)
• Cơ chế gốc tự do (18/10/2017)
• Tương tác trong một nhóm động vật chuyển động (18/10/2017)