Phương Pháp Nội Suy Gián Tiếp Để Ước Tính Lượng Nước Bằng Cách Đo Obrix

I2Pyr + SO2Pyr + Pyr + H2O  SO3Pyr + 2PyrH+I(Pyr được ký hiệu cho pyridine)

Sản phẩm SO3Pyr tiếp tục phản methylsulfate:

ứng với methanol tạo thành anion

SO3Pyr + CH3OH  PryH+CH3SO4

Từ các phản ứng trên có thể thấy rằng mỗi một mol nước cần một mol I2. Điểm tương đương của quá trình chuẩn độ đạt được khi chuẩn độ mẫu với thuốc thử Karl Fischer cho đến khi màu iod bền (điều này cho thấy tất cả nước đã phản ứng hết). Trong quá trình thực hiện phản ứng, màu của

dung dịch thường thay đổi từ màu vàng sang màu nâu, điều này gây khó

khăn cho quá trình phát hiện điểm tương đương bằng trực quan khi chuẩn

độ thể

tích. Ngoài ra, điểm tương đương có thể dễ

dàng được nhận biết

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 176 trang tài liệu này.

khi thực hiện bằng phương pháp chuẩn độ điện thế.

Phần này, chúng tôi sẽ giới thiệu phương pháp chuẩn độ Fischer với mẫu sử dụng ở dạng rắn và có độ ẩm thấp.

thể tích Karl

Chuẩn độ

Karl Fischer có thể

phân làm 2 loại: chuẩn độ

điện dẫn và

chuẩn độ thể tích. Trong chuẩn độ Karl Fischer màu, một trong những biện pháp xác định lượng nước phản ứng tại điện cực bằng cách đo lượng điện

(Culông) cần thiết để

thực hiện phản

ứng hoàn toàn giữa nước và thuốc

thử

Karl Fischer.

Ưu điểm của phương pháp là không cần chất chuẩn

nhưng độ nhạy rất cao (có thể xác định đến 10µg nước) và rất hữu ích cho xác định ở dạng vết. Đối với chuẩn độ Karl Fischer thể tích dựa trên chất chuẩn (đó là thuốc thử Karl Fischer) khi nó được thêm vào để phản ứng với nước hiện diện trong mẫu. Từ thể tích thuốc thử có nồng độ chính xác tiêu tốn tại điểm tương đương có thể xác định nồng độ nước nên vấn đề chuẩn hóa thuốc thử rất quang trọng. Phương pháp này có thể xác định lượng ẩm

từ 10 ppm đến 100%.. Mặc dù không nhạy với những mẫu có lượng ẩm rất nhỏ so với phương pháp chuẩn độ Karl Fischer màu nhưng chuẩn độ Karl Fischer thể tích cho phép đo trong một khoảng dao động lớn.

Thuốc thử

Karl Fischer không

ổn định do đó phải được chuẩn hoá

thường xuyên. Có thể sử dụng thuốc thử thương mại vì nó ổn định hơn.

Việc nhiễu có thể xảy ra đối với các mẫu có chứa những thành phần

làm giảm lượng iod. Mẫu chứa hàm lượng ketone hoặc aldehyde cao, đặc biệt khi đo ở độ ẩm thấp, có thể có vấn đề vì những chất này có thể tạo ra nước.

Với phương pháp này có thể xác định độ ẩm nhỏ hơn 0.01%. Thời gian phân tích mất từ 2045 phút (tùy thuộc vào mẫu) bao gồm: hiệu chuẩn, đo blank, trích ly mẫu trong dung môi Karl Fischer và kiểm tra.

1.1 PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY GIÁN TIẾP ĐỂ ƯỚC TÍNH LƯỢNG NƯỚC BẰNG CÁCH ĐO OBRIX

Phương pháp gián tiếp xác định hàm lượng nước có thể chia thành 2

nhóm: nhóm phương pháp khối lượng, tức là

xác định

khối

lượng

mẫu

trước và sau khi sấy và nhóm phương pháp xác định nồng độ chất tan trong

mẫu từ

đó suy ra nồng độ

nước. Khi xác định hàm lượng nước dựa trên

việc xác định nồng độ chất tan trong mẫu có

hai giả định cần

được thực

hiện. Giả định đầu tiên là đặc tính của phép đo phải có một độ lặp dựa trên nồng độ chất tan. Giả định thứ hai là nồng độ nàycó thể được chuyển đổi chính xác sang hàm ẩm.

Những phương pháp gián tiếp dựa vào việc ước lượng nồng độ chất tan thường sử dụng đường cong hiệu chỉnh để biểu diễn mối quan hệ giữa đặc

tính được đo với nồng độ

chất tan, từ

đó suy ra hàm lượng nước. Hai

phương pháp cổ điển dành cho việc ước lượng hàm lượng chất tan là dựa vào khối lượng riêng và chỉ số khúc xạ của dung dịch vì khối lượng riêng (hay chỉ số khúc xạ) sẽ thay đổi khi nồng độ chất tan của dung dịch thay đổi.

1.1.1 Ước lượng nồng độ bằng khúc xạ kế

1.12.2.1 Nguyên tắc

Chỉ số khúc xạ là một hệ quả của sự thay đổi tốc độ ánh sáng trong các

môi trường khác nhau, được xác định bằng tỷ số giữa vận tốc ánh sáng

trong chân không với vận tốc ánh sáng trong môi trường. Nếu ánh sáng trong chân không là tia tới theo đường biên bề mặt phẳng với môi trường, thì chỉ số khúc xạ cũng là tỷ số của sin góc tới của tia ánh sáng trong chân không và sin của góc khúc xạ trong môi trường.

Chỉ số khúc xạ của một chất so với không khí là tỷ lệ giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ của chùm tia sáng truyền từ không khí vào chất đó. Trong

thực tế

thường được sử

dụng không khí là

môi trường

tham khảo chứ

không phải là chân không. Chỉ số khúc xạ của không khí ở 1 atm, 25°C là

1.00027, giá trị này có thể được sử dụng như một hằng số để xác định chỉ số khúc xạ thực của hệ thống.

Chỉ số khúc xạ là một đặc tính vật lý của môi trường, nó phụ thuộc vào

bước sóng ánh sáng và nhiệt độ

đo. Nó có thể

được xác định bằng cách

nhận dạng góc phản xạ tới hạn, đó là góc tới, góc giới hạn giữa bề mặt ranh giới của một tia ánh sáng trong môi trường mà tại đó góc khúc xạ bằng 90o. Bất kỳ tia ánh sáng bên trong môi trường đến bề mặt với một góc tới lớn hơn góc giới hạn sẽ bị phản xạ nội toàn phần.

Trong thực tế, góc phản xạ tới hạn được đo tại biên của chất lỏng bằng lăng kính thủy tinh có chỉ số khúc xạ đã biết, chứ không phải tại biên của chất lỏng với khí. Một thiết bị thông dụng là khúc xạ kế Abbe có sử dụng lăng kính bù trừ (lăng kính Amici) cho phép sử dụng ánh sáng trắng để xác định chỉ số khúc xạ ánh sáng của bước sóng của dòng sodium D (kết quả đọc tương ứng với vạch D của đèn natri). Điều này là một lợi thế vì nguồn ánh sáng trắng có sẵn hơn nguồn sodium D và do đó việc sử dụng khúc xạ kế cầm tay rất khả thi.

Yêu cầu đầu tiên là mẫu phải ở dạng dung dịch. Trong một vài thiết bị, dung dịch được đặt giữa hai lăng kính và hình ảnh của đường biên tia giới hạn được điều chỉnh để gặp mốc tham khảo. Sự điều chỉnh này để chỉ số khúc xạ và đương lượng oBrix có thể được đọc từ một thang đo. Nhiệt độ mẫu phải được xác định, hoặc thiết bị phải có chế độ bù trừ nhiệt. Một số khúc xạ kế kỹ thuật số tự động sử dụng phương pháp trình bày mẫu tương tự nhưng chúng có thể tự động ghép đôi biên giới hạn tới mốc tham khảo. Một số loại thiết bị đo khúc xạ tự động khác không yêu cầu mẫu được đặt vào giữa hai lăng kính. Thiết bị loại này yêu cầu mẫu được đặt trên bề mặt thủy tinh và sự phát hiện dựa vào phản xạ tới hạn bên trong đến thủy tinh.

Trong thiết bị này sử dụng đầu dò điện tử và chế độ được lập trình khi vận hành.

1.12.2.2 Cách tiến hành

a. Dụng cụ, hóa chất

bù trừ nhiệt có thể

 Khúc xạ kế Abbe (UPF22 hoặc UPF23 hoặc tương đương)

 Máy điều nhiệt

 Nhiệt kế chuẩn xác ( loại 4 E.2 )

 Rượu etanola tinh khiết hoặc các dung môi tinh khiết khác.

(a) (b)

Hình 3.7: (a) Brix kế cầm tay, (b) Brix kế để bàn

b. Chuẩn bị xác định

− Trước khi xác định, phải rửa bề mặt lăng kính của khúc xạ kế bằng vài giọt rượu hay dung môi khác, lau sạch và thấm khô bằng giấy lọc hoặc vải lụa sạch, mềm và không bị xơ bông.

− Nối máy điều nhiệt với vỏ lăng kính của khúc xạ kế và cho nước có nhiệt độ 20oC đi qua vỏ trong 15 đến 20 phút.

− Trước khi bắt đầu thí nghiệm, phải kiểm tra lại độ chính xác của

thiết bị với nước cất hai lần, độ

khúc xạ của nước cất này ở

20oC

bằng 1,3330 hoặc theo chất lỏng mẫu kèm theo khúc xạ tiến hành kiểm tra dựa theo bản hướng dẫn kèm theo máy.

kế. Việc

− Nếu khúc xạ kế không theo đúng chỉ số khúc xạ của nước hoặc mẫu nói trên, phải dùng núm hiệu chỉnh số 0 để hiệu chỉnh về độ chia cần thiết.

c. Tiến hành xác định

− Dùng pipet nhỏ một đến hai giọt mẫu lỏng lên bề mặt của lăng kính

(bề

mặt này đã được rửa sạch và làm khô từ

trước), nhưng không

được chạm pipet vào lăng kính, sau đó nhanh chóng kết hợp hai lăng kính và ép chúng lại.

Với những chất lỏng dễ

bay hơi phải nhỏ

qua lỗ vào khe giữa hai

lăng kính. Nhẹ nhàng đặt ống nhìn ở vị trí nằm nghiêng.

− Điều chỉnh gương tương ứng với nguồn sáng tự nhiên hoặc nhân tạo

sao cho có được sự chiếu ánh sáng mạnh nhất trường quan sát về

xuất hiện ranh giới sáng tối (đen trắng).

Nếu ranh giới sáng tối có chút màu, thì phải quay lăng kính bù trừ để triệt tiêu màu. Nếu hai vùng sáng tối không thật rõ rệt thì cần rửa cẩn thận lăng kính ở chỗ tia sáng đi vào.

Sau đó từ từ quay núm quay gắn với thang chia độ hình cung cho đến khi ranh giới sáng tối cắt giao điểm hai vạch đen một cách chính xác và cân đối.

− Việc tính toán chỉ số

khúc xạ

được tiến hành nhờ

một kính lúp ở

thang chia độ hình cung theo vạch chia tương ứng với đường ngầm của thang. Ghi lại kết quả thu được và lặp lại năm lần (lần lượt từ trên xuống và từ dưới lên) sau đó lấy giá trị trung bình của năm lần đo, coi đó là kết quả xác định.

− Lấy giá trị trung bình số học của hai lần xác định song song làm kết quả thí nghiệm, đồng thời chênh lệch giữa kết quả hai lần đo không được vượt quá 0.0003.

− Sau khi kết thúc, phải rửa cẩn thận bề mặt lăng kính bằng rượu hoặc bằng các dung môi tinh khiết khác (điều này phụ thuộc vào độ hoà tan của chất nghiên cứu) và làm khô lăng kính như trước khi bắt đầu xác định.

1.12.2.3 Một số lưu ý

− Để xác định chỉ số khúc xạ ở các nhiệt độ cao hơn 20oC cũng phải

làm tương tự

nghĩa là cho nước có nhiệt độ

cần thiết qua vỏ

lăng

kính của khúc xạ kế.

− Trong trường hợp nhiệt độ phòng cao hơn nhiệt độ cần xác định chỉ số khúc xạ thì phải làm theo một trong các phương pháp sau đây: Tiến hành xác định trong các phòng có máy điều hoà nhiệt độ.

Đặt một chậu nước có làm lạnh bằng đá xuống dưới 20oC ngay cạnh máy điều nhiệt. Nước hồi lưu cho chảy qua một ống xoắn bằng kim

loại đặt trong chậu rồi mới chảy về máy điều nhiệt. Phải chờ cho

nhiệt độ vỏ lăng kính xuống 20oC (hoặc nhiệt độ cần thiết khác) rồi mới tiến hành xác định.

Nếu chất lỏng xác định có chỉ số khúc xạ tỷ lệ tuyến tính với nhiệt

độ thì có thể

xác định chỉ số

khúc xạ ở

hai nhiệt độ

khác nhau rồi

ngoại suy về nhiệt độ cần thiết.

− Trong trường hợp độ ẩm không khí lớn hơn nước thường đọng ở

lăng kính khúc xạ

kế làm mờ

đi,

ảnh hưởng đến độ

chính xác của

phép đo. Phải dùng giấy lọc hay vải sạch thấm khô lăng kính ở phần đi vào và đi ra của ánh sáng.

− Với những chất có nhiệt độ sôi quá thấp bay hơi rất nhanh, không

nên mở lăng kính mà phải nhỏ chất lỏng nghiên cứu qua khe hở giữa hai lăng kính của khúc xạ kế.

1.1.2 Ước lượng nồng độ bằng tỷ trọng kế

1.12.2.4 Nguyên tắc

Tỷ trọng kế

được sử

dụng để

xác định khối lượng riêng hoặc trọng

lượng riêng của một chất lỏng sử dụng nguyên lý của lực đẩy Archimedes. Những kết quả lực đẩy Archimedes từ áp lực từ dưới lên trên bất kỳ đối

tượng bị nhúng chìm hoặc bị nhúng một phần trong chất lỏng. Áp lực từ

dưới lên được tạo ra như một hệ quả của khối lượng chất lỏng bị thế chỗ.

Tại điểm của phần bị

nhúng chìm khi áp lực từ

dưới lên vừa bằng khối

lượng của tỷ trọng kế, thì tỷ trọng kế sẽ nổi. Mực chất lỏng có thể được

đo dựa theo thang đo đã khắc trên tỷ trọng kế. Một cách đơn giản, khối

lượng riêng là khối lượng của tỷ chiếm chỗ khi tỷ trọng kế nổi.

trọng kế

chia cho thể tích chất lỏng bị

Tỷ trọng kế được thiết kế với phần chân đế có bầu rộng và phần đỉnh hình ống hẹp. Giả sử rằng mức chất lỏng bên trong phần ống, thể tích chất lỏng thế chỗ là thể tích của bầu cộng với phần tương đương vị trí của chất lỏng trong phần thân tỷ trọng kế. Khi thể tích bầu lớn trái ngược với thân, một sự thay đổi nhỏ về tỷ trọng sẽ gây kết quả biến động lớn trên vạch của thân tỷ trọng. Những vạch tương ứng với những thể tích thay thế khác nhau được khắc trên thân tỷ trọng. Những vạch này có thể được đặt nhãn như những giá trị tỷ trọng hoặc như những nồng độ dung dịch đường tương

đương (oBrix). Kích thước của bầu và thân tỷ trọng hoặc khối lượng riêng của tỷ trọng kế.

trọng xác định phạm vi tỷ

Tỷ trọng kế đã được hiệu chỉnh trước bởi nhà sản xuất, những phép

hiệu chỉnh này chỉ có giá trị ở một nhiệt độ xác định. Do đó trước khi sử dụng cần hiệu chỉnh lại bằng cách sử dụng những dung dịch đường đã biết