Issuu

ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH QUANG HỌC

hơ

Thành phần điện trường (E) của bức xạ điện từ tương tác với các nguyên tử hoặc phân tử gây nên hiệu ứng phổ hấp thụ nguyên tử hay phân tử cũng như một số hiệu ứng khác đối với nguyên tử và phân tử Tính chất sóng của bức xạ điện từ được đặc trưng bởi các đại lượng sau:

Bước sóng (λ): là khoảng cách ngắn nhất giữa2 điểm dao động cùng pha Tần số sóng (ν): là số dao động mà bức xạ điện từ thực hiện trong 1 giây. Tần số sóng (s -1 = 1Hz)

ạy

c λ

/+ D

ν=

Kè

tính theo công thức:

Số sóng (ν ): là đại lượng nghịch đảo của bước sóng ( v =

)

Chú ý: Số sóng ( ν ) và bước sóng (λ) bị thay đổi khi bức xạ truyền từ môi trường này

sang môi trường khác; riêng tần số sóng không thay đổi. Ánh sáng quang học là một phần trong phổ các bức xạ điện từ có tần số nằm trong khoảng 1012 – 1017 Hz; và được chia làm 3 vùng: hồng ngoại, nhìn thấy và tử ngoại.

1.2. Tính chất hạt của các bức xạ điện từ Theo quan điểm này, bức xạ điện từ là các hạt năng lượng được lan truyền với tốc độ ánh sáng; các hạt năng lượng đó gọi là các photon. Các bức xạ điện từ khác nhau có năng lượng photon khác nhau. Khi năng lượng của bức xạ điện từ phù hợp với chênh lệch năng lượng giữa các trạng thái năng lượng của phân tử hoặc nguyên tử, khi đó nguyên tử hoặc phân tử hấp thụ số nguyên lần photon năng lượng thì sẽ xuất hiện các hiệu ứng thích hợp. Thực tế đã chứng minh được, để có hiệu ứng thì bước sóng của bức xạ điện từ phải thoả mãn phương trình:

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

phần này dao động vuông góc với phương truyền của bức xạ trong hai mặt phẳng vuông góc với nhau.

∆E =

h.c = h.ν λ

Trong đó: ∆E là hiệu của hai mức năng lượng 1

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

1. Bản chất và các đại lượng đặc trưng của bức xạ điện từ 1.1. Tính chất sóng của bức xạ điện từ Bức xạ điện từ là những dao động lan truyền theo một phương với vận tốc của ánh sáng trong chân không với hai thành phần là điện trường (E) và từ trường (H). Hai thành

h là hằng số Planck (6,63.10-34J.s) c là vận tốc ánh sáng (3.108m/s) λlà bước sóng ánh sáng (m)

di ∫I i =-∫0 k.dx o

hay I = Io e-kl

/+ D

ạy

Độ giảm cường độ di được xem là tỷ lệ với cường độ ánh sáng tới i tới và bề dày của lớp dx. di = - k.i.dx Trong đó k là hệ số hấp thụ của môi trường. Bỏ qua năng lượng tán xạ và phản xạ, lấy tích phân hai vế:

Đây là biểu thức của định luật hấp thụ ánh sáng (định luật Lambert): Khi độ dày của lớp môi trường tăng theo cấp số cộng, cường độ ánh sáng giảm theo cấp số nhân. Định luật nghiệm đúng với chùm ánh sáng có cường độ biến thiên khá rộng, nhưng khi cường độ ánh sáng lớn thì hệ số hấp thụ k sẽ giảm. Hệ số k là độ giảm cường độ tỷ đối do sự hấp thụ của môi trường trên một đơn vị bề dày. Đối với các chất trong suốt khác nhau, hệ số k có giá trị khác nhau và rất nhỏ. Phần lớn các chất gặp trong thực tế có hệ số k biến thiên theo bước sóng. Đường cong biểu diễn khả năng hấp thụ của một chất theo bước sóng (tần số hay số sóng) được gọi là đường cong hấp thụ hay phổ hấp thụ của chất đó. 2.1.2. Môi trường có hệ số hấp thụ âm Thông thường, hệ số hấp thụ của môi trường là dương, ánh sáng bị yếu đi khi qua môi trường này. 2

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Kè

hơ

2. Sự hấp thụ và tán sắc ánh sáng 2.1. Sự hấp thụ ánh sáng 2.1.1. Định luật về sự hấp thụ ánh sáng và phổ hấp thụ của một chất

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

Nhận xét: Bức xạ điện từ có bước sóng khác nhau thì năng lượng khác nhau; bước sóng càng dài thì năng lượng càng nhỏ.

Một số môi trường có hệ số hấp thụ âm đối với một số bước sóng ánh sáng. Khi đó cường độ ánh sáng tăng lên khi đi vào môi trường này – môi tường này gọi là môi trường khuếch đại ánh sáng. Đây là cơ sở để thực hiện máy phát lượng tử ánh sáng. Ví dụ: + Hồng ngọc (tinh thể Al2O3 lẫn tạp chất Cr3+): khuếch đại bức xạ λ=694,4nm.

hơ

2.1.3. Sự giải toả năng lượng sau khi hấp thụ ánh sáng Hạt sơ cấp (nguyên tử, ion hay phân tử) ở trạng thái cơ bản (M), có năng lượng thấp nhất; khi hấp thụ photon năng lượng, nó chuyển lên trạng thái kích thích.Thời gian tồn tại

ở trạng thái kích thích (M*) rất ngắn (10-9-10-6 giây), sau đó nguyên tử phát năng lượng để trở về trạng thái năng lượng ban đầu.

Kè

M + hν→ M*

/+ D

ạy

Năng lượng phát ra có thể theo các cách: + Truyền năng lượng dưới dạng nhiệt cho các tiểu phân ở môi trường xung quanh. + Phân huỷ quang hoá hợp chất hoặc phát huỳnh quang. + Phát xạ (huỳnh quang hoặc lân quang), phục hồi có bức xạ

2.2. Màu sắc của ánh sáng và một số biện pháp tạo chùm tia đơn sắc 2.2.1. Màu của ánh sáng Các bức xạ nằm trong vùng khả kiến (giữa tử ngoại và hồng ngoại) có thể nhìn thấy được với các màu sắc khác nhau. Mỗi màu ứng với một chùm các tia sáng có bước sóng gần nhau. Vùng khả kiến bao gồm 7 màu chính với các dải bước sóng mà tổ hợp của chúng tạo nên ánh sáng trắng. Ánh sáng trắng là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc (có bước sóng xác định). Các nguồn bức xạ điện từ thường chứa nhiều tia với bước sóng khác nhau, do vậy muốn có tia đơn sắc cần phải sử dụng thiết bị đơn sắc hoá (cách tử, lắng kính, kính lọc màu,...). 2.2.2. Màu phụ nhau và kính lọc màu Vật có màu A hấp thụ mạnh các tia màu B và ngược lại, vậy có màu B thì hấp thụ mạnh các tia màu A. Khi một cặp màu có tính chất như hai màu A và B thì chúng hình thành một cặp màu phụ nhau hay cặp màu bổ sung. Theo nguyên tắc này, trong các thiết bị đo quang đơn giản để tạo ra nguồn bức xạ có độ đơn sắc tương đối người ta dùng kính lọc màu với kính lọc có màu phụ với màu của

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

khả năng khuếch đại 3 bức xạ ở bước sóng: λ=3390nm; 1150nm và 632,8nm.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

+ Hỗn hợp khí (He, Ne – tỷ lệ PHe/PNe=5÷10) ở P = 0,5mmHg khi được chiếu sáng có

dung dịch cần đo. Để đo được nhiều dung dịch có màu sắc khác nhau các thiết bị này được trang bị một bộ kính lọc, mỗi kính lọc cho phép làm việc ở một khoảng bước sóng khoảng vài chục nanomet.

là khoảng lặp hay hằng số cách tử. Nếu chiếu lên cách tử một chùm sáng tạp sắc thì cực đại chính đối với bức xạ có bước sóng khác nhau được quan sát với những góc khác nhau hoặc hội tụ tại các điểm khác nhau trên mặt tiêu của thấu kính hội tụ. Như vậy, cách tử có thể phân tích một chùm sáng tạp sắc thành quang phổ, gọi là quang phổ cách tử. Cách tử trên thực tế thường có số khe rất lớn. Tuỳ theo vùng quang phổ phải khảo sát mà số khe trên 1mm theo bề ngang có thể từ vào chục đến vài trăm cho vùng hồng ngoại, khoảng 500 cho miền khả kiến, và khoảng 1200-1800 cho miền tử ngoại.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

hơ N uy Q m Kè ạy

/+ D

Thí nghiệm tán sắc ánh sáng của Newton Dựa trên hiện tượng này, người ta sử dụng các lăng kính với các chất liệu thích hợp để tạo ra các chùm tia đơn sắc trong các máy quang phổ. 2.2.4. Nhiễu xạ qua khe hẹp và tạo tia đơn sắc bằng cách tử Khi cho ánh sáng đi qua một khe hẹp dài vô tận, thì ảnh nhiễu xạ của nguồn là một hệ vân sáng tối xen kẽ (90% cường độ sáng toàn phần tập trung ở cực đại trung tâm). Một màn chắn mang N khe hẹp dài vô tận có cùng độ rộng a, đặt song song và cách đều nhau những khoảng ao. Hệ thống như vậy gọi là cách tử, khoảng cách a + ao được gọi

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

2.2.3. Hiện tượng tán sắc và tạo tia đơn sắc bằng lăng kính

Để chế tạo cách tử dùng mũi dao bằng kim cương vạch trên mặt thủy tinh những rãnh nhỏ song song. Khi rọi ánh sáng qua cách tử đó, những khoảng bằng phẳng giữa các rãnh để cho ánh sáng truyền qua và nhiễu xạ về mọi phương chúng đóng vai trò các khe của

/+ D

ạy

Kè

hơ

Để nghiên cứu các tia tử ngoại, người ta dùng cách tử phản xạ. Cách tử phản xạ là một mặt kim loại phẳng và nhẵn bóng trên đó người ta dùng mũi dao kim cương vạch nên những rãnh nhỏ cách đều nhau. Khi rọi ánh sáng lên mặt cách tử, ánh sáng sẽ nhiễu xạ trên những dải bằng phẳng giữa các rãnh và gây ra hình nhiễu xạ. Còn các rãnh sẽ khuyeech tán ánh sáng không đều, pha của các tia khuyeech tán đó thay đổi hỗn loạn, do đó chúng không gây ra hình nhiễu xạ. Rọi ánh sáng trắng lên cách tử. Mỗi ánh sáng đơn sắc của ánh sáng trắng sẽ cho một hệ thống các cực đại chính. Tại điểm chính giữa F, các ánh sáng đơn sắc đều cho cực đại chính, F là một vệt sáng trắng. Tập hợp các cực đại chính đó hợp thành một quang phổ.Trong mỗi quang phổ, vạch tím nằm ở phía trong, vạch đỏ nằm ở phía ngoài. Ra xa vân sáng giữa, các quag phổ bậc khác nhau có thể chồng lên nhau. Các quang phổ cho bởi cách tử được gọi là các quang phổ nhiễu xạ. Cách tử được dùng để đo bước sóng của ánh sáng. Một ánh sáng phức tạp rọi vào cách tử sẽ cho cách vạch quang phổ. Căn cứ vào vạch quang phổ có thể biết được thành phần của ánh sáng tới.

2.3. Sự hấp thụ nguyên tử 2.3.1. Điều kiện để có hấp thụ nguyên tử Ở điều kiện thường (trạng thái cơ bản, bền vững và nghèo năng lượng nhất) nguyên tử không thu hay phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ. Ở trạng thái hơi (trạng thái tự do), khi chiếu chùm tia sáng vào nguyên tử đó, nguyên tử sẽ hấp thụ các bức xạ (chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích) có bước sóng xác định ứng với các tia bức xạ mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ. Quá trình trên được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử.Phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp thụ nguyên tử.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

mạnh.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

cách tử, còn các rãnh là những phần không trong suốt của cách tử nhiễu xạ. Cách tử đó gọi là cách tử truyền qua. Cách tử truyền qua dùng để nghiên cứu các ánh sáng thấy được. Nó không dùng để nghiên cứu các tia tử ngoại vì các tia này bị thủy tinh hấp thụ

Khi nguyên tử hấp thụ năng lượng sẽ làm thay đổi năng lượng của các electron trong nguyên tử nên phổ nguyên tử cũng là phổ electron. Electron trong nguyên tử tham gia hấp thụ hay phát xạ là các electron lớp ngoài cùng vì nó dễ bị kích thích nhất. Năng lượng nguyên tử hấp thụ: h.c λ

hơ

xác định. Do giá trị ∆E mà nguyên tử hấp thụ khá chênh lệch nên các bước sóng tương

ứng của bức xạ điện từ không liên tục. Do đó phổ hấp thụ nguyên tử là các vạch hấp thụ tại các bước sóng tương ứng.

Nguyên tử không hấp thụ tất cả các bức xạ mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ.Quá trình hấp thụ chỉ xảy ra với các vạch phổ nhạy, các vạch đặc trưng và các vạch

Kè

cuối cùng của nguyên tố. 2.3.2. Ứng dụng của hấp thụ nguyên tử trong phân tích

ạy

Tuỳ thuộc vào giá trị ∆E dương hay âm mà quá trình phát xạ hay hấp thụ xảy ra. Quá

/+ D

trình huỳnh quang xảy ra khi nguyên tử ở trạng thái kích thích bị mất một phần năng lượng trước khi trở về trạng thái cơ bản kèm theo sự phát xạ ra các bức xạ có năng lượng thấp hơn của các bức xạ mà nó nhận được để chuyển lên trạng thái kích thích. Như vậy điều kiện cụ thể của nguồn năng lượng dùng để nguyên tử hoá mẫu sẽ quyết định quá trình nào xảy ra chính. Ứng dụng của phổ hấp thụ nguyên tử có thể được phân loại theo nguồn năng lượng được nguyên tử hấp thụ (bức xạ, nhiệt, tia lửa điện, ...) và quá trình hấp thụ, phát xạ hay huỳnh quang. Các phương pháp được áp dụng trong phân tích: + Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) (Atomic absorption spectropy) + Quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) (Atomic emission spectropy) + Quang phổ phát xạ nguyên tử với nguồn plasma (ICP) + Quang phổ huỳnh quang nguyên tử. (Atomic fluorescence spectrometry)

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

Như vậy, mỗi giá trị năng lượng ∆E mà nguyên tử hấp thụ sẽ ứng với một độ dài sóng

2.4. Sự hấp thụ phân tử 2.4.1. Sự hình thành các mức năng lượng khác nhau trong phân tử Năng lượng tổng của phân tử bao gồm nhiều năng lượng thành phần: năng lượng chuyển động tịnh tiến của phân tử (Et), năng lượng của electron (Ee), năng lượng của các dao động (Ev) và năng lượng chuyển động quay (Er). 6

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

∆E =

Etổng = Et + Ee + Ev + Er. Trong đó năng lượng Ee lớn hơn rất nhiều so với Ev, và Ev lớn hơn nhiều so với Er: Ee>> Ev>> Er

Kè

hơ

Nhiều bức xạ có bước sóng khác nhau nhưng rất gần nhau được hấp thụ ứng với các sự chuyển mức năng lượng khác nhau.Trên thực tế số mức năng lượng dao động còn lớn hơn nhiều, nghĩa là có thể có nhiều vạch phổ đưng liên tiếp cạnh nhau tạo nên các dải hấp thụ hay đỉnh hấp thụ trong phổ hấp thụ phân tử. 2.4.2. Ứng dụng của sự hấp thụ phân tử trong phân tích Ứng với sự hấp thụ bức xạ tử ngoại (UV) có năng lượng lớn có thể dẫn đến sự chuyển từ mức năng lượng Eo lên mức năng lượng E2; sự hấp thụ bức xạ khả kiến ứng với sự

ạy

chuyển mức năng lượng lên mức E1. Nói cách khác sự hấp thụ bức xạ tử ngoại – khả kiến

/+ D

làm thay đổi mức năng lượng electron Ee và là nguồn gốc của phổ UV-VIS, do đó phổ UV-VIS là phổ electron. Sự hấp thụ năng lượng của tia hồng ngoại (IR) chỉ dẫn đến thay đổi các mức năng lượng dao động và chuyển động quay (Ev và Er). Vì vậy phổ IR thường gọi là phổ dao động. Huỳnh quang phân tử là sự phát ra bức xạ của các phân tử đã được kích thích bằng bức xạ điện từ thích hợp trong quá trình hồi phục.Cũng như hiện tượng huỳnh quang nguyên tử, phân tử ở trạng thái kích thích bị mất một phần năng lượng trước khi về trạng thái cơ bản. Do đó bức xạ phát ra trong huỳnh quang phân tử cũng có năng lượng thấp hơn năng lượng của bức xạ kích thích nó, nghĩa là huỳnh quang có bước sóng dài hơn bước sóng của bức xạ kích thích. Ứng dụng phổ biến của phổ phân tử trong phân tích: - Quang phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (UV-VIS) - Quang phổ hồng ngoại (IR) - Quang phổ huỳnh quang.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

b, c, d, ..).

3. Ứng dụng và ảnh hưởng của một số hiện tượng quang học khác với phân tích 3.1. Sự tán xạ ánh sáng 3.1.1. Điều kiện của sự truyền thẳng và sự tán xạ ánh sáng 7

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Trạng thái năng lượng electron cơ bản Sovà các trạng thái năng lượng electron kích thích S1, S2 thì mỗi trạng thái có các mức năng lượng dao động khác nhau (1, 2, 3, 4, ...) và ứng với mỗi mức năng lượng dao động đó còn có thể có các mức năng lượng quay (a,

Trong môi trường trong suốt và đồng tính, ánh sáng truyền theo đường thẳng, ngược lại, môi trường không đồng tính ánh sáng bị tán xạ 3.1.2. Nguyên nhân tán xạ ánh sáng

Kè

hơ

Hiện tượng Tyndal luôn có mặt trong các dung dịch keo hay trong dung dịch có các tiểu phân rắn như các dung dịch mẫu đo được chuẩn bị từ các chế phẩm viên gây sai số cho phép đo quang. - Một số nguyên nhân gây tán xạ khác + Tán xạ phân tử + Tán xạ Mandelstam – Brillouin + Tán xạ tổ hợp

/+ D

ạy

3.2. Hiện tượng giao thoa ánh sáng Hiện tượng giao thoa ánh sáng qua khe Young: Khe Young là một dụng cụ gồm một nguồn sáng O đặt trước một màn không trong suốt P có đục hai lỗ nhỏ O1 O2. Sau P đặt một màn quan sát E. Ánh sáng phát ra từ O

truyền đến O1 , O2. Theo nguyên lý Huyghen, O1 và O2 trở thành hai nguồn thứ cấp.vì từ một nguồn tách thành hai nên O1 và O2 là hai nguồn kết hợp và các sóng phát ra từ O1 và O2 là các sóng kết hợp.Nếu thay O1 và O2 bằng khe hẹp đặt song song với nhau và O là nguồn khe thì trên màn E đặt song song với O1O2 ta được hệ vân sáng, vân tối, chính giữa

là một vân sáng. Nếu O1O2 rất bé và màn E dặt cách xa O1O2 thì vân giao thoa là các đoạn thẳng song song cách đều. Nếu O là ánh sáng trắng thì tại điểm chính giữa là vân sáng trắng. Hiện tượng hai sóng cùng tần số, có hiệu số pha ban đầu không đổi kết hợp với nhau tạo ra những miền sóng luôn dao động với biên độ cực đại xen kẽ với những miền luôn có cường độ cực tiều được gọi là giao thoa ánh sáng. Hai sóng cùng tần số và có hiệu số pha không đổi gọi là hai sóng kết hợp. Sóng kết hợp chỉ là điều kiện cần vì sóng kết hợp từ hai nguồn sáng độc lập dù có

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

- Tán xạ do môi trường vẩn (tán xạ Tyndal)

cùng chu kì nhưng hiệu pha ban đầu thay đổi nhanh ⇒ không kịp quan sát vân giao thoa do cơ chế phát sáng quá nhanh và có nhiều tâm phát sáng trong mỗi nguồn sáng. Do đó

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Môi trường tán xạ là môi trường không đồng tính quang học.Sự không đồng tính quang học của môi trường có nhiều nguyên nhân khác nhau. Một số nguyên nhân gây nên hiện tượng tán xạ ánh sáng thường gặp:

mọi sơ đồ giao thoa đều phải thực hiện việc tách sóng xuất phát từ một tâm thành hai chùm, sau đó cho chúng gặp nhau. Hiện tượng giao thoa ánh sáng được ứng dụng trong chế tạo thiết bị đo chiết suất của chất khí, kiểm tra sự gồ ghề của các mặt quang học, bề dày của bản mỏng,...vv.

hơ

quan sát E, trên màn E nhận được vệt sáng ab. Theo nguyên lý truyền thẳng của ánh sáng,

nếu ta thu nhỏ lỗ tròn thì vệt sáng ab cũng thu nhỏ lại. Khi thu nhỏ lỗ tròn tới một mức nào đó thì trên màn E xuất hiện nhiều vân tròn sáng tối nằm xen kẽ nhau. Ngoài vùng ab ta cũng quan sát được các vân sáng, còn trong vùng ab cũng có các vân tối, tùy theo kích thước của lỗ tròn và khoảng cách từ màn quan sát đến lỗ tròn. Hiện tượng nhiễu xạ xảy ra khi phương truyền của sóng bị thay đổi do hình thành các

/+ D

ạy

Kè

tâm phát sóng thứ cấp tại các lỗ nhỏ hay khe hẹp. Hiện tượng nhiễu xạ làm xuất hiện các vết sáng tối xen kẽ hai bên vệt sáng chính được tạo ra theo nguyên lý truyền thẳng của ánh sáng. Hiện tượng nhiễu xạ được ứng dụng để tán sắc nhằm tạo ra các chùm tia đơn sắc từ ánh sáng tạp sắc.

3.4. Hiện tượng phân cực của ánh sáng Ánh sáng thông thường không có phương dao động ưu tiên, trong bất kì mặt phẳng nào đi qua tia sáng cũng chứa các dao động vuông góc với phương truyền. Chùm sáng như vậy được gọi là ánh sáng tự nhiên. Hiện tượng ánh sáng tự nhiên khi đi qua một số vật liệu đặc biệt chỉ giữ lại một phương giao động được gọi là hiện tượng phân cực ánh sáng. Ánh sáng có tính chất như vậy gọi là ánh sáng phân cực. Một số chất quang hoạt có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực của ánh sáng phân cực. Dựa vào tính chất này người ta có thể định tính và định lượng chúng.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

Cho ánh sáng từ nguồn O truyền qua một lỗ tròn nhỏ trên màn P. Sau màn P dặt màn

3.5. Hiện tượng quang điện Khi rọi một bức xạ điện từ vào bề mặt một tấm kim loại làm bắn ra các eletron. Các electron gọi là quang electron.Khi rọi một chùm sáng điện từ thích hợp vào catot của tế bào kim loại (bề mặt Ce) trong mạch xuất hiện dòng quang điện trở bởi điện kế G. vôn kế khác 0. Electron tự do trong kim loại nhận bức xạ điện từ là các hạt mang năng lượng photon. Mỗi electon hấp thụ một photon nào đó được truyền thêm một năng 9

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

3.3. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng Hiện tượng nhiễu xạ qua một lỗ trong nhỏ

lượng E = hv. Năng lượng này một phần chuyển thành công thoát Ath thắng được lực hút của các ion kim loại. Một phần còn lại chuyển thành động năng ban đầu của electron. Động năng ban đầu càng lớn khi electron càng gần bề mặt kim loại, động

n hơ

QUANG PHỔ HẤP THỤ TỬ NGOẠI KHẢ KIẾN (UV-VIS)

Kè

1.Tính chất vùng tử ngoại khả kiến Các bức xạ tử ngoại khả kiến nằm trong khoảng 2 -760nm.Do các tính chất của hai vùng này có nhiều điểm tương đồng nên trong các thiết bị áp dụng phổ tử ngoại thường phối hợp cho cả vùng khả kiến. Phổ tử ngoại khả kiến thường được chia thành các vùng: tử ngoại xa, tử ngoại gần và khả kiến.

ạy

a) Vùng tử ngoại xa

/+ D

Vùng tử ngoại xa gồm các bức xạ có bước sóng λ< 200nm.Năng lượng bức xạ tương đối lớn, có thể phá vỡ liên kết trong phân tử.

Các bức xạ vùng tử ngoại xa hầu hết bị các dung môi hấp thụ mạnh; oxi không khí cũng hấp thụ mạnh bức xạ có bước sóng 180nm.

b) Vùng tử ngoại gần và khả kiến (UV -VIS) Bước sóng bức xạ vùng từ ngoại gần: 200- 400nm; vùng khả kiến: 400 – 800nm. Năng lượng các bức xạ vùng này có thể làm thay đổi năng lượng electron trong phân

tử.

2.Sự chuyển mức năng lượng electron với hấp thụ bức xạ UV-VIS Các bức xạ UV-VIS có năng lượng khá lớn nên có thể thay đổi mức năng lượng của electron từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích. Các electron có thể tham gia vào hiệu ứng này có thể là:

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ

- Các electron σ trong các liên kết đơn - Các electron π trong các liên kết bội, hệ thống vòng thơm, ... - Các electron n của cặp electron không liên kết, ...

3.Định luật Lambert-Beer và hệ số hấp thụ a/ Độ truyền qua (T-transmittance) 10

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

năng ban đầu sẽ cực đại đối với các quang electron ở sát mặt ngoài kim loại. Chỉ những bức xạ nào có năng lượng lớn hơn công thoát mới gây ra hiện tượng quang điện.

Khi chiếu một chùm tia đơn sắc có cường độ Io qua một dung dịch có chiều dày l (cm). Sau khi bị dung dịch hấp thụ, cường độ chùm tia đi ra có cường độ I. Độ truyền qua (T) được tính theo công thức: T =

I ×100% Io

hơ

I 1 = -lgT = lg o T I

Độ hấp thụ A còn gọi là mật độ quang (D) hoặc độ tắt (E).

I = I o e -kl được biểu diễn qua nồng độ và một hệ số khác.

c/Định luật Lambert-Beer Định luật Lambert-Beer được phát triển từ định luật Lambert, hệ số k trong biểu thức

Io = ε.l.C I

ạy

Kè

Biểu thức định luật Lambert-Beer:

ε là hệ số hấp thụ, phụ thuộc vào bản chất dung môi và λ

/+ D

Trong đó:

l là bề dày của dung dịch (cm) C: nồng độ dung dịch (M) Nội dung định luật: Khi chiếu một chùm tia photon đơn sắc đi qua hệ (dung dịch màu) thì mức độ hấp thụ của dung dịch màu tỷ lệ thuận với công suất chùm photon và nồng độ các phân tử hấp thụ.

• Các hệ số hấp thụ Trong quang phổ UV-Vis người ta thường sử dụng nồng độ mol và nồng độ %, và tương ứng với chúng có các hệ số hấp thụ sau: + Hệ số hấp thụ mol:

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

Độ hấp thụ được tính theo công thức: A = lg

A = lg

Io = ε.l.C I

Nếu l = 1cm, C = 1 mol/l thì A = ε⇒ε gọi là hệ số hấp thụ mol.

+ Hệ số hấp thụ riêng: Nếu C tính theo % (kl/tt) và l tính theo cm thì: A = E1% 1cm .l.C E1% 1cm được gọi là hệ số hấp thụ riêng, còn được kí hiệu là A (1%, 1cm). 11

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

b/Độ hấp thụ (A – absorbance)

* Hệ số hấp thụ mol hay được sử dụng trong mô tả tính chất quang phổ của các hợp chất hữu cơ, còn trong phân tích kiểm nghiệm thường dùng hệ số hấp thụ riêng E1% 1cm . 4.Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp thụ UV-VIS

hơ

Kè

bước sóng dài hơn trong UV-Vis. Khi phân tử có chứa nhóm này, có khả năng hấp thụ bức xạ >200nm. - Nhóm trợ màu (auxochrome):là nhóm ít có khả năng hấp thụ bức xạ vùng UV-Vis nhưng có ảnh hưởng tới nhóm mang màu. Nhóm trợ màu thường là các nguyên tử hay nhóm nguyên tử có một hay nhiều cặp electron tự do như –OH, -OR, -NR2, Hal, ..vv. Sự có mặt của nhóm trợ màu làm thay đổi vị trí cực đại hấp thụ của phân tử: chuyển

/+ D

ạy

dịch về phía sóng dài hơn gọi là chuyển dịch bathochromic; chuyển dịch về phía sóng ngắn hơn gọi là hypsochromic. Nhóm trợ màu cũng ảnh hưởng lên cường độ hấp thụ: nếu làm tăng cường độ hấp thụ được gọi là hiệu ứng hyperchromic; nếu giảm cường độ hấp thụ thì được gọi là hiệu ứng hypochromic.

b)Ảnh hưởng của vị trí không gian Vị trí của các liên kết bội ảnh hưởng nhiều đến sự hấp thụ của phân tử đặc biệt là các hệ liên hợp.Vị trí liên kết đôi trong các hệ liên hợp cũng làm thay đổi vị trí cực đại hấp

thụ và hệ số hấp thụ phân tử.

4.2.Yếu tố môi trường a)Dung môi Dung môi là các hợp chất hoá học nên cũng có khả năng hấp thụ bức xạ UV-VIS. Các dung môi dùng để đo phổ UV-VIS có những bước sóng giới hạn (λcutoff) khác

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

a) Nhóm mang màu và nhóm trợ màu - Nhóm mang màu (chromophore): làm cho phân tử có thể hấp thụ các bức xạ có

nhau mà dưới bước sóng đó dung môi hấp thụ đa phần các bức xạ chiếu qua nó. Khi chọn dung môi chuẩn bị dung dịch đo phổ UV-VIS, ngoài việc dựa vào độ tan của chất cần nghiên cứu còn phải tính đến khả năng hấp thụ của chính dung môi. Trong quang phổ UV-VIS, dung môi thường dùng là etanol 95° hoặc metanol.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

4.1.Cấu trúc phân tử chất tan Cấu trúc phân tử có ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp thụ UV-VIS của phân tử.Các yếu tố ảnh hưởng có thể là hiệu ứng cảm ứng, liên hợp và hiệu ứng không gian.

Sử dụng các dung môi khác nhau còn có thể làm sai khác vị trí cực đại trên phổ hấp thụ của các chất. Vì vậy, thông số về khả năng hấp thụ UV-VIS của các chất thường đưa ra kèm với tên dung môi được dùng để đo. b)Tương tác lưỡng cực (dipole - dipole) Khi sử dụng các dung môi phân cực như nước, axetonitril, metanol, ...; nếu chất tan

hơ

(hiệu ứng bathochromic); đồng thời làm cho dịch chuyển n→π* dài ra (hiệu ứng

hypsochromic).

c)Liên kết hidro Các dung môi có liên kết hidro như etanol có thể tác động lên các electron không liên kết n trong phân tử và ngược lại các dung môi có electron n cũng có tác động lên các chất

có liên kết hidro. Kết quả của sự tác động này là khoảng cách n→π* bị mở rộng, cực đại

Kè

hấp thụ chuyển về sóng ngắn hơn.

/+ D

ạy

d)Ảnh hưởng của pH pH của môi trường có thể gây ra sự hỗ biến làm thay đổi cấu trúc của phân tử và do đó kéo theo sự thay đổi của khả năng hấp thụ của chất đó.

e)Nồng độ và các tương tác khác trong dung dịch Khả năng hấp thụ UV-VIS của dung dịch chỉ tỷ lệ tuyến tính với nồng độ dung dịch trong một khoảng thích hợp. Khi dung dịch quá loãng hay quá đặc sẽ gây sai lệch về mặt hoá học do sự phân ly (ion hoá) hay tạo các sản phẩm trùng hợp (dime hoá, trime hoá, ...) mà chúng có độ hấp thụ khác nhau dạng phân tử hay đơn phân tử. Sai lệch hoá học còn có thể xảy ra hoặc tăng lên theo nồng độ do phản ứng của chất nghiên cứu với các chất lạ hay tạo phức với các ion trong dung dịch.

4.3.Yếu tố thiết bị Định luật Lambert-Beer chỉ hoàn toàn đúng với chùm tia đơn sắc vì mỗi một chất ở bước sóng khác nhau có hệ số hấp thụ khác nhau. Phụ thuộc vào thiết bị tạo tia đơn sắc có thể phân biệt thiết bị đó là máy đo quang hay thiết bị quang phổ. Trong một số máy đo quang, bộ phận đơn sắc hoá có thể chỉ là các kính lọc hoạt động trên nguyên tắc màu phụ nhau, vậy nên độ đơn sắc của chùm tia chỉ có tính tương đối.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

khoảng cách π→π* ngắn lại, kết quả là cực đại hấp thụ chuyển dịch về phía sóng dài

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

nghiên cứu cũng phân cực sẽ xuất hiện tương tác lưỡng cực. Tương tác này làm cho

Khả năng phát hiện độ chênh lệch cường độ của chùm tia tới và chùm tia đi qua mẫu của thiết bị có thể bị thay đổi theo thời gian sử dụng. Các thông số kĩ thuật của thiết bị sau quá trình sử dụng có thể bị thay đổi làm ảnh hưởng đến kết quả phân tích.

hơ

trong suốt để hạn chế hiện tượng tán xạ, phản xạ, khuếch tán ánh sáng, ..vv.

=>Điều kiện áp dụng định luật Lambert-Beer - Thiết bị phải có khả năng tạo ra chùm tia có độ đơn sắc nhất định. Độ đơn sắc

Dung dịch phải nằm trong khoảng nồng độ thích hợp Dung dịch phải trong suốt để hạn chế tối đa hiện tượng quang học.

Kè

càng cao càng tốt. - Chất thử phải bền trong dung dịch và bền dưới tác dụng của tia UV-VIS

/+ D

ạy

5.Các ứng dụng của quang phổ UV-VIS Định lượng là ứng dụng chủ yếu và khá phổ biến của quang phổ UV-VIS được áp dụng trong phân tích dược.Phương pháp này có ưu điểm là nhanh và có độ chính xác cao.Trong một số trường hợp, phương pháp UV-VIS cũng được dùng để định tính các chất.

5.1.Định tính Về nguyên tắc có thể dựa vào phổ của chất cần nghiên cứu với phổ chất chuẩn để định tính xem chất đó có đúng là chất đang được dự kiến không.Tuy nhiên phổ UV-VIS có rất ít thông tin đặc trưng về cấu trúc nên người ta thường dùng phổ hồng ngoại IR để xác định cấu trúc được chính xác hơn. Trong một số trường hợp, người ta có thể định tính một số chất bằng cách so sánh vị trí cực đại và cực tiểu hấp thụ và tỷ lệ mật độ quang giữa các bước sóng đó phải nằm trong một giới hạn cho phép. Ví dụ:

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

tượng tán xạ do dung dịch không đồng nhất về mặt quang học. Do vậy, dung dịch đo phải

- Vitamin B12 có 3 cực đại hấp thụ ở các bước sóng 278 ± 1nm; 361 ± 1nm và 550 ± 2nm; tỷ lệ D361/D278 nằm trong khoảng 1,7 ÷ 1,9 và D361/D550 nằm trong khoảng 3,15 ÷ 3,4. - Vitamin B2 có 4 cực đại hấp thụ ở các bước sóng 223, 267, 375 và 444nm. 5.2.Định lượng 14

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

4.4.Yếu tố quang học khác Khi chiếu chùm tia qua mẫu đo, ngoài phần ánh sáng truyền theo đường thẳng còn có phần ánh sáng bị chuyển hướng do hiện tượng phản xạ, khuếch tán, ... đặc biệt là hiện

Việc định lượng chất tan trong dung dịch có một thành phần dựa vào định luật Lambert-Beer, theo phương trình:

hơ

N uy Q m Kè ạy /+ D

Trường hợp các dung dịch không tuân theo định luật Lambert-Beer (đường chuẩn không thẳng) thì phải pha nhiều dung dịch chuẩn hơn và các dung dịch chuẩn có nồng độ gần nhau hơn. Khi đó cần xác định vùng tuyến tính là khoảng nồng độ cho đoạn đường chuẩn có hệ số tương quan R>0,99.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

a) Kỹ thuật đường chuẩn - Đo mật độ quang của các mẫu chuẩn có nồng độ khác nhau, sau đó vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa mật độ quang và nồng độ các dung dịch chuẩn. - Trường hợp các dung dịch đo thoả mãn các điều kiện của định luật Lambert-Beer thì đường chuẩn thẳng. Việc xác định nồng độ Cx nào đó có thể sử dụng đồ thị hoặc phương trình toán học của đồ thị dạng D = aC + b.

Ưu điểm: + Đơn giản, dễ thực hiện và rất tiện lợi khi phân tích hàng loạt mẫu của cùng một nguyên tố như kiểm tra nguyên liệu sản xuất, kiểm tra chất lượng sản phẩm…

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

A = ε.l.C = K.C

+ Đường chuẩn có thể sử dụng trong thời gian khá lâu, hàng ngày trước khi dùng cần hiệu chỉnh lại cho đúng với điều kiện thí nghiệm ngày hôm đó + Xác định được hàng loạt mẫu nên thời gian phân tích ngắn, kinh tế và kết quả chính xác

+ Nồng độ các chất trong dung dịch chuẩn phải chính xác

hơ

+ Mẫu trong dung dịch chuẩn phải bền, không bị thay đổi thành phần sau khi pha và bảo quản dùng lâu dài không bị sa lắng, phân hủy, tạo thành chất khác

+ Khoảng nồng độ của dung dịch chuẩn phải phân bố đều trong vùng phép đo và nồng độ của chất phân tích nằm trong vùng đường chuẩn

/+ D

ạy

Kè

+ Các mẫu chuẩn phải hấp thụ ánh sáng tuân theo định luật Lambert – Beer b) Kỹ thuật so sánh Trong cách đo so sánh xác định mật độ quang của dung dịch thử có nồng độ Cx (chưa biết) được tiến hành cùng với việc xác định mật độ quang của chất chuẩn. Trong điều kiện thoả mãn định luật Lambert-Beer thì mật độ quang tỷ lệ thuận với nồng độ dung dịch trên. ⇒ Cx =

Ax .C o Ao

Ax C = x Ac Co

Kết quả càng chính xác khi nồng độ dung dịch cần xác định Cx càng gần với nồng độ dung dịch chuẩn.

c)Kỹ thuật thêm đường chuẩn Đây là cách xác định đường chuẩn trên nền dung dịch cần định lượng. Đo mật độ quang của dung dịch chưa thêm chất chuẩn và dung dịch có thêm chất chuẩn. Vẽ đường biểu diễn mối liên hệ giữa mật độ quang và nồng độ chất chuẩn đã thêm. Giao điểm của đường chuẩn với trục nồng độ chỉ giá trị nồng độ của dung dịch cần định lượng.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

+ Các mẫu dùng trong đường chuẩn phải có trạng thái vật lý và thành phần hóa học giống như mẫu phân tích để loại trừ ảnh hưởng của thành phần mẫu đến kết quả phân tích

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Nhược điểm:

ạy

Nhược điểm:

Kè

+ Để kiểm tra độ lặp lại của phương pháp

+ Xác định được hàm lượng chất có nồng độ quá nhỏ

+ Loại trừ được ảnh hưởng của thành phần mẫu => phân tích được các mẫu có thành phần phức tạp chưa biết được thành phần chính xác của mẫu đó

/+ D

+ Nồng độ thêm vào phải xấp xỉ nồng độ chất phân tích + Dung dịch phân tích và dung dịch thêm chuẩn phải tuân theo định luật Lambert – Beer => lượng thêm chuẩn vào phải nhỏ

d) Chuẩn độ đo quang Xác định điểm tương đương bằng đo quang Phương trình chuẩn độ: S + R → P Ít nhất phải có một chất hấp thụ ánh sáng tại bước sóng khảo sát Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch trong quá trình chuẩn độ với thể tích thuốc thử thêm vào 6. Cấu tạo máy quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS Sơ đồ cấu tạo của máy quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS + Nguồn sáng : đèn dây tóc hay đèn D2 (dùng đo vùng tử ngoại) + Bộ phận đơn sắc hóa: cách tử, lăng kính, bộ kính lọc màu Khe sáng trước buồng đo là một bộ phận tham gia vào quá trình đơn sắc hóa. Việc mở rộng khe sáng sẽ tăng được cường độ của chùm tia vào buồng chứa mẫu nhưng sẽ làm giảm độ đơn sắc của chùm tia. Ngược lại nếu giảm khe sáng sẽ thu được chùm tia đơn sắc hơn nhưng có thể làm cho tín hiệu quá yếu không đủ cho bộ phận thu nhận tín hiệu làm việc.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

n hơ

+ Chuẩn bị mẫu dễ dàng, không cần nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao để chuẩn bị dãy mẫu chuẩn

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

Ưu điểm:

+ Buồng đo và cốc đo: cuvet thạch anh khi đo ở bước sóng tử ngoại, cuvet thạch anh hay thủy tinh hữu cơ khi đo ở bước sóng khả kiến. Tùy thuộc vào cấu tạo có máy quang phổ một chùm tia và máy quang phổ hai chùm

hơ

Với máy hai chùm tia cả mẫu trắng và mẫu đo được đặt cùng trong buồng đo và chùm tia đơn sắc tuần tự đi qua mẫu trắng và mẫu đo nhờ các hệ thống gương quay. + Bộ phận thu nhận và xử lý tín hiệu: tế bào quang điện, ống nhân quang, mảng diod Vùng phổ hoạt động của các detector là từ 190 – 900nm với hệ số khuyeech đại cỡ 6 10 lần.Các tín hiệu quang qua detetor được chuyển thành tín hiệu điện và chuyển đến bộ

ạy

Kè

phận khuyech đại. Các tín hiệu sau khi khuyechđại được chuyển đến mãy ghi để vè phổ hay chuyển vào máy tính để xử lý tiếp và lưu lại các dữ liệu, đồng thời phổ được dựng và in ra qua máy in hay máy vẽ

/+ D

QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI 1.Sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại và hình thành các đỉnh trên phổ IR

Bức xạ hồng ngoại từ vùng nhìn thấy tới vùng vi sóng (0,5 - 1000µm), tuy nhiên,

trong thực tế thường quan tâm đến vùng có bước sóng trong khoảng 1 - 25µm.

a) Các kiểu dao động phân tử Ở nhiệt độ thường, các liên kết có trong hợp chất đã có sự dao động.Khi nhận thêm năng lượng của bức xạ hồng ngoại, các dao động này tăng lên.Có hai loại dao động của phân tử là dao động hoá trị và dao động biến dạng. - Dao động hoá trị (valence vibration, stretching): là chuyển động chu kì dọc theo trục liên kết làm thay đổi khoảng cách giữa các nguyên tử có liên kết với nhau trong phân tử. - Dao động biến dạng (deformation vibration, bending): có thể bao gồm dao động làm thay đổi góc liên kết hoặc chuyển động của nhóm các nguyên tử so với phần còn lại của phân tử, ... có thể là dao động xoắn, uốn, cắt kéo, ...vv.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

cửa buồng đo hay bằng hệ thống kéo khay chứa cốc cần đo vào vị trí thích hợp.

- Trong phân tử có nhiều nguyên tử sẽ có nhiều liên kết và số dao động có thể cũng tăng lên. Một phân tử có n nguyên tử (n>2) thì có 3n-6 kiểu dao động, trong đó có n-1 dao động hoá trị và 2n-5 dao động biến dạng.Cả hai loại dao động này đều có thể đối xứng hoặc bất đối xứng. 18

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

tia. Quang phổ một chùm tia: mẫu trắng và mẫu đo phải được xử lý lần lượt. Mẫu trắng được đưa vào buồng đo để điều chỉnh giá trị mật độ quang về 0. Sau đó dung dịch được đưa vào đo để xác định giá trị. Việc chuyển mẫu đo có thể cơ học bằng các thay thế qua

- Năng lượng cần cho dao động biến dạng nhỏ hơn năng lượng cần cho dao động hoá trị. Bức xạ hồng ngoại có bước sóng lớn hơn 100µm được phân tử hấp thụ và chuyển thành năng lượng quay cực phân tử. Sự hấp thụ năng lượng cũng được lượng tử hoá do đó phổ quay của phân tử bao gồm những vạch rõ rệt. Bức xạ hồng ngoại trong vùng 1-

hơ

trạng thái năng lượng của electron mà chỉ đủ để thay đổi trạng thái dao động nên phổ IR còn được gọi là phổ dao động.

b) Tần số và cường độ hấp thụ Sự thay đổi vị trí của các nguyên tử tham gia vào một liên kết tuân theo định luật Hooke.

ạy

1 k m .m với µ = 1 2 m1 + m2 2πc µ

/+ D

Kè

Tần số của bức xạ điện từ có thể hấp thụ được tính theo công thức:

Trong đó: µ là khối lượng rút gọn của liên kết;

m1và m2 là khối lượng của hai nguyên tử liên kết. c là vận tốc của ánh sáng k là hệ số phụ thuộc lực liên kết. Tần số dao động của một liên kết tăng khi lực liên kết tăng và giảm khối lượng các nguyên tử. Trong phổ hồng ngoại, cường độ pic hấp thụ không quan trọng như trong phổ UVVIS nên ít được chú ý. Các đỉnh chỉ được phân loại đơn giản theo các mức mạnh, trung bình và yếu.

Ứng dụng của quang phổ hồng ngoại Cường độ của các đỉnh trên phổ hồng ngoại không chi tiết như trên phổ UV-VIS mà chỉ có tính chất tương đối nên ít được sử dụng để định lượng.Vì thế quang phổ hồng ngoại chủ yếu được dùng cho phân tích định tính. Hai ứng dụng chính của phổ hồng ngoại: nhận ra các nhóm chức đặc biệt trong phân tử và định tính các chất bằng cách so sánh với phổ chuẩn. Hiện nay với sự phát triển của kĩ thuật Fourier (FT- Fourier Transform), quang phổ hồng ngoại ngày càng được ứng dụng trong phân tích định lượng.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

trên phổ xuất hiện những đỉnh rộng hơn vì năng lượng dao động bao giờ cũng kèm theo biến thiên năng lượng quay. Năng lượng của bức xạ hồng ngoại không đủ để làm thay đổi

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

100µm được phân tử hợp chất hấp thụ và chuyển thành năng lượng dao động phân tử và

Trong quá trình phân lập cũng như tổng hợp hoá học, những đỉnh đặc trưng cho các nhóm chức có thể giúp nhận ra cấu trúc của các hợp chất chưa biết hoặc dự kiến tổng hợp ra.Tuy nhiên, phổ IR thường rất phức tạp, trên phổ có tới 10% các pic phổ khó có thể quy

hơ

dùng tín hiệu phổ trong vùng này để kết luận sự có mặt hoặc không có mặt của một nhóm chức nào đó. Ngoài ra, vùng 4000-2500 cm-1 và 2000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động

hoá trị của liên kết hidro – dị tố và vùng dao động của các liên kết bội như anken, cacbonyl.

/+ D

ạy

Kè

Cấu tạo máy quang phổ hồng ngoại Máy quang phổ hồng ngoại hiện nay là máy 2 chùm tia gồm có các bộ phận chính: nguồn bức xạ hồng ngoại, bộ phận đơn sắc hóa, ngăn đựng mẫu đo, hệ thống quang học và bộ phận phát hiện. Bức xạ hồng ngoại được phát ra từ nguồn đốt nóng bằng điện dưới dạng dây tóc hay ống, được điều chế bằng cách các zirconi oxyd, thori, ceri hay bằng silic carbid. Bộ phận phát hiện có thể là cặp nhiệt điện hay điện trở nhiệt. Chênh lệch giữa hai chùm tia được khuyeech đại và chuyển trực tiếp ra máy ghi hay máy vẽ thành phổ IR, thông thường biểu thị độ truyền qua T theo số sóng. Kỹ thuật chuyển dạng Fourier cho phép thực hiện đồng thời nhiều quá trình quét với tốc độ cao và các dữ liệu thu đươc từ quá trình riêng lẻ được máy tính xử lý kết hợp và nhiễu đường nền bị loại bỏ trước khi phổ được in ra. Quang phổ FTIR khá đắt cho độ phân giải cao, nhanh và chỉ cần một lượng mẫu nhỏ.

QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử là phương pháp xác định nồng độ (hàm lượng) các nguyên tố trong một chất bằng cách đo độ hấp thụ bức xạ bởi hơi nguyên tử tự do của nguyên tố được hoá hơi từ chất thử. Phương pháp này được xác định ở bước sóng của một trong những vạch hấp thụ của nguyên tử cần xác định.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

1350-750 cm-1 được gọi là “vùng vân tay” (fingerprint region). Trong phân tích, thường

1.Nguyên tắc

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

kết chính xác. Để có thể quy kết chính xác phải sử dụng các phương pháp kết hợp khác như phổ khối lượng, phổ cộng hưởng từ hạt nhân, ...vv. Đối với hầu hết các hợp chất dạng của phô IR là đơn nhất và đặc trưng trong vùng

Khi nguyên tử ở trạng thái hơi có thể hấp thụ các bức xạ có bước sóng xác định. Phổ hấp thụ của nguyên tử là quang phổ vạch, do đó để thực hiện đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) phải thực hiện các quá trình sau:

hơ

Phần bức xạ bị hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tử đó trong môi trường hấp thụ.

- Nhờ các bộ phận của máy quang phổ mà người ta thu, phân ly và chọn vạch phổ của nguyên tố cần nghiên cứu và đo cường độ của nó.

/+ D

ạy

Kè

2.Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ hấp thụ nguyên tử -Nguồn bức xạ cộng hưởng: đèn catot rỗng HCL Đèn catot rỗng gồm 3 bộ phận: thân đèn, các điện cực và khí chứa trong đèn. Thân đèn gồm vổ đèn, cửa sổ và giá đỡ các điện cực. Vỏ đèn được chế tạo bởi thủy tinh hay thạch anh chịu nhiệt. Cửa sổ có thể là thủy tinh hay thạch anh tùy theo phát bức xạ thuộc vùng nào. Trong đèn phải hút hết không khí và thay vào đó bằng khí trơ như Heli, argon hay nito với áp suất 5 – 15 mmHg nhưng với độ sạch cao vì yêu cầu khí trong đèn phải không phát ra phổ làm ảnh hưởng đến chùm tia phát xạ của đèn. Anot và các dây dẫn được chế tạo từ các kim loại trơ và bền với nhiệt như Wonfram. Catot được chế tạo dưới dạng ống rỗng bằng chính kim loại cần phân tích với độ tinh khiết cao (>99,99%). Đèn được đốt nóng nhờ một nguồn điện một chiều ổn định với thế làm việc 250 – 400V và dòng khoảng 3 – 50mA.Khi đèn làm việc catot bị nung đỏ và xảy ra sự phóng điện liên tục. Các ion sinh ra tấn công vào bề mặt đang bị nung đỏ làm cho một số nguyên tử bề mặt bị hóa hơi thành nguyên tử tự do và dưới tác dụng của nhiệt độ chúng bị kích thích và phát ra phổ phát xạ của nó. Đó chính là phổ vạch của chính kim loại làm catot rỗng nhưng trong môi trường khí trơ và áp suất thấp nên phổ phát xạ chỉ gồm các vạch nhạy của kim loại đó. - Bộ phận nguyên tử hóa: kỹ thuật ngọn lửa (F – AAS) và kỹ thuật không ngọn lửa (ETA – AAS) * Nguyên tử hóa với kỹ thuật ngọn lửa

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

- Chiếu chùm tia thích hợp (với nguyên tố cần phân tích và còn được gọi là bức xạ cộng hưởng) qua đám hơi nguyên tử vừa tạo ra ở trên. Các nguyên tử của nguyên tố cần phân tích ở trạng thái hơi sẽ hấp thụ một phần bức xạ và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử.

- Mẫu chuẩn bị dưới dạng dung dịch 21

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

- Chọn điều kiện và trang thiết bị phù hợp để chuyển mẫu từ trạng thái ban đầu sang trạng thái hơi của nguyên tử tự do.

hơ

(dưới 8,3V)

/+ D

ạy

Kè

- Quá trình nguyên tử hóa xảy ra như sau: + Sấy khô mẫu: đảm bảo dung môi hòa tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng và hoàn toàn nhưng không làm mất mẫu + Tro hóa và luyện mẫu: đốt cháy các hợp chất hữu cơ và mùn có trong mẫu, nung mẫu đến nhiệt độ thích hợp thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hóa mẫu đạt hiệu suất cao và ổn định + Nguyên tử hóa: thực hiện trong một thời gian ngắn thường là 3 – 6 giây với tốc độ tăng nhiệt độ rất lớn đạt ngay đến nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu + Làm sạch cuvetbằng luồng khí trơ (agon) + Phương pháp hidrid Sử dụng với một số kim loại hoặc á kim tạo hợp chất khí hidrid như nguyên tố As, Hg, Se…Dùng tác nhân khử mạnh như hỗn hợp NaBH4 trong NaOH tác dụng với HCl tạo hidro nguyên tử. Hidro nguyên tử khử các hợp chất asen về dạng khí dễ bay hơi trước (H3As) trước khi nguyên tử hóa Asen.

4. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình định lượng bằng AAS a) Thông số máy đo: Chọn bước sóng ánh sáng tới thích hợp cho nguyên tố cần xác định Chọn cường độ dòng làm việc của đèn catot rỗng (thường 60% - 85% so với cực đại) Khe máy đo: ảnh hưởng đến độ nhạy và vùng tuyến tính của phép đo, phải phù hợp với nguyên tố cần xác định theo bước sóng đã chọn Thời gian đo: phụ thuộc vào đặc trưng kỹ thuật máy đo và vào kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu Xác định vùng tuyến tính của A theo C tại bước sóng đã chọn

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

- Mẫu chuẩn bị dưới dạng dung dịch - Dụng cụ để nguyên tử hóa mẫu là cốc graphit (lò graphit) hay thuyền kim loại chịu nhiệt. Nguồn điện cung cấp cho lò có dòng rất cao (50-500A) nhưng lại có thể rất thấp

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

- Chuyển dung dịch mẫu thành các hạt sương cùng với khí mang và khí cháy (aerosol hóa hay nebulization). Aerosol hóa với hai phương pháp: phun khí và siêu âm - Chuyển hỗn hợp aerosol hóa cùng hỗn hợp khí đốt(axetylen – không khí nén hoặc axetylen và nitro oxit vào đèn (burner) để nguyên tử hóa - Dưới nhiệt độ của ngọn lửa quá trinh nguyên tử hóa xảy ra để hình thành đám hơi nguyên tử của nguyên tố cần xác định * Nguyên tử hóa với kỹ thuật không ngọn lửa

Tần số và công suất của hệ thống siêu âm Độ nhớt của dung dịch mẫu: mẫu phân tích và các dung dịch mẫu chuẩn phải được

hơ

chuẩn bị trong cùng điều kiện

c)Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nguyên tử hóa không ngọn lửa ETA- AAS • Bản chất và thành phần, tốc độ dẫn khí trơ vào cuvet ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ và nhiệt độ trong cuvet

Công suất đốt nóng cuvet: tăng công suất cường độ vạch phổ tăng Tốc độ đốt nóng cuvet làm thay đổi chiều cao pic trên phổ, không làm thay đổi diện tích pic

Kè

• •

Loại nguyên liệu được sử dụng làm lò nguyên tử hóa mẫu ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ c) Các yếu tố ảnh hưởng khác: Ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axittrong dung dịch mẫu: ảnh hưởng tới cường độ vạch phổ của nguyên tố phân tích vì nó làm thay đổi độ nhớt của dung dịch, ảnh hưởng do gốc anion quyết định, axit càng khó bay hơi thường làm giảm cường độ vạch phổ: HCl< HNO3< H2SO4< H3PO4< HF nên dùng dung dịch HCl, HNO3 1% làm môi trường Ảnh hưởng của cation: có thể gây hiệu ứng âm hoặc hiệu ứng dương. Loại trừ ảnh hưởng của cation bằng cách: chọn điều kiện xử lý mẫu phù hợp để loại các nguyên tố lạ ra khỏi dung dịch phân tích, chọn các thông số máy đo thích hợp, chọn điều kiện thí nghiệm và điều kiện nguyên tử hóa mẫu thích hợp, thêm chất phụ gia phù hợp để loại trừ ảnh hưởng Ảnh hưởng của anion: giống ảnh hưởng của axit

/+ D

ạy

•

5.Ứng dụng Phổ AAS được ứng dụng để định lượng hầu hết các nguyên tố kim loại và một số á kim như As, B nếu như có nguồn bức xạ cộng hưởng. Do vậy, phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp dược, trong sinh hoá, trong ngành dược, ... với các ứng dụng cụ thể sau:

- Xác định các nguyên tố vi lượng trong các dịch sinh học như huyết tương, máu, dịch não tuỷ, ...

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Chiều cao của đèn nguyên tử hóa mẫu (burner) Bề dày của môi trường hấp thụ

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

b) Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nguyên tử hóa bằng ngọn lửa F - AAS - Thành phần và tốc độ của hỗn hợp khí tạo ra ngọn lửa - Tốc độ dẫn dung dịch mẫu vào (thường 3 – 5 ml/phút )

- Định lượng các yếu tố vi lượng trong thuốc: Cu, Zn, Fe, Cr, Mn, thành phần dịch truyền.

hơ

Kè

ạy /+ D

QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử là phương pháp xác định nồng độ (hàm lượng) các nguyên tố trong một chất bằng cách đo cường độ các vạch phát xạ của hơi nguyên tử nguyên tố đó ở trạng thái hơi.

1.Nguyên tắc Nguyên tử ở trạng thái hơi được kích thích bằng một năng lượng thích hợp có thể phát

ra các bức xạ đặc trưng.Dựa vào vạch phát xạ có thể định tính, và dựa vào cường độ vạch phát xạ có thể định lượng nguyên tố. Trong phổ phát xạ có 3 quá trình xảy ra gần như đồng thời: - Chất thử được nguyên tử hoá: nguyên tử trong hợp chất nhận được năng lượng kích thích chuyển thành nguyên tử ở trạng thái tự do.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

6.Ưu nhược điểm của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử Ưu điểm: - Độ nhạy, độ chọn lọc cao - Các thao tác thực hành nhẹ nhàng. Kết quả phân tích được lưu trữ lại - Xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu - Kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ Nhược điểm: - Trang thiết bị máy móc đắt tiền - Môi trường không khí PTN phải không có bụi, dụng cụ và hóa chất dùng có độ tinh khiết cao - Máy móc khá tinh vi và phức tạp => phải có kỹ sư lành nghề để bảo dưỡng và chăm sóc - Chỉ cho biết thành phần nguyên tố

- Các nguyên tử tự do được kích thích bằng năng lượng ngọn lửa, tia lửa điện, hồ quang điện. Đây là giai đoạn hấp thụ để chuyển nguyên tử từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích. - Nguyên tử phát ra các bức xạ (giải phóng năng lượng) để chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản. 2. Cấu tạo máy quang phổ phát xạ nguyên tử 24

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

- Xác định hàm lượng các nguyên tố độc hại trong môi trường, vật liệu bao gói như As, Pb, Bi, Hg, ...vv.

Gồm 3 bộ phận chính: bộ phận nguyên tử hóa mẫu, bộ phận đơn sắc hóa và bộ phận phát hiện. Nguyên tử hóa mẫu bằng các kỹ thuật như: kỹ thuật ngọn lửa, kỹ thuật plasma cảm ứng, kỹ thuật hồ quang điện… Nguồn kích thích (nguyên tử hóa) làngọn lửa đèn khí: 0

Hỗn hợp khí H + O : cho ngọn lửa nhiệt độ 2100 C 2

Hỗn hợp khí C H + O : cho ngọn lửa nhiệt độ 3050 C

Hỗn hợp khí N O + O : cho ngọn lửa nhiệt độ 2950 C

hơ

/+ D

ạy

Kè

Ưu điểm :dùng nguồn kích thích là ngọn lửa đèn khí: - Chọn được nhiệt độ kích thích tùy ý - Nhiệt độ khá ổn định Nhược điểm:dùng nguồn kích thích là ngọn lửa đèn khí Cường độ vạch phổ thay đổi rất nhiều khi thay đổi thành phần hỗn hợp mẫu phân tích và ảnh hưởng của nền Nguồn kích thích là plasma cảm ứng (ICP) Plasma là một luồng khí ion hoá mang năng lượng cao, trong đó có chứa các cation và electron. Các khí trơ như argon thường được dùng để tạo plasma.Có thể coi plasma như một

ngọn lửa có nhiệt độ khoảng 1000-6000°K. Khi đưa mẫu vào plasma sẽ xảy ra các quá

trình nguyên tử hoá, ion hoá và kích thích như khi đưa vào ngọn lửa.Nguyên tử chất bị kích thích sẽ phát ra các bức xạ và tạo ra phổ phát xạ plasma. Có nhiều loại nguồn plasma nhưng phổ biến là plasma cảm ứng. Plasma cảm ứng: luồng khí agon được kích thích bởi tia lửa hình thành các electron. Các electron kích thích khí agon tạo ra ion Ar+ và electron trong quá trình khí agon đi lên. Đến khi gặp cuộn ảm ứng và chịu tác động của từ trường do cuộn cảm ứng gây ra, luồng ion Ar+ và electron chuyển động hỗn loạn kích thích các nguyên tử khác tạo thành một hệ thống năng lượng cao có hình vanh khăn. Mẫu phân tích có thể là chất khí, lỏng, rắn dưới dạng dung dịch. Nếu mẫu dưới dạng chất lỏng hoặc dung dịch thì cần được aerosol hoá và đưa vào plasma với tốc độ thích hợp. 25

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hỗn hợp khí C H + không khí : cho ngọn lửa nhiệt độ 2450 C

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

Phương pháp phát xạ plasma có giới hạn phát hiện và độ chính xác tương tự như AAS nhưng vùng tuyến tính rộng hơn, định lượng được nhiều nguyên tố nhanh hơn. Phương pháp này được ứng dụng để phân tích một số nguyên tố kim loại và á kim.

hơ

cần xác định trước khi điều chỉnh giá trị đọc được về 0 bằng mẫu trắng. Ứng dụng phổ biến nhất của quang phổ phát xạ là định lượng các mẫu kim loại kiềm và kiềm thổ. Trong các bệnh viện, quang phổ phát xạ nguyên tử được áp dụng phổ biến trong sinh hoá để làm điện giải đồ với các kim loại chủ yếu như Na, K, Ca và theo dõi hàm lượng Li trong máu với các bệnh nhân tâm thần được điều trị bằng Liti cacbonat.

Kè

QUANG PHỔ HUỲNH QUANG

/+ D

ạy

1. Hiện tượng huỳnh quang và lân quang Hiện tượng huỳnh quang và lân quang là những quá trình phát xạ quan trọng của nguyên tử hay phân tử được kích thích nhờ hấp thụ bức xạ điện từ và được ứng dụng trong phân tích (huỳnh quang quan trọng hơn). Trong quá trình hồi phục về trạng thái cơ bản, phần năng lượng thừa được phát ra dưới dạng photon. Hiện tượng huỳnh quang (có thể kết thúc dưới 10-5s) xảy ra nhanh hơn nhiều so với hiện tượng lân quang (có thể kéo dài hàng giờ). Các nguyên tử ở thể khí có thể phát ra các bức xạ có cùng bước sóng với một trong những vạch phát xạ của nó trong quá trình hồi phục về trạng thái năng lượng cơ bản sau khi được kích thích. Số phân tử huỳnh quang tương đối ít do huỳnh quang yêu cầu các đặc điểm về mặt cấu trúc sao cho quá trình hồi phục không bức xạ xảy ra với tốc độ thấp và tăng cường tốc độ phát huỳnh quang. Nhiều phân tử không có đặc điểm này vì quá trình hồi phục không bức xạ về mức năng lượng cơ bản lớn hơn đáng kể so với quá trình hồi phục có bức xạ nên quá trình huỳnh quang không xảy ra. 2. Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng huỳnh quang a) Yếu tố về cấu trúc - Huỳnh quang cộng hưởng thường gặp với nguyên tử và một số trường hợp với phân tử. - Các hợp chất có chứa vòng thơm đều thuận lợi nhất cho phát huỳnh quang và cho cường độ lớn nhất. Các hợp chất cacbonyl mạch thẳng hay vòng no cũng như các cấu trúc có các nối đôi liên hợp cũng có huỳnh quang nhưng số lượng không đáng kể so với các hợp chất thơm. - Hầu hết các hidrocacbon thơm đều phát huỳnh quang trong dung dịch. Hiệu quả huỳnh quang tăng lên cùng với số vòng thơm và độ tập trung của chúng trong cấu trúc.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

thực hiện bằng cách so sánh các dung dịch thử với các dung dịch chuẩn của nguyên tố

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

3.Ứng dụng Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử chủ yếu được sử dụng để định lượng hàm lượng các nguyên tố kim loại có trong các dung dịch hay dịch sinh học. Việc định lượng được

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

hơ

Kè

ạy

/+ D

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

Những dị vòng đơn giản nhất như Pyridin, furan, thiophen, pyrol, ... không có huỳnh quang phân tử nhưng các cấu trúc ngưng tụ nhiều vòng như quinolin, isoquinolin, indol, ... lại thường có huỳnh quang. - Các nhóm thế trên vòng thơm có thể gây ra sự chuyển dịch bước sóng cực đại kích thích và thay đổi tương ứng các pic trong phổ huỳnh quang. - Hiệu ứng không gian cũng ảnh hưởng đến khả năng huỳnh quang. Sự giảm độ cố định của cấu trúc làm tăng tốc độ hồi phục không bức xạ chiếm ưu thế. - Nói chung, các hợp chất vô cơ không có huỳnh quang trừ một số nguyên tố đất hiếm và các lantanit. - Các hợp chất hữu cơ có khả năng phát huỳnh quang chủ yếu là các hidrocacbon thơm, các α-dixeton. Các hợp chất đa vòng làm cho bước sóng của huỳnh quang dài hơn. Những nhóm cho electron như –OH, -NH2, ankyl, aryl, ... làm tăng hiệu suất huỳnh quang; các nhóm hút electron như –NO2, -COOH, Hal, ... làm giảm hiệu suất huỳnh quang. b) Yếu tố môi trường - Nhiệt độ và dung môi đều có ảnh hưởng đến huỳnh quang. - Hầu hết với các phân tử, hiệu suất huỳnh quang giảm khi nhiệt độ tăng bởi vì khi đó tần suất va chạm tăng lên và sự hồi phục do va chạm dễ dàng xảy ra. - Việc giảm độ nhớt của dung môi cũng cho kết quả tương tự. 3.Đặc điểm của huỳnh quang - Thời gian huỳnh quang ngắn (khoảng 10-9s) và đẳng hướng. - Hiệu suất huỳnh quang Φ F cho biết khả năng huỳnh quang của một chất, tính bằng tỷ số giữa số photon phát xạ và photon hấp thụ. - Cường độ huỳnh quang là hiệu suất thực nghiệm hoạt tính phát huỳnh quang của một chất khi nó được kích thích do sự hấp thụ một bức xạ thích hợp. Cường độ huỳnh quang tỷ lệ với cường độ bức xạ kích thích, hiệu suất huỳnh quang và nồng độ chất phát huỳnh quang. - Huỳnh quang là đẳng hướng nên cường độ huỳnh quang đo được chỉ là một phần của cường độ huỳnh quang và thường đo theo phương vuông góc với chùm tia kích thích. - Cường độ huỳnh quang phụ thuộc tuyến tính với nồng độ ở vùng nồng độ thấp. Sự tuyến tính bị mất đi khi độ truyền qua chỉ còn dưới 90% (hay mật độ quang vượt quá 0,05). - Trong huỳnh quang, người ta dùng hai khái niệm phổ huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang. + Phổ huỳnh quang biểu diễn quan hệ giữa cường độ huỳnh quang của chất đã được hoạt hoá và bước sóng của bức xạ huỳnh quang. + Phổ kích thích phát huỳnh quang là đường biểu diễn cường độ hấp thụ của chất với bước sóng của bức xạ hấp thụ. Do chênh lệch năng lượng giữa các trạng thái dao động ở cả trạng thái cơ bản lẫn trạng thái kích thích nên phổ kích thích và phổ huỳnh quang của các hợp chất thường đối xứng theo kiểu ảnh gương.

4.Ứng dụng của phổ huỳnh quang - Có thể dựa vào bước sóng kích thích và bước sóng huỳnh quang để định tính các hợp chất hữu cơ.

hơ

định.

- Phân tích hợp chất vô cơ: đo huỳnh quang theo hai phương pháp trực tiếp và gián tiếp. Phương pháp trực tiếp dựa trên phản ứng của chất phân tích với một tác nhân tạo phức để tạo ra một phức phát huỳnh quang. Phương pháp gián tiếp dựa trên sự giảm hay

tắt sự phát huỳnh quang của tác nhân do sự phản ứng của nó với chất phân tích. Sự tắt huỳnh quang đầu tiên được dùng để phát hiện anion. Để xác định cation, tác nhân sử

ạy

Kè

dụng để đo huỳnh quang chủ yếu là các hợp chất thơm có 2 hay nhiều nhóm cho khả năng huỳnh quang mà cho phép tạo phức với ion kim loại như 8-hidroxyquinolin.

/+ D

- Với hợp chất hữu cơ và sinh hoá: phổ huỳnh quang được ứng dụng để phân tích thực phẩm, thuốc chữa bệnh, mẫu bệnh phẩm và các hợp chất tự nhiên nhờ độ nhạy và chọn lọc của phương pháp.

- Đối với huỳnh quang nguyên tử có thể áp dụng để định lượng các kim loại có vạch cộng hưởng có cường độ đủ mạnh hay định lượng gián tiếp một số chất hữu cơ có tham gia tạo phức như S, P, Hal, ... Huỳnh quang nguyên tử có thể đạt độ nhạy đến 10-9(ppb).

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP QUANG HỌC KHÁC

1. Phương pháp đo chỉ số khúc xạ Hiện tượng khúc xạ ánh sáng: là hiện tượng khi ánh sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt, tia sáng bị bẻ gãy khúc (đổi hướng đột ngột) ở mặt phân cách.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

- Với các chất không huỳnh quang, có thể cho tác dụng với thuốc thử không huỳnh quang để tạo ra các dẫn xuất huỳnh quang hay dùng các thuốc thử có huỳnh quang để xác

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

- Do có độ nhạy và độ đặc hiệu cao nên có thể đo trực tiếp cường độ huỳnh quang và dùng phương pháp so sánh để định lượng các chất phát huỳnh quang mạnh.

Chỉ số khúc xạ(chiết xuất) của một chất so với không khí là tỷ số giữa giá trị sin của góc tới với giá trị sin của góc khúc xạ của tia sáng truyền từ không khí vào chất đó. Chỉ số khúc xạ thường được xác định bằng khúc xạ kế: được đo với chùm tiacó bước sóng tương ứng với vạch D của natri (589,3nm) và ở nhiệt độ 20±0,50C và được ký hiệu

hơ

n − no F

Trong đó: n và n0 là chỉ số khúc xạ của dung môi và dung dịch

F: là độ tăng chỉ số khúc xạ khi nồng độ tăng 1% (xác định bằng thực nghiệm)

/+ D

ạy

Kè

2. Phương pháp đo năng suất quay cực Chất quang hoạt là chất có khả năng quay mặt phẳng của các chùm tia phân cực đi qua nó. Hoạt tính của chất quang hoạt do cấu trúc của nó quyết định. Góc quay cực của một chất là góc mà mặt phẳng phân cực bị quay đi khi ánh sáng phân cực đi qua chất đó hoặc dung dịch chất đó. Nếu góc quay theo chiều kim đồng hồ là hữu tuyền(+), ngược lại là tả tuyền (-). Góc quay cực riênglà tỷ số góc quay cực đo được khi chiếu chùm tia đơn sắc ứng với vạch D (589,3nm) của đèn natri qua bề dày 1dm ở nhiệt độ 200C với tỷ trọng của chất lỏng (hay nồng độ dung dịch tính bằng g/ml). Góc quay cực riêng được ký hiệu là [α]D20 Góc quay cực của chất lỏng hay dung dịch được đo bằng phân cực kế.

Ứng dụng của phương pháp đo năng suất phân cực - Để định tính, thử tinh khiết của các chất khi biết góc quay cực riêng của chúng Để định lượng các dung dịch, nhất là dung dịch đường theo công thức sau:

us -

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

Ứng dụng của phương pháp đo chỉ số khúc xạ: + Kiểm tra độ tinh khiết của các chất lỏng, đặc biệt là tinh dầu chiết xuất từ dược liệu + Định lượng nồng độ dung dịch

x 100

C(kl/tt) =

α l. [α]20 D

trong đó α : góc quay cực đo được l: là bề dày dung dịch

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

là n20D

/+ D

hơ

Kè

ạy

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú