PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM ppt

TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG Thuyết điện từ của Maxwell Một điện tích dao động với một tần số sẽ làm xuất hiện một điện trường và một từ trường biến thiên cùng tần số.. TÍNH CHẤT HẠT C

PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM

Th.S Nguyễn Khắc Kiệm

Viện Sinh học – Thực phẩm Đại học Công Nghiệp, Tp.HCM

BÀI GIẢNG PHÂN TÍCH THỰC PHẨM

Phần Quang Phổ

11/1/2012 2

Tài liệu tham khảo

1. Hoàng Minh Châu, Từ Văn Mạc, Từ Vọng Nghi, Cơ Sở

Hóa Học Phân Tích, NXB Khoa học Kỹ Thuật, 2007

2. Nguyễn Thị Thu Vân, Phân tích định lượng, NXB ĐH

Quốc Gia TPHCM, 2004

3. Nguyễn Thị Thu Vân, Bài tập và sổ tay Phân tích định

lượng, NXB ĐH Quốc Gia TPHCM, 2006

4. F.W Fifield & D Kealey Principles and Practice of

Analytical Chemistry Blackwell Science 2000

5. S Suzanne Nielser Food Analysis Aspen Publication

2010

6. David Harvey, Modern Analyitical Chreymistry,

McGraw-Hill, 2000

ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG

Nguyên tắc

Dựa trên sự tương tác giữa bức xạ (nguồn) và vật chất

(mẫu) Tùy vào bản chất của vật chất và bức xạ, kết quả của sự tương tác thu được ở các tín hiệu hay đại lượng đo,

từ đó có thể định tính hay định lựơng mẫu đo

 Một số hiện tượng được giải thích tốt nhất bằng cách xem ánh sáng là sóng như: khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ…

 Tuy nhiên, một số hiện tượng lại được giải thích tốt bằng xem ánh sáng là hạt hay photon như: hấp thu, phát xạ…

 Do đó, bức xạ điện từ (ánh sáng) được mô tả bằng cả hai tính chất sóng và hạt

BẢN CHẤT CỦA ÁNH SÁNG:

LƢỠNG TÍNH SÓNG - HẠT

TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG

Thuyết điện từ của Maxwell

Một điện tích dao động với một tần số sẽ làm xuất hiện một

điện trường và một từ trường biến thiên cùng tần số Trường

tổng hợp của điện trường và từ trường gọi là trường điện từ Trường điện từ lan truyền trong không gian gọi là sóng điện

từ

TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG

 Trong sóng điện từ, điện trường E và từ trường H luôn luôn

có phương vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền của sóng điện từ (tại mỗi điểm cường độ điện

trường và cường độ từ trường tăng rồi giảm đối chiếu)

TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG

Một số đại lƣợng cơ bản:

 Vận tốc ánh sáng: vận tốc lan truyền của sóng điện từ trong chân không, c, giá trị 2.99792x108 ~ 3x108 m/s

 Chu kỳ: Thời gian thực hiện một dao động, T, đơn vị s

 Tần số: số dao động điện từ trong một giây, , đơn vị hertz (Hz)

 Bước sóng: khoảng cách giữa hai cực đại hoặc cực tiểu liên tục của sóng điện từ, , đơn vị: m, nm, cm, m…

 Số sóng: nghịch đảo của bước sóng, , đơn vị cm-1

 Cường độ ánh sáng: dòng năng lượng trong một đơn vị thời gian và đơn vị diện tích, kí hiệu I

TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG Một số công thức:

TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG

Ví dụ:

1 Vạch hấp thu của nguyên tố Na có bước sóng 589nm Hỏi

tần số và số sóng của bức xạ có giá trị bằng bao nhiêu?

TÍNH CHẤT HẠT CỦA ÁNH SÁNG

 Thuyết lƣợng tử Planck: Một dao động tử dao động với

tần số  chỉ có thể bức xạ hay hấp thụ năng lượng từng đơn

vị gián đoạn, từng lượng nhỏ một, nguyên vẹn, hay gọi

lượng tử năng lượng E

 Theo quan điểm hạt, bức xạ điện từ được xem là những

dòng hạt photon mang năng lượng lan truyền với vận tốc

TÍNH CHẤT HẠT CỦA ÁNH SÁNG

TÍNH CHẤT HẠT CỦA ÁNH SÁNG

 Công thức: E là năng lƣợng ánh sáng, đơn vị J, eV, cal

 Ví dụ:

1 Vạch hấp thu của nguyên tố Na có bước sóng 589nm Hỏi

năng lượng của vạch hấp thu này bằng bao nhiêu?

2 Vùng ánh sáng nhìn thấy có bước sóng nằm trong khoảng

400  800nm Năng lượng của vùng ánh sáng này?

3 Năng lượng của bức xạ có giá trị 3,42x10-20 J

Tính bước sóng, tần số và số sóng?

PHỔ ĐIỆN TỪ

 Phổ điện từ: sự phân chia bức xạ điện từ theo năng lượng

photon

PHỔ ĐIỆN TỪ

HẤP THU VÀ PHÁT XẠ ÁNH SÁNG

Một số khái niệm

 Trạng thái cơ bản: không có e ở mức năng lượng cao hơn

 Trạng thái kích thích: có e ở mức năng lượng cao hơn

 Sơ đồ mức năng lƣợng: đường nằm ngang biểu diễn các mức hoặc trạng thái năng lượng

 Chuyển mức năng lƣợng electron: dịch chuyển e giữa các mức năng lượng

 Hấp thu chọn lọc: năng lượng ánh sáng bằng với độ khác nhau giữa hai mức năng lượng

HẤP THU VÀ PHÁT XẠ CỦA ÁNH SÁNG

Sơ đồ mức năng lƣợng và quá trình hấp

thu và phát xạ ánh sáng Sự hấp thu chọn lọc

NĂNG LƢỢNG CỦA VẬT CHẤT

 Năng lượng phân tử là tổng các dạng năng lượng

E = Eđt+Edđ+ Eq

+ Eđt: Năng lượng điện tử của phân tử

+ Edđ: Năng lượng do những dao động gây bởi tương tác giữa các nguyên tử trong phân tử

+ Eq: Năng lượng do sự quay của các phân tử chung quay trong trục của nó

NĂNG LƢỢNG CỦA VẬT CHẤT

TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC BỨC XẠ VÀ VẬT CHẤT

 Khi chiếu bức xạ điện từ vào dung dịch chứa các phân tử thì bức xạ điện từ có thể bị, phản xạ, khúc xạ, khuyếch tán, truyền suốt hoặc bị hấp thu

 Phổ phân tử chính là ghi lại sự hấp thu bức xạ bởi phân tử

 Khi phân tử hấp thu bức xạ, chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng kích thích, nghĩa là bản thân nó đã thay đổi mức năng lượng:

∆E = Ekt – Ecb = ∆Eđt +∆Edđ+ ∆Eq

Và : ∆Eel > ∆Edđ> ∆Eq

SỰ HẤP THU BỨC XẠ CỦA VẬT CHẤT

 Khi năng lƣợng kích thích đạt giá trị 0,030,3 Kcal/mol

Trạng thái quay của phân tử bắt đầu bị kích thích nhưng trạng thái dao động và trạng thái điện tử vẫn không đổi Lúc này ta thu được phổ quay có bước sóng dài ở vùng hồng ngoại xa

 Khi năng lƣợng kích thích tăng lên 0,3  12 Kcal/mol

Trạng thái điện tử của phân tử cũng chưa bị kích thích nhưng trạng thái dao động bắt đầu bị kích thích Những photon

tương ứng với biến thiên năng lượng dao động có bước sóng vào cở: λ= 2500nm- 0,1mm ứng với bức xạ vùng hồng ngoại Lúc này ta có phổ thu được là phổ dao động

 Khi kích thích các điện tử với năng lƣợng cao hơn, vào khoảng vài chục đến vài trăm Kcal/mol

Thì lúc đó trạng thái điện tử bắt đầu bị kích thích Bức xạ lúc đó ứng với vùng khả kiến và tử ngoại

 Khi bức xạ bị hấp thu làm ảnh hưởng trạng thái điện tử của phân tử Phổ thu được có tần số

PHỔ HẤP THU

 Đường biểu diễn sự giảm năng lượng bức xạ (A, T) theo đại lượng đặc trưng của bức xạ (như độ dài sóng, tần số hay số sóng) khi bức xạ chiếu qua mẫu gọi là phổ hấp thu

 Vật hấp thu ở dạng nguyên tử hay phân tử ta có phổ hấp thu

nguyên tử hay phân tử tương ứng

 Tần số bức xạ bị hấp thu có ý nghĩa đặc trưng cho cấu trúc vật chất Nghiên cứu tần số hấp thu trên phổ để nhận diện hay định tính mẫu Dựa vào phổ hấp thu có thể định lượng

mẫu

PHỔ HẤP THU

Hơi nguyên tố Cu

SỰ PHÁT XẠ CỦA VẬT CHẤT

 Vật chất ở dạng nguyên tử hay phân tử, nhận năng lượng

bức xạ thích hợp, chuyển mức năng lượng thấp (bền) lên

mức năng lượng cao hơn (kém bền), có khuynh hướng trở lại mức năng lượng thấp hơn và có thể phát ra bức xạ, đó là

hiện tương phát xạ

 Sự phát xạ: Phải thay đổi năng lượng cao hơn bình thường, lúc đó vật thể phát xạ ánh sáng, có sự biến đổi năng lượng điện tử

 Ví dụ: Phổ huỳnh quang, phổ AES

Phổ nguyên tử Hydro

Các phương pháp quang phổ

Quang phổ hấp thu (Absorption Spectroscopy)

1/ Phương pháp tử ngoại- khả kiến: UV/VIS spectrophotometry 2/ Phương pháp hồng ngoại (Infrared spectrophotometry)- IR

Định lượng và định tính (IR- cấu trúc của phân tử, xác định

được các kiểu liên kết hóa học, đồng phân,

3/ Phương pháp cận hồng ngoại (near infrared (NIR)

 Xác định hàm lượng

4/ Phương pháp hấp thu nguyên tử Plasma – ICP

5/ Phương pháp hấp thu nguyên tử (Atomic absorpsion

spectrophotometry)-AAS

Các phương pháp quang phổ

Quang phổ phát xạ (Emission Spectroscopy)

7/ Phương pháp quang phổ ngọn lửa (Flame photometry)

Phương pháp phân tích phổ nguyên tử

a/ Phổ phát xạ nguyên tử

b/ Phổ hấp thu nguyên tử

c/ Phổ huỳnh quang nguyên tử

 Đây là phổ do sự chuyển mức năng lượng của các điện tử hóa trị của nguyên tử ở trạng thái khí (hơi) tự do, khi bị

kích thích mà sinh ra

 Phổ nguyên tử là phổ vạch

 nguyenkhackiem

Phương pháp phân tích phổ phân tử

a/ Phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV-VIS

b/ Phổ hồng ngoại ( IR, NIR)

c/ Phổ tán xạ Raman

 Phổ này được quyết định bởi các điện tử hóa trị của

nguyên tử ở trong phân tử, đó là những điện tử hóa trị nằm trong liên kết hay một cặp còn tự do, chuyển mức năng lượng khi bị kích thích

 Phổ phân tử là phổ dải