9/13/2020 1 PHÂN TÍCH HÓA LÝ THỰC PHẨM 1 TS DƯƠNG HỮU HUY PHONE 0987 513 138 EMAIL huydh@hufi edu vn duonghuuhuy@yahoo com vn Nội dung môn học • Chương 1 Đại cương về phân tích hóa lý thực phẩm (4,0,8[.]
9/13/2020 Nội dung mơn học PHÂN TÍCH HĨA LÝ THỰC PHẨM • Chương 1: Đại cương phân tích hóa lý thực phẩm (4,0,8) • Chương 2: Các phương pháp phân tích hóa TS DƯƠNG HỮU HUY PHONE: 0987.513.138 EMAIL: huydh@hufi.edu.vn duonghuuhuy@yahoo.com.vn lý (8,0,16) • Chương 3: Phân tích số tiêu thực phẩm (18,0,36) Chương 2: Các phương pháp phân tích hóa lý • Phương pháp điện • Phương pháp quang học – Phương pháp khúc xạ kế – Phương pháp UV-VIS – Phương pháp AAS • Phương pháp sắc kí Phổ hấp thu phân tử UV-VIS Phổ điện từ trường Cơ sở phổ hấp thu phân tử UV-VIS (Định luật Lambert – Beer) Thiết bị quang phổ UV-VIS Ứng dụng Phương pháp đường chuẩn 9/13/2020 Phổ điện từ trường Tính chất ánh sáng Vùng ánh sáng khả kiến Sự hấp thu phát xạ xạ điện từ Higher energy • Photons: có đồng thời tính chất sóng hạt E h h c E is the energy of the photon in joules h is Planck's constant (6.624 x 10-34 joule seconds) is the frequency of the radiation Absorption Emission E = h Lower energy • Sự hấp thu: trình vật chất nhận lượng ánh sáng chuyển lên trạng thái lượng cao • Sự phát xạ: q trình vật chất chuyển từ trạng thái lượng cao trạng thái lượng thấp, đồng thời phát lượng xạ (photon) Nhớ: = c/λ 9/13/2020 PHỔ HẤP THU PHÂN TỬ PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THU PHÂN TỬ • Phương pháp phổ tử ngoại – khả kiến (UV– Vis: Ultraviolet-Visible) => Phương pháp trắc quang • Đường biểu diễn độ hấp thu A, ε vào độ dài sóng (bước sóng ʎ) chất phân tích gọi phổ hấp thu phân tử (Mối quan hệ độ hấp thu bước sóng) • Phổ hấp thu phân tử có dạng PHỔ ĐÁM! • UV (200-350 nm) – Vis (350-700 nm) • Nguyên tắc: dựa khả hấp thu ánh sáng (bức xạ) hợp chất (khả phụ thuộc vào cấu trúc hóa học hợp chất đó!) Quan sát hình sau 10 Định luật Lambert-Beer • Độ truyền qua • Độ hấp thu 9/13/2020 A = LC Định luật Lambert-Beer • Mối quan hệ độ hấp thu, A với nồng độ, C chiều dài, l A = ε.l.C • Phát biểu định luật Lambert Beer: Trong dd đồng đẳng hướng độ hấp thu quang học tỷ lệ với nồng độ dd bề dày (chieu dai) dd • Cơ sở định lượng pp phổ hấp thu! A Co Nồng độ Mối liên hệ A C 14 Nguyên nhân gây sai lệch định luật MÁY QUANG PHỔ UV-VIS Sai lệch dụng cụ đo: độ đơn sắc xạ điện từ ảnh hưởng khác thiết bị đo độ hấp thu Sai lệch hóa học: biến đổi hóa học chất phân tích pha lỗng dd, phân ly chất phân tích, ảnh hưởng pH, nhiệt độ… Máy quang phổ UV-Vis, Jasco V-750 16 9/13/2020 Sơ đồ cấu tạo thiết bị quang phổ UV-Vis 18 17 Nguồn sáng (nguồn xạ) Đèn Tungsten • Vai trị: Cung cấp nguồn xạ thích hợp cho q trình đo • Bức xạ cung cấp nguồn sáng thường chùm xạ đa sắc, bao trùm khoảng rộng phổ • Là nguồn sáng dùng phổ biến máy quang phổ • Cung cấp xạ từ 330 – 900 nm (bức xạ vùng khả kiến) • Cấu tạo: Đèn có dây tóc làm dây kim loại Tungsten đặt bóng thủy tinh chứa đầy khí trơ (Neon or Argon) • Hoạt động: Với U=6 v cường độ lớn, dây tóc Tungsten bị nung đỏ đưa khí trơ lên trạng thái kích thích phát xạ • Thời gian hoạt động đèn khoảng 1200 19 20 9/13/2020 Đèn Hydro/Deuterium Bộ đơn sắc • Là nguồn sáng cung cấp xạ tử ngoại liên tục từ 200 – 450 nm • Cấu tạo: dây tóc Tungsten anode đặt đối diện hộp kim loại Niken Vỏ đèn làm vật liệu thạch anh Bên chứa đầy khí D2 • Hoạt động: hồ quang tạo từ dây tóc anode kích thích phân tử D2, phân tử D2 trở trạng thái phát xạ (tử ngoại) • Thời gian hoạt động khoảng 500 • Vai trò: tách chùm xạ đa sắc thành tia đơn sắc • Có hai loại thích bị phổ biến lăng kính cách tử White Light Gratings 21 22 Buồng đo (bộ phận chứa mẫu) • Buồng đo khoang tối, bên đặt phận chứa mẫu – cuvette • Cuvette làm nhựa, thủy tinh hay thạch anh Chiều dài thường cm (chiều dài l định luật Lambert-Beer) • Cuvette thủy tinh dùng vùng Vis, cuvette thạch anh dùng vùng UV Vis • Sử dụng cuvette kĩ thuật: • Đặt cuvette vào khe đo cho mặt sáng cuvette HỨNG đường truyền tia sáng/ 23 24 9/13/2020 Đầu dò mảng diod (Diode Array Detectors) Bộ phận detector • Vai trị: Ghi nhận biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện • Cường độ dịng điện thu tỉ lệ với lượng xạ tới bề mặt catot tế bào quang điện, ống nhân quang mảng diod 25 Bộ phận xử lý tín hiệu điều khiển 26 Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ chùm tia • Vai trị: ghi nhận xử lý số liệu Giao diện người sử dụng thiết bị • I0 đo thời điểm ban đầu trình đo 27 28 9/13/2020 Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ chùm tia ỨNG DỤNG CỦA PP PHỔ HẤP THU PHÂN TỬ • Nhiều lĩnh vực: thực phẩm, dược, mơi trường… I0 • Trong thực phẩm: – Protein, glucid… – Thành phần khoáng đa lượng vi lượng – Vitamin I – Chất tạo màu, chất bảo quản • Là detector quan trọng phổ biến kết hợp với phương pháp sắc kí • I0 đo đồng thời suốt trình đo/ 30 29 PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ UV-VIS Cơ sở định lượng • Dựa vào khoảng tuyến tính định luật LambertBeer (là khoảng nồng độ mà mối quan hệ độ hấp thu nồng độ tuyến tính với nhau) • Ngun tắc sở định lượng phương pháp • Phương pháp so sánh • Phương pháp so sánh thêm chuẩn • Khi chiếu chùm tia đơn sắc (ʎmax) qua dung dịch đồng đẳng hướng cường độ hấp thu A tỉ lệ thuận với nồng độ phân tử hấp thu dung dịch • Phương pháp đường chuẩn • Phương pháp đường thêm chuẩn • Phương pháp vi sai A = ε.l.C • Phương pháp chuẩn độ trắc quang 31 32 9/13/2020 Nguyên tắc định lượng • Chất phân tích X xử lý để tách khỏi mẫu (Bước xử lý mẫu) Vd: • Chuẩn bị dung dịch chuẩn chất X (điểm chuẩn đường chuẩn) Nồng độ chất chuẩn nằm khoảng tuyến tính định luật Lambert-Beer • Thực phản ứng tạo màu cho chất X (nếu có) Phản ứng tạo màu thực tương tự chuẩn mẫu Vd: • Xác định bước sóng có độ hấp thu cực đại (bước sóng hấp thu cực đại - ʎmax) • Đo quang (độ hấp thu) mẫu chuẩn theo qui trình tối ưu phép đo • Tính tốn kết Suy hàm lượng chất X có mẫu / Cách xác định ʎmax thực hành • Chuẩn bị dung dịch màu chất phân tích X (thơng thường bình chuẩn có nồng độ lớn nhất) λmax 33 34 Phương pháp so sánh với chuẩn Ví dụ • Pha dung dịch có nồng độ Cc Thực lên màu đo quang Ac • Pha dung dịch mẫu có nồng độ Cx (chưa biết) Thực lên màu đo quang Ax • Tính kết quả: A C • Để xác định Pb mẫu thực phẩm, ta tiến hành cân 5g mẫu, hòa tan thành dd, sau tiến hành tạo phức với thuốc thử dithizon, phức Pbdithizon tan CH3Cl Chiết phức CH3Cl, dd sau chiết định mức thành 25ml Dd chuẩn chuẩn bị tương tự dd mẫu, chứa 10µgPb/25ml Độ hấp thu (tại λmax =545nm) chuẩn mẫu Ac=0.320, As=0.225 Tính hàm lượng Pb (mg/kg)? Cx x c Ac 35 36 9/13/2020 Phương pháp so sánh với chuẩn Ví dụ • Để xác định Pb mẫu thực phẩm, ta tiến hành cân 5g mẫu, hịa tan thành dd, sau tiến hành tạo phức với thuốc thử dithizon, phức Pb-dithizon tan CH3Cl Chiết phức CH3Cl, dd sau chiết định mức thành 25ml Thực dd chuẩn tương tự mẫu, dd chứa 6.25µg/25ml dd chứa 12.5µg/25ml Độ hấp thu (tại λmax=545nm) dd mẫu dd chuẩn là: As = 0.225; Ac1= 0.160 Ac2=0.323 Tính hàm lượng Pb (mg/kg)? • Chuẩn bị dung dịch chuẩn có nồng độ cho C1 < Cx < C2 • Thực lên màu dung dịch chuẩn dung dịch mẫu • Đo quang dung dịch trên: A1 < Ax < A2 • Tính kết quả: C C1 C x C1 ( Ax A1 ) A2 A1 37 Nhận xét phương pháp so sánh • Nồng độ dung dịch mẫu dung dịch chuẩn phải nằm khoảng tuyến tính định luật Lambert-Beer • Đơn giản • Thuận lợi số lượng mẫu (*Khi lượng mẫu nhiều nên sử dụng pp đường chuẩn) • Để kết xác nồng độ chất chuẩn gần với nồng độ mẫu tốt 38 Phương pháp thêm chuẩn • Thêm vào dd cần xác định (Cx, chưa biết) lượng chất chuẩn có nồng độ biết (Cc) • Độ hấp thu quang dd mẫu so sánh với dd có thêm lượng chất chuẩn có nồng độ xác định • Có kỹ thuật chính: – PP so sánh thêm chuẩn – PP đường thêm chuẩn 39 40 10 9/13/2020 Phương pháp so sánh thêm chuẩn Phương pháp thêm chuẩn thích hợp: • Chuẩn bị bđm có V Lấy V dd mẫu vào bđm (b1 b2) • B1: dd mẫu có nồng độ Cx, thực lên màu, đo quang Ax • B2: thêm lượng xác dd chuẩn biết trước nồng độ Cc (bình có nồng độ Cx+c), thực lên màu, đo quang Ax+c • B3: nước cất, thực lên màu DD dùng làm dd so sánh (Lưu ý: B3 cịn dùng dd mẫu làm dd so sánh, không thêm thuốc thử lên màu nào!) – Không biết thành phần mẫu – Mẫu phức tạp – Loại bỏ ảnh hưởng – Xác định hàm lượng nhỏ 41 • Tính kết quả: C x Cc Ví dụ Ax Ax c Ax • Lấy 20 ml dd mẫu có chứa Fe, thực phản ứng lên màu với thuốc thử 1,10-phenaltroline, định mức thành 50 ml Đo A 510 nm 0.225 • Lấy 20 ml mẫu khác thêm ml dd Fe chuẩn 10 mg/L, thực phản ứng lên màu tương tự định mức thành 50 ml Đo A 0.358 • Tính nồng độ Fe dd mẫu • Vì Cx tính theo cơng thức nồng độ X bđm V ml Tức mẫu bị pha lỗng so với ban đầu, gọi Co, Vo nồng độ thể tích ban đầu thì: Co 42 C x Vo Vx 43 44 11 9/13/2020 STT Bình Bình Bình Bình Thể tích Vx Vx Vx mẫu, ml Thể tích 0 V1 V2=2.V chuẩn, ml Thuốc x x x x thử Định mức đến vạch mức nước cất! ABS Ax Ax+1 Ax+2 C Cx=? C1 C2 Phương pháp đường thêm chuẩn • Chuẩn bị dung dịch mẫu (4 bình) có nồng độ mẫu Cx • Lần lượt thêm dung dịch chuẩn vào bình với nồng độ tăng dần • Thực phản ứng lên màu • Chuẩn bị dd mẫu trắng (blank): • Đo độ hấp thu quang • Xây dựng đường phụ thuộc A theo C, thu phương trình hồi qui y=ax+b => Cx cần tìm/ Bình Vx V3=3.V x Ax+3 C3 *Không vẽ điểm 0:0 phương pháp đường thêm chuẩn 45 46 Đồ thị đường thêm chuẩn A Dd cần xác định Cx Dd chuẩn Cc Vc Vx Cx Không thêm chuẩn Cx + ∆C2 Cx + ∆C1 Nồng độ mẫu Nồng độ thêm vào Cx + ∆C3 47 48 12 9/13/2020 Ví dụ Phương pháp đường chuẩn • Xác định Fe mẫu nước sông pp thêm chuẩn sau: Rút 20 ml mẫu cho vào bđm 50 ml Sau thêm lượng chất chuẩn có nồng độ 0.1,0.2,0.3,0.4 ppm vào bình số 2,3,4,5 Thêm thuốc thử định mức lên 50 ml Sau tiến hành đo quang A: • Là kỹ thuật định lượng phổ biến nhất! • Dùng đường chuẩn để tính tốn nhiều mẫu • Nhược điểm: gây sai số mẫu phức tạp, hàm lượng chất phân tích mẫu thấp - Ưu điểm: Thuận lợi để phân tích hàng loạt mẫu STT 0.056 0.130 0.224 0.303 0.371 chất loại đối tượng mẫu C ppm A => Nhanh chóng! 49 • Qui trình: • Chuẩn bị từ 5- dd chuẩn có nồng độ tăng dần, nằm khoảng tuyến tính định luật Lambert-Beer • Thực phản ứng lên màu • Đo độ hấp thu quang A • Xây dựng đường chuẩn y=ax+b, phương trình hồi qui đường phụ thuộc A C • Đối với mẫu: Lấy V ml mẫu cho vào bđm, thực phản ứng lên màu => Đo độ hấp thu Ax • Áp vào phương trình đường chuẩn thu Cx Cx Ax b a 50 STT Thể tích chuẩn, ml (A ppm) Thể tích mẫu, ml Bình Bình Bình Bình Bình V1 V2 V3 V4 Bình V5 Bình X 0 0 0 V Thuốc thử x x x Định mức tới vạch mức nước cất! x x x x ABS C A3 C3 A4 C4 A5 C5 Ax Cx 0 A1 C1 A2 C2 *Thông thường, xây dựng đường chuẩn cần vẽ điểm 0:0! 51 52 13 9/13/2020 ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN ĐỘ HẤP THỤ A THEO NỒNG ĐỘ Fe(II) Phương pháp dãy chuẩn Độ hấp thu A 0.5 0.3 0.2 y = 0.3888x + 0.0041 0.1 R = 0.9978 0.4 0.5 1.5 Fe(II) ppm 53 Ví dụ • Xác định Fe thịt bò: Cân g mẫu hòa tan hỗn hợp acid mạnh Sau cho tồn vào bình 100 ml định mức nước Rút 25 ml mẫu cho vào bđm 50 ml, thêm thuốc thử cần thiết, sau đo quang A = 0.245 • Chuẩn bị dãy chuẩn Fe(II) bđm 50 ml thực lên màu tương tự mẫu đo quang A thu dãy chuẩn sau: STT V ml (10ppm) C A 0.074 0.153 0.247 0.315 • Tính hàm lượng có thịt bò? 55 54 Hướng dẫn sử dụng Casio lập ptđc 56 14 9/13/2020 Hướng dẫn sử dụng excel lập ptđc Bài tập • Câu 1: Trong pp phổ UV-Vis, vùng khả kiến có bước sóng là: • Câu 2: Trong pp phổ UV-Vis, vùng tử ngoại có bước sóng là: • Câu 3: Trong nước, anline (C6H5NH2) có λmax 280 nm, ε=1430 l/mol.cm Tính khối lượng aniline cần thiết để pha 100 ml dd aniline có độ truyền suốt 30% (biết l = 1cm) 57 VD1: 15 mg mẫu hợp chất cần phân tích A có trọng lượng phân tử 384.63 hòa tan nước pha lỗng đến vạch bình định mức 50 mL Lấy mL dung dịch cho vào bình định mức 100 mL pha lõang đến vạch Nồng độ dung dịch (mol/L) bình định mức 50 mL ? Nồng độ dung dịch (mol/L) bình định mức 100 mL ? Dung dịch bình định mức 100 mL cho vào cuvet 5.0 cm đo độ hấp thu bước sóng 496 nm 0.634 Tính hệ số hấp thu phân tử bước sóng • Câu 4: Viết ptđc có liệu bảng dưới: • Câu 5: Tính nồng độ bình bảng Bdm 50 ml V ml (10ppm) Định mức thành 50 ml C, ppm 59 60 15 9/13/2020 VD2: Để xác định nồng độ chất A mẫu phân tích, nhân viên phân tích thực sau: Lấy 25 mL mẫu cần xác định cho vào bình định mức 50 mL (thực p/ư lên màu) đo độ hấp thu bước sóng 496 nm 0.463 Tính nồng độ chất A (ppm) mẫu cần xác định biết dãy chuẩn bình định mức 50 mL sau: Bình định mức 50 mL Thế tích chất A nồng độ ppm (mL) Độ hấp thu bước sóng 496 nm 0.2 0.232 0.4 0.487 0.6 0.688 0.8 0.939 1.0 1.165 61 16