اندازه¬گیری یون کروم (III) به روش سینتیکی اسپکتروفوتومتری در پساب رنگی
استاد راهنما : محمد علی شیر غلامی
دانشجو : علی کامران
چکیده :
روش¬های سینتیکی- اسپکتروفوتومتری از جمله روش¬های تجزیه دستگاهی به منظور بررسی تغییرات میزان گونه¬های موجود در نمونه می¬باشند که ضمن دارا بودن صحت، دقت و سرعت عمل بالا دارای هزینه روش بسیار پایین است. این خصوصیات کاربرد این تکنیک را در حد وسیعی برای بررسی رفتار ترکیبات رنگی و چگونگی تخریب وحذف آنها از پساب¬های صنعتی میسر می¬سازد. نظر به اهمیت ایجاد آلودگی توسط¬ رنگ¬های آلی در پساب¬های صنعتی ارائه روش¬های مناسب و جدید با حداقل هزینه و کارآیی بالا به منظور حذف این گونه ترکیبات مورد نظر پژوهشگران بوده و هست.
مقدمه :
اگر کروم موجود در پساب مستقیماً در محیط آزاد شود به صورت یک عامل واکنش دهنده در محیط عمل نموده و از فعالیت باکتریها به صورت آشکار جلوگیری می¬¬کند. بنابراین بازده عملیات موجودات بسیار کم می-شود. بنابراین سمیت کروم بسیار زیاد می¬باشد. بنابراین اندازه¬گیری آن در گونه¬های مختلف به ویژه پساب¬های صنعتی همواره مورد توجه پژوهشگران بوده و تاکنون مقالات متعددی در این زمینه در مجلات مختلف علمی ارائه شده است.
در این پروژه علاوه بر ارائه فاکتورهای مؤثر در تخریب رنگ متیلن¬بلو می¬توان به اندازه¬گیری یون کروم که یک ماده سرطان¬زاست، پرداخت. یک روش حساس و ساده برای تعیین مقادیر بسیار کم کروم به روش سینتیکی- اسپکتروفوتومتری براساس اثر بازدارندگی کروم در واکنش اکسیدشدن متیلن¬بلو توسط آسکوربیک اسید در محیط اسیدی (H2SO4 4 مولار) معرفی شده است. این واکنش به روش اسپکتروفوتومتری و با اندازه¬گیری کاهش جذب متیلن¬بلو در طول موج 664 نانومتر به روش زمان ثابت استفاده شده است. در محدوده زمانی 8- 5/0 دقیقه و دمای محیط، حد تشخیص ppm 013/0 بوده است و منحنی کالیبراسیون در محدوده ppm (¬3- 05/0) از غلظت کروم خطی است.
بخش تجربی :
موادشیمیایی¬ مورد استفاده:
رنگ متیلن بلو، آسکوربیک اسید، سولفوریک اسید، پتاسیم نیترات، یون کروم . (III)
دستگاه مورد استفاده:
تمام بررسی¬ها و اندازه¬گیری های صورت گرفته توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر UV-VIS ساخت شرکت Varian مدل Cary 100 صورت گرفته است. طیف های جذبی در ناحیه محلولهای رنگی 800-350 نانومتر مورد بررسی قرار گرفته و کلیه جذبها در طول موج 664( طول ماکزیمم MB) صورت پذیرفته است.
نحوه انجام کار:
به منظور دستیابی به بهترین حد تشخیص و حساسیت پارامترهای مختلف مؤثر روی سرعت واکنش آسکوربیک اسید با متیلن بلو بهینه شدند. برای بهینه کردن این پارامترها از محلولهای شاهد و نمونه استفاده شده است. کلیه محلولها در بالن حجمی 10 میلی لیتری تهیه گردیده است. برای ساختن محلول نمونه به ترتیب زیر عمل شده است لازم به ذکر است که در این پروژه عوامل مختلفی بهینه شده و در نهایت منحنی کالیبراسیون به منظور بررسی واندازه¬گیری یون کروم وتعیین محدوده خطی آن ترسیم شده و حد تشخیص روش برای اندازه¬گیری کروم محاسبه گردیده است. در یک بالن حجمی 10 میلی لیتری، به ترتیب محلولهای سولفوریک اسید، متیلن بلو و کروم(III) اضافه شده، سپس به محلول حاصل معرف آسکوربیک اسید اضافه نموده که با افتادن آخرین قطره آسکوربیک اسید کرنومتر را به کار انداخته و محلول حاصل را با آب مقطر به حجم رسانده و پس از به هم زدن قسمتی از آن را به سل اسپکتروفوتومتر منتقل نموده و سپس جذب آن را در طول موج nm664 در فاصله زمانی 8 - 5/0دقیقه متوالی پس از شروع واکنش قرائت شده است.
بحث و ارزیابی نتایج:
اثر قدرت یونی:
در یک بالن حجمی 10 میلی لیتری 2/0 میلی لیتر سولفوریک اسید 4 مولار و ml1 رنگ متیلن بلو 2/0 میلی مولار و حجمهای مختلفی از پتاسیم نیترات و سپس یک میلی لیترمحلول کرومppm20 ریخته و 1 میلی لیتر آسکوربیک اسید02/0 مولار اضافه نموده همزمان با افتادن آخرین قطره آسکوربیک اسید کرنومتر را بکار انداخته محلول را به حجم رسانیده و پس از بهم زدن قسمتی از آن را به سل اسپکتر¬و¬فوتومتر منتقل کرده و تغییرات جذب شاهد و نمونه در فاصله زمانی 8- 5¬/0 دقیقه و در طول موج 664 نانومتر قرائت شده است. در محلول شاهد مراحل بالا طی شده با این تفاوت که محلول کروم ppm20 اضافه نشده است.
نتایج حاصل از اندازه¬گیری تغییرات جذب نمونه و شاهد با غلظتهای مختلف KNO3 در جدول و در نمودار زیر برای تعیین قدرت یونی محلول آورده شده است. نتایج حاصل نشان¬ می¬دهند که با افزایش قدرت یونی اختلاف جذب شاهد و نمونه در ابتدا افزایش و سپس به آرامی کاهش می¬یابد بر اساس¬نتایج حاصل غلظت 15/0 مولار KNO3 بهینه شده و برای کارهای بعدی از آن استفاده گردید.
[KNO3] / mol L-1
0.015 0.2569
0.03 0.32095
0.06 0.3703
0.15 0.48265
0.3 0.45395
0.45 0.44555
0.6 0.43645
0.75 0.3948
0.9 0.33985
جدول تغییرات بر حسب غلظت های متفاوت KNO3
نمودار تغییرات بر حسب غلظت¬های متفاوت KNO3
اثر زمان:
بررسی اثر زمان در غلظتهای بهینه سولفوریک اسید2/0 مولار، پتاسیم نیترات 15/0 مولار، آسکوربیک اسید 4/0میلی مولار،رنگ متیلن بلو با غلظت 03/0 میلی مولار و محلول
ppm¬2کرومIII)) در محدوده زمانی 8 - 5/0 دقیقه پس از شروع واکنش به صورت زیر انجام شد.
در یک بالن حجمی ده میلی لیتری 5/0 میلی لیترسولفوریک اسید 4 مولار، 5/1 میلی لیتر متیلن بلو 2/0 میلی مولار و یک میلی لیتر محلول کروم ppm 20 اضافه کرده سپس2/0 میلی لیتر آسکوربیک اسید02/0 مولار افزوده شده است. همزمان با افتادن آخرین قطره آسکوربیک اسید کرنومتر را روشن کرده محلول را با آب مقطر به حجم رسانده بهم زده و قسمتی از آن را به سل اسپکتر¬و¬فوتومتر منتقل نموده ودر طول موج 664 نانومتر تغییرات جذب در فواصل زمانی 8- 5/0 دقیقه قرائت شده است. برای محلول شاهد نیز همین مراحل تکرار شده با این تفاوت که محلول کروم (III) اضافه نگردیده است¬. همانطور¬که نتایج حاصل درجدول ونمودار زیر آورده شده¬اند بیشترین اختلاف جذب ما بین شاهد و نمونه در فاصله زمانی 5/4 دقیقه بوده است.بنا بر¬این زمان بهینه جهت اندازه¬گیری کروم 5/4 دقیقه بوده است.
Min / زمان
0.5 0.11648
1 0.19292
1.5 0.27937
2 0.32305
2.5 0.36673
3 0.40677
3.5 0.43953
4 0.4809
4.5 0.51142
5 0.51142
5.5 0.5103
6 0.5089
6.5 0.50295
7 0.497
5 0.4935
8 0.49105
جدول تغییرات بر حسب زمان¬های متفاوت پس از افزایش آسکوربیک اسید
نمودار تغییرات بر حسب زمان¬های متفاوت پس از افزایش آسکوربیک اسید
منحنی کالیبراسیون:
برای رسم منحنی کالیبراسیون از روش زمان ثابت برای بدست آوردن حساسیت بیشتر مورد استفاده قرار گرفته است. منحنی در شرایط بهینه حاصل شده است. بدین منظور میزان جذب برای دامنه غلظت (¬ppm 3- 05/0) از یون کروم(III) خطی بوده است و منحنی کالیبراسیون در این دامنه غلظتی رسم شده است نحوه عمل به صورت زیر بوده¬ است.
در یک بالن حجمی 10 میلی لیتری، 5/0 میلی لیتر از سولفوریک اسید 4مولار، 5/1 میلی لیتر متیلن¬بلو 2/0 میلی مولار و حجم¬های مختلفی از محلول کروم(III) و در آخرین مرحله 2/0 میلی لیتر آسکوربیک اسید 02/0 مولار اضافه شده است. به طوریکه بعد از به حجم رساندن بالن، غلظت کروم در دامنه ppm(3- 05/0) واقع شد. پس از افزایش آخرین قطره آسکوربیک اسید کرنومتر را به کار انداخته و پس ازبه حجم رساندن و به هم زدن و انتقال قسمتی از محلول به سل دستگاه اسپکتر¬و¬فوتومتر در فاصله زمانی 8- 5/0 دقیقه و در طول موج 664 نانومتر تغییرات جذب قرائت شده است. نتایج در جدول و نمودار زیر آورده شده است.