Phổ tử ngoại và khả kiến (UV-VIS)

Phương pháp Phổ tử ngoại và khả kiến UV-VIS

Tổng quan

Đầu thế kỷ 19, hầu hết phân tích hóa học định lượng đều

sử dụng phương pháp trọng lượng (gravimetry method) hoặc phương pháp chuẩn độ (titrimetry method) Với những phương pháp này đều đạt được nồng độ đúng (accuracy) cao, nhưng khó có thể xác định được những thành phần hợp chất có nồng độ thấp trong nước, Trong suốt thời gian này nhiều nghiên cứu được bắt đầu để mở rông khả năng phân tích định lượng đặc biệt các yếu tố vết trong môi trường Một trong số những phát minh đó

là phương pháp so sánh màu quang phổ

Đầu thế kỷ 19, hầu hết phân tích hóa học định lượng đều sử dụng phương pháp trọng lượng (gravimetry method) hoặc phương pháp chuẩn độ (titrimetry method) Với những phương pháp này đều đạt được nồng độ đúng (accuracy) cao, nhưng khó có thể xác định được những thành phần hợp chất có nồng độ thấp trong nước, Trong suốt thời gian này nhiều nghiên cứu được bắt đầu để mở rông khả năng phân tích định lượng đặc biệt các yếu tố vết trong môi trường Một trong số những phát minh đó là phương pháp so sánh màu quang phổ.

Lịch sử nghiên cứu quang phổ

Quang phổ là một môn học chính yếu trong thiên văn học, nó đã được ứng dụng thành công để nghiên cứu về khí quyển trong hành tinh chúng ta Cách đây

200 năm, Joseph von Fraunhofer (1787-1826) lần đầu tiên sản xuất máy đo quang phổ mà tính năng không có gì sánh kịp lúc bầy giờ Ông ấy có thể xác định chính xác độ dài bước sóng của nhiều vạch Tuy nhiên, trong thời gian này ông không hiểu được những cơ sở vật lý và ý nghĩa về những vấn đề mà ông đã khám phá ra

Thành tựu quan trọng kế tiếp về “Fraunhofer lines” là quá trình tìm ra nguyên lý của sự hấp thụ và phát xạ vào năm 1859 với sự cộng tác của nhiều nhà vật lý nổi tiếng như gustav R Krichhoff và Robert W Bunsen tại Heidelberg Thiết bị mà họ sử dụng là

“Spektralapparat”, họ ghi nhận được quá trình phát

xạ rất đặc biệt của nhiều nguyên tố khác nhau Với phương pháp này họ đã tiếp tục khám phá ra 2 nguyên tố mới là Casium và Rubidium, họ chiết được một lượng rất nhỏ (7g) từ 44.0000 lít nước khoáng gần núi Bad Nauheim, Đức Sự khám phá này là nền tảng cho sự khám phá tiếp theo về sự hấp thụ và phát

xạ của hấp thụ phân tử

Năm 1879 Marie Alfre Comu thấy rằng, những tia có bước sóng ngắn của bức xạ mặt trời trên bề mặt trái đất bị hấp thụ bởi khí quyền Một năm sau đó, Walther Noel Hartley mô tả rất tỉ mỉ về sự hấp thụ UV của O3với độ dài có bước sóng 200 và 300 nm và nó trở nên

rõ ràng hơn khi họ phát hiện ra rằng O3 chứa đầy trong bầu khí quyển Năm 1880, Chappuis khám phá ra sự hấp thụ trong vùng khả kiến (400-840nm) Năm 1925, Dobson phát hiện một máy quang phổ mới rất ổn định

sử dụng lăng kính bằng thạch anh

Giới thiệu

Phổ tử ngoại và khả kiến, viết tắt là UV-VIS

(ultraviolet-Visible) là phương pháp phân tích được sử

mức năng lượng cao hơn, đòi hỏi phải hấp thụ năng lượng

từ bên ngoài.

- Các electron nằm ở obitan liên kết σ nhảy lên obitan phản liên kết σ* có mức năng lượng cao nhất, ứng với bước sóng 120 – 150 nm, nằm ở vùng tử ngoại xa Các electron π và các electron p (cặp electron tự do) nhảy lên obitan phản liên kết π* có mức năng lượng lớn hơn, ứng với bước sóng nằm trong vùng tử ngoại 200 – 400

nm hay vùng khả kiến 400 – 800 nm tùy theo mạch liên hợp của phân tử Phổ tử ngoại và khả kiến liên quan

chặt chẽ đến cấu tạo, nối đôi liên hợp và vòng

thơm Được ứng dụng rộng rãi

Cơ sở lý thuyết

1 Bước chuyển dời năng lượng

Ở điều kiện bình thường, các electron trong phân tử nằm ở trạng thái cơ bản, khi có

ánh sáng kích thích với tần số v thích hợp thì các electron này sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển lên các trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn Theo cơ học lượng tử, ở trạng thái cơ bản các electron được sắp đầy vào các obitan liên kết σ, π hay n có mức năng lượng thấp, khi bị

kích thích sẽ chuyển lên các mức năng lượng cao hơn:

Sự hấp thụ bức xạ và màu sắc của các chất

Phân loại dải hấp thụ

Các chuyển dịch và hiệu ứng

Nguyên lý Franck - Condon

Định luật Lambert - Beer

Sơ đồ mô tả sự hấp thụ ánh sáng của một dung dịch

Nguyên lý cấu tạo máy quang phổ

Sơ đồ mô phỏng cấu tạo máy quang phổ

Dạng phổ UV - VIS

Một số phổ hấp thụ tử ngoại

1- Hơi natri; 2- Hơi benzen; 3- Benzen trong hexan

Phổ tử ngoại của metyl propinyl xeton

Phổ tử ngoại của -carotene trong dung môi n-hexan, etanol

Phân giải phổ UV – VIS

Sử dụng phương pháp trắc quang trong định lượng hóa học

Phương pháp so sánh

Phương pháp thêm chuẩn

Phương pháp sử dụng đồ thị

Phương pháp đường chuẩn

Một số thiết bị chính trong phân tích quang phổ

* Ưu – Nhược điểm của phương pháp quang phổ hấp

thụ phân tử UV-Vis

Phương pháp này đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị phân tích chuyên dụng đôi khi rất đắt tiền và đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ cao Tuy nhiên nó có những ưu điêm sau:

• Cho phép định lượng đa số các ion vô cơ và hợp chất hữu

cơ nhờ phản ứng tạo phức màu thích hợp

• Độ nhạy khá cao, thích hợp cho phân tích các cấu tử vi lượng

• Có tính chọn lọc nhờ khả năng lựa chọn bước sóng thích hợp để đo độ hấp thụ

• Thao tác khá đơn giản, nhanh chóng, thích hợp phân tích hàng loạt mẫu

Ứng dụng phổ tử ngoại – khả kiến

Phương pháp phổ tử ngoại và khả kiến có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực phân tích định tính, phân tích cấu trúc phân tử

và phân tích định lượng Nguyên tắt của phương pháp phân tích định lượng là dựa vào mối quan hệ giữa mật độ quang và nồng độ dung dịch theo định luật Lambert – Beer Ưu điểm của phương pháp quang phổ tử ngoại và khả kiến trong phân tích định lượng là có độ nhạy cao, có thể phát hiện được một lượng nhỏ chất hữu cơ hoặc ion vô cơ trong dung dịch, sai số tương đối nhỏ (chỉ 1 đến 3%).

Ngoài ra, nó cũng còn được sử dụng để xác định hằng số cân bằng, hằng số phân li và

nghiên cứu động.

Hiện nay phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

được ứng dụng rộng rãi trong phân tích thực phẩm, trong

nghiên cứu khoa học, kiểm tra chất lượng nguyên liệu và sản phẩm ở các cơ sở sản xuất để phân tích các cấu tử vi lượng và vết.

Trong công nghệ sản xuất bia, máy quang phổ được ứng dụng để xác định độ màu của nguyên liệu cũng

như bia thành phẩm, thành phần đạm amin, đường

khử, hàm lượng polyphenol, hàm lượng chất đắng

và diacecyl…Ngoài ra, người ta còn sử dụng

phương pháp so màu trong phân tích các kim loại

nặng như: Cr, As, Zn…