Giáo trình các phương pháp phân tích hóa lý

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Bùi Xuân Vững (Chủ biên) - Võ Thắng Nguyên GIÁO TRÌNH CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HĨA LÝ ĐÀ NẴNG - NĂM 2023 Lời nói đầu Giáo trình biên soạn nhằm giúp học viên cao học có tài liệu học tập thức để hồn thành học phần “Các phương pháp phân tích hóa lý” Nội dung giáo trình viết theo đề cương học phần “Các phương pháp phân tích hóa lý” chương trình đào tạo cao học hóa học Giáo trình dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên cán nghiên cứu chuyên ngành có sử dụng phân tích sinh học, mơi trường, hố thực phẩm, hố dầu,… Giáo trình cung cấp cho người học kiến thức chun sâu phương pháp phân tích hố lý đại sử dụng rộng rãi bao gồm: Các phương pháp quang phổ, phương pháp điện hóa đại phương pháp tách sắc ký – điện di mao quản để áp dụng thực tiễn vận dụng nghiên cứu khoa học Giáo trình nhằm mục tiêu giúp người học có tảng vững phân tích để học tập học phần khác chương trình đào tạo bậc học sau đại học Trong trình biên soạn giáo trình này, chúng tơi chân thành cảm ơn đồng nghiệp bỏ thời gian đọc góp ý kiến q báu cho giáo trình Chúng tơi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tác giả tài liệu tham khảo để viết giáo trình Mặc dù cố gắng biên soạn giáo trình chắn cịn nhiều khiếm khuyết Chúng mong nhận ý kiến phản hồi từ độc giả Xin chân thành cảm ơn Đà Nẵng, tháng 02-2023 Chủ biên, TS Bùi Xuân Vững Mục lục Phần A CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG HỌC Chương PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ 1.1 Giới thiệu phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 1.2 Thiết bị đo quang UV-Vis 1411 1.3 Ứng dụng phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 2219 Câu hỏi tập……………………………………………………………….39 Chương PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÂN TỬ HUỲNH QUANG VÀ LÂN QUANG 483 2.1 Các trình vật lý phân tử hấp thụ hồi phục lượng 483 2.2 Thiết bị đo huỳnh quang lân quang 593 2.3 Ứng dụng phương pháp huỳnh quang lân quang 59 2.4 Phương pháp phát quang hoá học 7265 Câu hỏi tập……………………………………………………………….68 Chương PHỔ HỒNG NGOẠI CHUYỂN HĨA FOURIER………………… .71 3.1 Phân tích Fourier 781 3.2 Thiết bị hồng ngoại chuyển hóa Fourrier 802 3.3 Những ưu điểm thiết bị đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier 913 3.4 Các loại thiết bị IR không tán xạ khác………………………………… 84 3.5 Ứng dụng phổ IR phân tích 9586 Câu hỏi tập……………………………………………………………….89 Chương PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ VÀ HUỲNH QUANG NGUYÊN TỬ 1012 4.1 Giới thiệu phương pháp phổ nguyên tử 1012 4.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 10999 4.3 Các kỹ thuật phân tích phương pháp AAS 1221 4.4 Phạm vi ứng dụng AAS 12614 4.5 Phương pháp huỳnh quang nguyên tử 12615 Câu hỏi tập…………………………………………………………… 118 Chương PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ 13120 5.1 Phương pháp plasma cao tần cảm ứng – đo phát xạ quang (ICP-OES) 13120 5.2 Các kiểu thiết bị ICP-OES 14028 5.3 Các yếu tố cản trở ICP-OES 14330 5.4 Phương pháp phổ phát xạ plasma cao tần ghép nối khối phổ (ICP-MS) 1431 5.5 Ứng dụng phương pháp quang phổ phát xạ ICP-MS 15037 Câu hỏi tập………………………………………………………… …142 Phần B CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HĨA Chương PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ Error! Bookmark not defined.44 6.1 Nguyên tắc chung phương pháp đo Error! Bookmark not defined.44 6.2 Các loại điên cực so sánh Error! Bookmark not defined.45 6.3 Điện cực thị kim loại Error! Bookmark not defined.48 6.4 Điện cực thị màng Error! Bookmark not defined.1 6.5 Các loại cảm biến hoá học trạng thái rắn Error! Bookmark not defined.63 6.6 Các hệ thống điện cực chọn lọc phân tử Error! Bookmark not defined.67 6.7 Chuẩn độ đo Error! Bookmark not defined.69 Câu hỏi tập ………………………………………………… ….171 Chương PHƯƠNG PHÁP ĐO DÒNG-THẾ Error! Bookmark not defined.74 7.1 Thiết bị phương pháp đo dòng-thế Error! Bookmark not defined.74 7.2 Phương pháp voltammetry thuỷ động lực Error! Bookmark not defined.0 7.3 Phương pháp cực phổ Error! Bookmark not defined.3 7.4 Phương pháp cực phổ xung Error! Bookmark not defined.88 7.5 Phương pháp voltammetry vòng Error! Bookmark not defined.2 7.6 Phương pháp voltammetry hoà tan 196 Câu hỏi tập………………………………………………………… ….203 Chương PHƯƠNG PHÁP ĐO AMPERE VÀ ĐO ĐIỆN LƯỢNG Error! Bookmark not defined.05 8.1 Phương pháp đo ampere Error! Bookmark not defined.06 8.2 Phương pháp đo điện lượng Error! Bookmark not defined.16 8.3 Chuẩn độ điện lượng Error! Bookmark not defined.1 8.4 Phương pháp Karl Fischer xác định nước Error! Bookmark not defined.25 Câu hỏi tập…………………………………………………………… 230 Phần C CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮC KÝ Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ Error! Bookmark not defined.33 9.1 Khái niệm sắc ký Error! Bookmark not defined.3 9.2 Tốc độ dịch chuyển chất tan Error! Bookmark not defined.39 9.3 Sự trải rộng dải chất tan hiệu lực cột tách Error! Bookmark not defined.42 9.4 Tối ưu hoá hiệu lực cột tách Error! Bookmark not defined.51 9.5 Các ứng dụng sắc ký Error! Bookmark not defined.3 Câu hỏi tập………………………………………………………… ….259 Chương 10 PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ KHÍ (GC) Error! Bookmark not defined.2 10.1 Q trình tách sắc ký khí Error! Bookmark not defined.2 10.2 Tiêm mẫu phân tích Error! Bookmark not defined.78 10.3 Bộ phận dị tìm Error! Bookmark not defined.1 10.4 Sắc ký khí ghép nối khối phổ Error! Bookmark not defined.86 10.5 Các detector plasma dò nguyên tố định 295 10.6 Phát triển phương pháp phân tích sắc ký khí 296 Câu hỏi tập………………………………………………………… …299 Chương 11 PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC) Error! Bookmark not defined.2 11.1 Giới thiệu HPLC Error! Bookmark not defined.2 11.2 Quá trình sắc ký Error! Bookmark not defined.3 11.3 Tiêm mẫu dị tìm HPLC Error! Bookmark not defined.19 11.4 Sắc ký lỏng ghép khối phổ (LC-MS) Error! Bookmark not defined.25 11.5 Phát triển phương pháp tách pha đảo Error! Bookmark not defined.36 11.6 Các phép tách biến thiên dòng pha động Error! Bookmark not defined.40 Câu hỏi tập………………………………………………………… …345 Chương 12 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ LỎNG VÀ ĐIỆN DI MAO QUẢN Error! Bookmark not defined.48 12.1 Sắc ký trao đổi ion Error! Bookmark not defined.48 12.2 Sắc ký ion Error! Bookmark not defined.56 12.3 Sắc kí cặp ion Error! Bookmark not defined.59 12.4 Sắc ký phân tử theo cở Error! Bookmark not defined.61 12.5 Sắc ký lực Error! Bookmark not defined.65 12.6 Sắc ký tương tác kỵ nước Error! Bookmark not defined.65 12.7 Phương pháp điện di mao quản Error! Bookmark not defined.66 12.8 Triển khai tách điện di mao quản Error! Bookmark not defined.2 Câu hỏi tập……………………………………………………… ……378 Hướng dẫn giải đáp số……………………………………………… ……381 PHẦN A PHÂN TÍCH QUANG HỌC Chương PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại khả kiến (còn gọi phương pháp UV-Vis) sử dụng phổ biến phân tích định lượng để xác định số lượng lớn cấu tử sinh học, hữu vô Chương giới thiệu nguyên lý phổ hấp thụ phân tử dựa xạ điện từ vùng bước sóng từ 190 đến 800 nm Nhiều nguyên lý áp dụng cho vùng phổ khác vùng hồng ngoại Những ứng dụng quan trọng phương pháp hấp thụ phân tử UV-Vis sử dụng rộng rải tất phịng thí nghiệm hóa học, mơi trường, pháp y, xét nghiệm y học toàn giới, trình bày tóm tắt chương 1.1 Giới thiệu phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 1.1.1 Sự hấp thụ ánh sáng phân tử vùng UV-Vis Các phân tử điều kiện bình thường tồn trạng thái bền vững có lượng thấp Khi chúng cung cấp lượng, ví dụ chúng chiếu chùm sáng có bước sóng phù hợp, electron hóa trị (tham gia liên kết) phân tử hấp thụ lượng nguồn sáng chuyển lên trạng thái kích thích có lượng cao Theo học lượng tử, phân tử trạng thái electron xếp đầy vào orbital phân tử (Molecular Orbital (MO)) liên kết σ, π Ngồi ra, phân tử cịn cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết (ký hiệu n) có mức lượng thấp (ví dụ ngun tử N nhóm chức amine cịn cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết) Nếu chiếu vào phân tử chùm sáng có bước sóng thích hợp, electron MO liên kết electron n hấp thụ lượng chuyển lên MO phản liên kết (σ*, π*) có mức lượng cao Cụ thể, bước chuyển electron chọn lọc σ→σ*, π→π*, n → σ*, n → π * Trạng thái gọi trạng thái kích thích, khơng bền tồn khoảng thời gian ngắn (cỡ phần triệu giây) Năng lượng ε photon bị hấp thụ hiệu hai mức lượng hai orbital Sự dịch chuyển electron hai orbital gọi dịch chuyển điện tử (electronic transition), hấp thụ lượng gọi hấp thụ điện tử (electronic absorption) Cùng với dịch chuyển điện tử, phân tử cịn có hai dịch chuyển cảm ứng xạ khác dịch chuyển dao động (vibrational transition) dịch chuyển quay (rotational transition) Những dịch chuyển dao động quay, tạo phân tử có mức lượng dao động quay lượng tử hoá, liên quan đến liên kết nguyên tử phân tử Dải hấp thụ điện tử (electronic absorption band) thường mở rộng nhờ mức lượng dao động lượng quay tương ứng khác nhỏ Một phân tử hấp thụ photon có lượng khoảng rộng để chuyển từ trạng thái điện tử (ground electronic state) sang trạng thái điện tử kích thích (excited electronic state) • Các trạng thái điện tử formaldehyde Để minh hoạ cho điều xảy khi phân tử hấp thụ ánh sáng vùng tử ngoại-khả kiến, phân tử formaldehyde chọn để xem xét Hình 1.1 trình bày thơng tin ngắn gọn cấu hình hình học phân tử formaldehyde Ở trạng thái (trạng thái singlet So Hình 1.1a), phân tử có ngun tử mặt phẳng với liên kết đơi tức có liên kết π nguyên tử carbon oxygen Ngun tử oxygen cịn chứa hai cặp electron hố trị chưa tham gia liên kết với cặp electron biểu diễn cặp dấu chấm Hình 1.1: Cấu hình hình học phân tử formaldehyde (a) Trạng thái (b) Trạng thái singlet kích thích thấp [6] Liên kết đôi gồm liên kết sigma (σ) carbon oxygen, liên kết pi (π) tạo thành từ orbital 2pz (nằm mặt phẳng xy) carbon oxygen Sự phân bố electron orbital phân tử (MO) giống phân bố electron vào orbital nguyên tử (AO) nguyên tử Trong giản đồ lượng cho phân tử formaldehyde trình bày Hình 1.2, hai orbital không liên kết oxygen trộn (tổ hợp) với orbital liên kết sigma (2 liên kết σC-H, liên kết σC-O tạo orbital đánh số từ sigma (σ1) đến sigma (σ4) Mỗi orbital chiếm giữ cặp electron với spin đối song (số lượng tử spin +1/2 -1/2) Hình 1.2: Giản đồ lượng MO phân tử formaldehyde [6] Ở mức lượng cao orbital liên kết pi (π) tạo thành xen phủ orbital nguyên tử 2py nguyên tử carbon nguyên tử oxygen Orbital có lượng cao chứa electron orbital không liên kết (n) tạo nên chủ yếu từ orbital nguyên tử 2px oxygen Orbital lượng thấp không bị chiếm giữ electron orbital phản liên kết pi (π*) Các electron orbital không hút để tạo liên kết mà đẩy nguyên tử carbon oxygen Trong dịch chuyển điện tử (electronic transition), electron từ MO di chuyển đến MO khác với tăng giảm lượng phân tử Dịch chuyển điện tử lượng thấp formaldehyde chuyển electron không liên kết (n) lên MO phản liên kết pi (π*) Có thể có hai dịch chuyển điện tử tuỳ thuộc vào số lượng tử spin trạng thái kích thích (Hình 1.3) Nếu số lượng tử spin electron trạng thái kích thích ngược dấu với electron trạng thái gọi trạng thái singlet (ký hiệu S) Nếu spin dấu gọi trạng thái triplet (ký hiệu T) Hình 1.3: Hai trạng thái điện tử nảy sinh từ dịch chuyển điện tử n→π* (a) Trạng thái kích thích singlet S1 (b) Trạng thái kích thích triplet T1 Các trạng thái lượng bị kích thích thấp singlet triplet gọi S1 T1 Nói chung, T1 có lượng thấp S1 Trong phân tử formaldehyde, dịch chuyển n →π*(T1) đòi hỏi hấp thụ lượng ánh sáng khả kiến có bước sóng 397 nm Sự dịch chuyển n →π*(S1) xảy phân tử formaldehyde hấp thụ xạ UV với bước sóng 355 nm Trong hai dịch chuyển trên, dịch chuyển n(So) →π*(T1) bước sóng gần 397 nm có xác suất diễn cực nhỏ trải qua dịch chuyển trạng thái singlet sang trạng thái triplet, dịch chuyển n(So) →π*(S1) bước sóng 355 nm xảy cao nhiều Vì hấp thụ xạ UV có cường độ mạnh nhiều Mặc dù formaldehyde có cấu hình phẳng trạng thái bản, trạng thái kích thích S1 T1 có cấu hình cấu trúc dạng tháp (pyramidal structure) minh họa Hình 1.1b • Các trạng thái dao động quay Formaldehyde Sự hấp thụ ánh sáng UV-Vis thúc đẩy electron chuyển lên MO có lượng cao phân tử formaldehyde Bức xạ hồng ngoại vi sóng khơng đủ lượng để thực chuyển dịch điện tử, chúng thay đổi chuyển động dao động quay phân tử Mỗi nguyên tử nguyên tử formaldehyde chuyển động theo trục toạ độ khơng gian, phân tử tồn chuyển động theo 3 = 12 cách khác Ba số chuyển động tương ứng với dịch chuyển toàn phân tử theo hướng trục x, y, z Ba chuyển động khác tương ứng với quay quanh trục x, y, z đặt trọng tâm phân tử Sáu kiểu lại dao động Khi phân tử formaldehyde hấp thụ photon vùng hồng ngoại với số sóng 1251 cm-1 (= 14,97 kJ/mol), dao động biến dạng bất đối xứng bị kích thích Các dao động lắc nguyên tử tăng biên độ dao động lượng phân tử tăng lên bề mặt định hướng ngược với hướng nhờ tạo nên lớp hydrocarbon khơng phân cực Lớp đơi dính chặt vào thành ống mao quản đảo ngược hiệu điện tích thành ống từ âm sang dương 12.8.2.Tiêm mẫu thành phần Tiêm mẫu thủy động lực sử dụng áp suất để nén mẫu vào ống mao quản Tiêm mẫu điện động sử dụng điện trường để đưa mẫu vào ống mao quản Đối với tiêm mẫu thủy động lực, thể tích V tiêm V = Pd 4t 128Lt (E12.14) Ở ∆P hiệu áp suất hai đầu ống mao quản, d đường kính bên ống, t thời gian tiêm mẫu, η độ nhớt mẫu, Lt chiều dài tổng ống mao quản Đối với tiêm mẫu điện động, ống mao quản nhúng mẫu áp vào hai đầu ống mao quản Số mole υ ion đưa vào ống t giây là:  = app ( E b )tr 2C (E12.) s Ở µapp độ di động quan sát chất phân tích (= µep + µeo), E điện trường áp (V/m), r bán kính ống mao quản, C nồng độ mẫu (mol/m3), ĸb/ĸs tỉ số độ dẫn điện đệm mẫu 12.8.3 Ảnh hưởng độ dẫn điện Quá trình xếp ngăn (“stacking”) diễn chọn điều kiện để chất phân tích tập trung vào dải hẹp điểm bắt đầu ống mao quản Khơng có xếp ngăn, tiêm vùng 10 mm khơng thể có dải chất phân tích hẹp 10 mm chúng vươn đến detector Sự xếp ngăn phụ thuộc vào mối quan hệ điện trường vùng mẫu tiêm điện trường chất điện ly hai bên mẫu Nồng độ đệm tối ưu dung dịch mẫu 1/10 nồng độ chất điện ly mẫu, nồng độ mẫu nên 1/500 nồng độ chất điện ly mẫu Nếu mẫu có lực ion thấp nhiều đệm chạy mẫu, độ dẫn điện mẫu thấp trở kháng cao nhiều Điện trường tỉ lệ nghịch với độ dẫn điện, độ dẫn điện thấp điện trường lớn Điện trường qua vùng mẫu bên ống mao quản cao điện trường chất điện ly mẫu Khi ion vươn đến ranh giới vùng, chúng chậm lại điện trường thấp bên ngồi vùng mẫu Quá trình xếp ngăn tiếp tục đến cation phân tích tập trung đầu cuối vùng mẫu cịn anion đầu Việc tiêm mẫu rộng trở nên tập trung vào dải hẹp cation anion Nếu độ dẫn điện dải phân tích khác đáng kể với độ dẫn điện chất điện ly mẫu biến dạng pic xảy Một phân tử chất phân tích khuếch tán ranh giới bên phải bắt gặp điện trường thấp di chuyển chậm lại Ngay lúc đó, vùng chất phân tích bắt kịp phân tử quay lại vùng 12.8.4 Detector Nước không hấp phụ tia UV đến mức detector UV hoạt động bước sóng 185 nm, bước sóng hầu hết chất tan hấp thụ mạnh Để lợi dụng dị tìm UV bước sóng ngắn, chất điện ly phải có hấp thụ thấp Đệm borate thường sử dụng điện di suốt với UV Tuy nhiên độ nhạy độ dài truyền quang rộng ống mao quản khoảng 25-27 µm Hình 12.16: Những thiết kế mao quản để tăng chiều dài đường để đo hấp thụ UV (a) Cuvet bong bóng (b) Độ cong vng góc Đường ánh sáng làm silica nung chảy đen để giảm ánh sáng tản mác Phần bên phản chiếu giúp ‘ống ánh sáng’ để truyền qua đạt cực đại Tín hiệu detector tuyến tính lên đến 1,4 đơn vị độ hấp thụ quang [6] Hình 12.16 cho thấy ‘cuvet bong bóng (bubble cell)’ làm tỉ lệ tín hiệu độ hấp thụ quang tín hiệu nhiễu ồn tăng lên đến lần việc bẻ cong góc phải cuvet làm tăng tỉ lệ tín hiệu tiếng ồn lên 10 lần Tuy nhiên, đường dẫn quang có chiều dài lớn thiết kế độ cong góc phải dẫn đến làm doãng rộng dải Các pic liên tiếp phải tách khỏi mm, không chúng phủ lên detector Sự dị tìm huỳnh quang nhạy với chất phát huỳnh quang tự nhiên với dẫn xuất phát huỳnh quang Sự dị tìm phương pháp đo ampe nhạy với chất phân tích bị oxy hóa bị khử điện cực (Hình 12.17) Sự dị tìm đo độ dẫn điện với khử trao đổi ion chất điện ly dị tìm ion phân tích nhỏ 1-10 ng/mL Phổ khối phun điện (Electrospray mass spectrometry) cung cấp giới hạn dị tìm thấp cho thơng tin định tính chất phân tích Hình 12.17: (a) Dị tìm phương pháp đo ampe với điện cực làm việc lớn đầu ống mao quản (b) Điện di đồ (electropherogram) loại đường tách NaOH 0,1M, nhóm OH bị ion hóa phần, nhờ chuyển phân tử đường thành anion [6] 12.8.5 Điện di gel mao quản Điện di gel mao quản hình thái khác điện di gel, cơng cụ hóa sinh vịng bốn thập niên qua 12.8.6 Phát triển phương pháp điện di mao quản Điện di mao quản không sử dụng nhiều sắc ký lỏng Những ưu điểm so với sắc ký bao gồm: (1) độ phân giải cao, (2) lượng chất thải thấp, (3) trang thiết bị đơn giản Nhược điểm điện di gồm (1) giới hạn dị tìm cao hơn, (2) thời gian vận chuyển khơng lặp lại lần chạy mẫu, (3) nhiều chất phân tích khơng có khả hịa tan dung dịch chất điện ly thơng dụng, (4) khơng có khả nâng lên thành phương pháp tách điều chế sắc ký Sắc ký lỏng hai thập niên qua phát triển mạnh so với điện di mao quản Khi kỹ thuật điện di mao quản đào tạo trở nên thông dụng hơn, nhiều phép tách xử lý điện di Ví dụ, điện di thay sắc ký lỏng phương pháp ưa thích cho phân tích chất alkaloid thuốc phiện ma túy Việc phát triển phương pháp điện di mao quản điểm sau đây: Chọn phương pháp dò tìm cung cấp giới hạn dị tìm địi hỏi Đối với hấp thụ UV, chọn bước sóng tối ưu Nếu cần thiết sử dụng phương pháp dị tìm gián tiếp dùng dẫn xuất Nếu có chọn lựa, tách chất phân tích anion ion khơng dính lên thành ống tích điện âm Nếu tách ion đa điện tích protein pH thấp, chọn phụ gia để phủ lên thành ống để đảo ngược điện tích thành ống Hịa tan mẫu tồn Nếu mẫu khơng hịa tan dung dịch đệm loãng, thử thêm urea 6M chất hoạt động bề mặt Đệm acetate thích hợp hòa tan chất hữu đệm phosphate (Nếu cần thiết để hòa tan mẫu, dung mơi sử dụng Tuy nhiên, dung mơi không nước phải tương hợp với phần nhựa hệ thống Acetonitril methanol đề nghị, dòng điện cần giữ thấp để giảm thiểu nhỏ bay khí Xác định pic diện Nhận diện pic mẫu thực chất phân tích dùng dị tìm chuỗi photodiode phổ khối Đối với mẫu phức tạp, sử dụng phầm mềm thiết kế thí nghiệm để tối ưu hóa thơng số thực nghiệm điều kiện tách Sử dụng phần cuối ngắn ống mao quản để chạy thăm dò để xác định hướng vận chuyển điện di pic có dỗng rộng hay khơng Các pic dỗng rộng cho thấy hiệu ứng thành ống xảy cần có lớp phủ thành ống Xem pH có phù hợp cho phép tách khơng Đối với acid bắt đầu với đệm borate 50 mM, pH 9,3 Đối với base thử đệm phosphate pH 2,5 Nếu phép tách khơng thích hợp có gắng điều chỉnh pH gần với giá trị trung bình pKa chất tan Nếu pH không cung cấp phép tách thích hợp chất phân tích trung hòa sử dụng chất hoạt động bề mặt cho sắc ký mao quản điện động micelle Chọn thủ tục cho việc rửa ống mao quản Nếu thời gian vận chuyển lặp lại cho lần chạy mẫu khơng rửa, khơng địi hỏi thủ tục rửa Nếu thời gian vận chuyển tăng lên dung dịch NaOH 0,1 M đến 10 s, tiếp đến rửa phút đệm Nếu thời gian vận chuyển khơng ổn định thử tăng giảm thời gian rửa NaOH vài giây Nếu thời gian vận chuyển giảm rửa dung dịch H3PO4 0,1 M Nếu protein cation khác dính vào thành ống, thử rửa với dung dịch sodium dodecyl sulfate 0,1M 10 Nếu cần thiết chọn phương pháp làm mẫu Việc làm mẫu bị đồi hỏi độ phân giải kém, hàm lượng muối xao ống mao quản lỗi Thủ tục làm mẫu liên quan đến chiết pha rắn, kết tủa protein, phân ly (dialysis) 11 Nếu giới hạn dị tìm khơng đủ, chọn phương pháp stacking sweeping để tập trung chất phân tích ống mao quản 12 Đối với phân tích định lượng, xác định khoảng tuyến tính để đo chất phân tích nồng độ nhiều Nếu cần, chọn chất chuẩn nội Nếu thời gian vận chuyển diện tích pic chất chuẩn thay đổi điều cho dấu vài điều kiện trơi ngồi vịng kiểm soát Câu hỏi tập 12-1 Cho biết ảnh hưởng việc tăng liên kết ngang hạt pha tĩnh cột sắc ký trao đổi ion 12-2 Nước khử loại ion gì? Các tạp chất không bị tách loại khử loại ion gì? 12-3 Dưng lượng trao đổi nhựa trao đổi ion định nghĩa số mole vị trí mang điện tích gam nhựa khô Mô tả làm để đo dung lương trao đổi nhựa trao đổi anion cách sử dụng dung dịch chuẩn NaOH, Dung dịch chuẩn HCl, loại thuốc thử cần thiết khác 12-4 Đề nghị sơ đồ để tách trimethylamine, dimethylamine, methylamine, ammonia khỏi sắc ký trao đổi ion 12-5 Norepinephrine (NE) nước tiểu người xét nghiệm sắc ký cặp ion sử dụng pha tĩnh octadecylsilane sodium octyl sulfate làm chất phụ gia pha động Phép dị tìm điện hóa (Sự oxy hóa 0,65 V so với Ag | AgCl) sử dụng, với 2,3-dihydroxybenzylamine (DHBA) làm chất chuẩn nội (a) Giải thích chế vật lý nhờ phép tách cặp ion làm việc (b) Một mẫu nước tiểu chứa lượng chưa biết NE nồng độ thêm cố định DHBA cho tỉ số độ cao pic dò tìm detector NE/DHBA 0,298 Sau thêm chuẩn nhỏ NE tiến hành với kết thu sau: Nồng độ NE thêm (ng/mL) 12 24 36 48 Tỉ số chiều cao pic NE/DHBA 0,414 0,554 0,664 0,792 Xác định nồng độ ban đầu NE mẫu nước tiểu (Đs: 29 ng/mL) 12-6 Ferritin (khối lượng phân tử 450000), transferrin (khối lượng phân tử 80 000), ferric citrate tách sắc ký loại trừ theo cở phân tử pha tĩnh Bio-Gel P300 Cột có chiều dài 37 cm đường kính 1,5 cm Các phân đoạn rửa giải 0,65 mL thu nhận Cực đại pic đến phân đoạn sau: ferritin, 22; transferrin, 32; and ferric citrate, 84 (Nghĩa pic ferritin đến thời điểm thể tích rửa giải 22 x 0,65 = 14,3 mL.) Giả sử ferritin rửa giải thể tích thể tích lỗ rỗng (void volume) ferric citrate bị rửa giải Vm, tìm Kav cho transferrin (Đs: 0,19) 12-7 Các chất sau tách cột lọc gel (gel filtration) Dự đoán khối lượng phân tử hợp chất chưa biết theo kết thu sau: Hợp chất Vr (mL) Blue Dextran 2000 Aldolase Catalase Ferritin Thyroglobulin Unknown (Đs: 320 000) 17,7 35,6 32,3 28,6 25,1 30,3 Khối lượng phân tử (Da)  106 158 000 210 000 440 000 669 000 ? 12-8 Sự điện thẩm gì? 12-9 Các tốc độ điện thẩm dung dịch đệm trình bày cho mao quản silica khơng pha liên kết mao quản liên kết cộng hóa trị với nhóm aminopropyl (silica—Si—CH2CH2CH2NH2) lên thành ống Dấu dương nghĩa dịng chảy hường cathode Giải thích dấu độ lớn tương đối tốc độ bảng sau: Tốc độ điện thẩm (mm/s) cho E = 4,0  104 V/m Thành mao quản pH 10 pH 2,5 Silica không liên kết +3,1 +0,2 Silica liên kết aminopropyl +1,8 -1,3 (Nguồn: K Emoto, cộng sự, Anal Chem 1996, 68, 3751.) 12-10 Các dẫn xuất amino acid tách điện di vùng mao quản có thời gian di chuyển theo trật tự sau đây: arginine (nhanh nhất) < phenylalanine < asparagine < serine < glycine (chậm nhất) Giải thích arginine có thời gian di chuyển ngắn 12-11 Cho biết nguồn dỗng rộng vùng điện di mao quản lý tưởng? 12-12 Trình bày ba phương pháp làm giảm dòng chảy điện thẩm Tại hướng dòng chảy điện thẩm thay đổi mao quản silica rửa với chất hoạt động bề mặt cation? Hướng dẫn giải đáp số Chương 1: 1-4 Áp dụng định luật Lambert-Beer Đáp số: 676 cm-1M-1 1-5 Sử dụng cách tính tốn thêm chuẩn hai mẫu đo Đáp số: 5,4 mg Cu/L 1-6 Tìm hai phương trình hai ẩn số nồng độ mol Fe3+ Cu2+ mẫu đo dựa vào tính cộng tính độ hấp thụ Đáp số: CFe3+ = 1,79  10-5 M, CCu2+ = 1,26  10-4 M 1-7 Độ hấp thụ dịch chiết pH 13 đo 260 nm hấp thụ barbiturate cấu tử khác chiết từ mẫu huyết Giá trị pH mẫu đo xấp xỉ 10 cách thêm NH4Cl, độ hấp thụ đo lại Bởi barbiturate khơng hấp thụ pH nên độ hấp thụ pH 10 sử dụng để hiệu chỉnh độ hấp thụ pH 13, Abarb = ApH13 – [(Vmẫu +VNH4Cl)/Vmẫu]ApH10 Đáp số: 0,90 mg barbital/100 mL 1-8 Vẽ đồ thị biểu diễn độ hấp thụ quang theo nồng độ phần mol phối tử thu hai đường thẳng giao điểm tương ứng với nồng độ phần mol theo phối tử 0,75 Từ giá trị suy tỉ lệ Fe(II): phối tử = 1:3 Đáp số: Fe(o-phenanthroline)32+ 1-9 Đáp số: (xylenol orange)2Zr3 có nồng độ phần mol xylenol orange 0,4 1-10 Áp dụng: Đáp số: Ka= 6,87  10-4 1-11 Tương tự Ka = 1,58  10-4 1-12 (a) Áp dụng định luật Lambert-Beer rút 485 nm, ɛInd = 150; ɛInd = 974 Ở 625 nm, ɛInd = 1808; ɛInd = 362 (b) Để xác định số acid cần tìm nồng độ cân HInd Ind- dự vào cơng thức tính pH dung dịch đệm rút Ka = 1,86  10-6 (c) Tương tự (b) cần tìm nồng độ cân HInd Ind- để rút pH = 4,58 (d) Ka = 1,81  10-6 1-13 Gọi k’ số tốc độ phản ứng giả bậc nhất, A SCN-, P phức ta có phân tích mẫu dung dịch chuẩn: k'= ln[ A]o − ln([ A]o − [P]t ) = 0,0726 s −1 t Từ giá trị k’ rút nồng độ ban đầu mẫu thực 0,0814 M 1-14 Dựng đồ thị độ hấp thụ quang theo nồng độ Cl- rút phương trình hồi qui Thế giá trị 0,317 vào để rút nồng độ Cl-, kể đến hệ số pha loãng thu nồng độ Cl- mẫu nước biển 13700 ppm Cl- 1-15 Từ số liệu độ hấp thụ quang nồng độ H2O2 rút phương trình hồi qui, giá trị độ hấp thụ 0,669 vào nồng độ H2O2 sau 240 giây Nồng độ mẫu rút từ phương trình động học giả bậc theo H2O2 286 µM H2O2 Chương 2: Dùng quan hệ tuyến tính cường độ phát xạ với nồng độ để rút nồng độ 3,86×10–5 2-5 M Dùng phương pháp thêm chuẩn để rút phương trình hồi qui biểu diễn mối quan hệ tuyến 2-6 tính thể tích dung dịch chuẩn gốc thêm vào với cường độ phát xạ huỳnh quang Từ liệu liên quan đến viên thuốc kết đo tính %w/w acetylsalicylic acid viên thuốc aspirin 64,9% 2-7 Tương tự 2-6 tính nồng độ 2,45 nM Se(IV) 2-8 Từ số liệu thực nghiệm xác định phương trình hồi qui y = 1,69x - 0,246 với y (Tốc độ)t=0 x [Al3+] Thế tốc độ ban đầu mẫu vào phương trình hồi qui nồng độ aluminum mẫu huyết tương 0,331×10-6 M Chương 3: 3-1 a) 1,99 × 10−20 J b) 666,67 cm-1 c) A= 1,3 3-5 Từ phương trình hồi qui A với PCO, giá trị độ hấp thụ quang vào thu PCO, tính %CO cho mẫu khí thải Giá trị trung bình %CO 18,4%; khoảng tin cậy giá trị trung bình ± 0,83% CO 3-6 a) A1030/d =0,0009x + 0,0003 (1), x %VA phim b) A1030/A720 =0,0531x +0,0047 (2) c) Từ phương trình (1), %VA = 8,44; từ phương trình (2) %VA = 8,46.) 3-7.Từ số liệu thực nghiệm thu phương trình hồi qui biểu diễn mối quan hệ số gam polystyrene với tỉ lệ A1494 cm–1/A2064 cm–1 Thế tỉ lệ A1494 cm–1/A2064 cm–1 mẫu copolymer cho lần đo vào phương trình hồi qui rút số gam polystyrene lần đo Giá trị trung bình %w/w polystyrene mẫu copolymer 64,03% Chương 4: 4-6 (a) Áp dụng biểu thức Plank tính lượng photon, nhân với số Avogadro để rút 283,0 kJ/mol; (b) Áp dụng định luật phân bố Boltzman tính 3,67×10-6 (c) +8,4% (d) tương tự (b) tính 1,03×10-2 4-8 Áp dụng E4.2 thu cho Na 0,0038 nm Hg 0,00056 nm 4-9 Nồng độ Pb (ppm) mẫu máu giả sử định luật Beer tuân theo 0,297 ppm 4-10 Gọi độ hấp thụ quang mẫu chiết từ paprika Ax dung dịch chuẩn AR, mX mR khối lượng tương ứng chì Ta có: AX/AR = mX/mR , mX = mRAX/AR Với AX = 1220, AR = 1000, mR = 10×0,01/1000 = 1×10−4 g Vậy mẫu đưa vào lị graphite chứa: mX = 1×10−4 × 1220/1000 = 1,22×10−4 g % khối lượng chì mẫu gia vị paprika nghiên cứu = 1,22×10−4/10−2 = 1,22% Chương 5: 5-5 Áp dụng định luật phân bố Boltzman tính được: Bước sóng (nm) 591 328 N*/N0 2600 K lửa 2,6×10 N*/N0 6000 K plasma 5,2×10-2 5-6 -4 154 1,4×10 -7 2,0×10-3 1,8×10-16 1,2×10-7 Từ số liệu thực nghiệm dựng đường chuẩn biểu diễn mối quan hệ nồng độ Ti thêm vào với tín hiệu ICP-AES Từ phương trình hồi qui đường chuẩn rút nồng độ Ti mẫu đo Tương tự từ số liệu thực nghiệm dựng đường chuẩn biểu diễn mối quan hệ nồng độ S thêm vào với tín hiệu ICP-AES Từ phương trình hồi qui đường chuẩn rút nồng độ S từ tính nồng độ transferrin Ti mẫu đo Suy tỉ lệ mol Ti/transferrin = 2,05 5-7 Sử dụng Excel nhập số liệu thực nghiệm để dựng đường chuẩn biểu diễn mối quan hệ nồng độ Au thêm vào với tín hiệu cường độ phát xạ Từ phương trình hồi qui đường chuẩn rút nồng độ Au mẫu đo tính nồng độ vàng dung dịch mẫu Chương 6: 6-1 a) 0,326 V b) 0,086 V c) 0,019 V d) -0,021 V e) 0,021 V 6-2 Từ phương trình Nernst viết cho điện cực calomel tính hoạt độ Cl- 0,627 E(điện cực calomel, 1M) = 0,280 V 6-3 0,243 V 6-4 Thế pin điện hóa cho trường hợp thêm dung dịch chuẩn 0,1 mL 0,481 thêm 30,0 mL -0,039 V 6-5 (a) Phản ứng nửa pin phải: Fe3+ + 1e- ↔ Fe2+ (b) Tỉ số [Fe2+]/[Fe3+] =  1011 (c) Tỉ số số bền =  1010) 6-10 (a) -0,407 V (b) 1,55  10-2 M (c) 1,52  10-2 M) 6-11 (a) Từ số liệu bảng sử dụng Excel thiết lập phương trình hồi qui E = 51,10 + 28,14  log[Ca 2+ ] (b) So sánh phương trình hồi qui phương trình E6.12 để rút β = 0,951 (c) Từ giá trị đo rút nồng độ Ca2+ 2,43  10-3 M 6-12 Vẽ đồ thị E(mV) theo log[NH3(M)] cho đường thẳng có phương trình hồi qui E = 563,4 + 59,05  log[NH3] Khi E = 339,3 mV, [NH3] = 1,60  10-4 M Mẫu đem phân tích chứa (100mL)(1,60  10-4M) = 0,0160 mmol nitrogen Mẫu thực phẩm chứa chứa: (0,016 mmol N)/0,0200 = 0,800 mmol N = 11,2 mg N = 3,59 wt% N Chương 7: 7-2 Sử dụng định luật Faraday tính số mol Cd2+ bị khử 3,4 phút với cường độ dòng điện 14 µA so với số mol Cd2+ ban đầu suy 0,12% 7-3 Áp dụng phương trình Ilkovich tính 1,81 µA 7-4 Sử dụng phương pháp thêm chuẩn hai mẫu đo tính nồng độ mol Librium mẫu 0,096 mM 7-6 a) Phản ứng Cu2+ + 2e- → Cu xảy suốt giai đoạn làm giàu phép phân tích b) Phản ứng Cu → Cu2+ + 2e- xảy suốt giai đoạn hòa tan phép phân tích? Sử dụng phương pháp thêm chuẩn để tính thu nồng độ Cu2+ mẫu nước vòi 313 ppb 7-7 Pic B: RNHOH →RNO + 2H+ + 2e-; pic C: RNO + 2H+ + 2e- →RNHOH Khơng có RNO trước qt ban đầu Chương 8: 8-2.d) Áp dụng định luật Faraday tính 321 µC 8-5 a) Điện áp bình điện hóa khơng có dịng điện chảy qua -1,081V b) Điện áp cần để phản ứng điện phân diễn -1,644 V 8-6 Áp dụng định luật Faraday thời gian cần 595,1 s 8-7 TOX 16,7 µM; Nếu tất Cl TOX 592 µg Cl/L 8-8 Phần trăm nước polymer 0,6491 wt% 8-9 a) Điện áp cần -1,906 V b) Điện áp cần 0,20 V c) Điện áp cần có -2,71 V d) -2,82 V Chương 9: 9-4 (a) 17,4 cm/phút (b) 0,592 phút (c) 6,51 phút) 9-5 (a) 13,9 m/phút, 3,00 mL/phút (b) k’ = 7,02 (c) 295) 9-6 (a) Dài 40 cm x đường kính cột 4,25 cm (b) 5,5 mL/min (c) 1,11 cm/phút cho hai 9-13 (a) 1,1 x 102 (b) 0,89 mm 9-14 (a) 1,01, N = 640000; 1,05, N = 25 600; 1,10, N = 6400 9-15 (a) k’ = 11,25, 11,45 (b) 1,018 (c) 1,017 (d) C6HF5: 60 800 đĩa, cao 0,493 mm; C6H6: 66000 đĩa, cao 0,455 mm (e) C6HF5: 55700 đĩa, C6H6: 48 800 đĩa (f) 0,96 (g) 0,97 Chương 10: 10-9 (a) Hệ số đáp ứng trung bình F = 1,040 (b)Nồng độ caffeine (mg/L) 80,8 mg/L Chương 11: 11-4 Nếu cột dài 15 cm có chiều cao đĩa 5,0 µm độ rộng nửa pic 0,14 phút Nếu chiều cao đĩa 25 µm độ rộng nửa pic 0,30 phút? 11-5 (a) Thời gian lưu giữ ngắn (b) Hợp chất amine 11-12 (a) m/z 304 MH+ (b) Mất C6H5COOH (e) Nhóm phenyl Chương 12: 12-5 Nồng độ ban đầu NE mẫu nước tiểu 29 ng/mL 12-6 Kav cho transferrin 0,19 12-7 Khối lượng phân tử hợp chất chưa biết 320 000 Bảng viết tắt Chữ viết tắt Phần A: UV-Vis MO AO PT PMT PDA CCD CID FIA LED FTIR IR AAS AFS Nghĩa tiếng Anh Ultraviolet-Visible Molecular Orbital Atomic Orbital PhotoTube Photo Multiflier Tube PhotoDiode Array Charge Couple Device Charge Injection Detector Flow Injection Analysis Light Emitting Diode Fourier Transform Infrared Spectroscopy Infrared radiation Atomic Absorption Spectroscopy Nghĩa tiếng Việt Tử ngoại –Khả kiến Orbital phân tử Orbital nguyên tử Ống quang điện Ống nhân quang điện Chuỗi Diod quang Cảm biến CCD Cảm biến CID Phân tích tiêm mẫu dịng chảy Diode phát quang Phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier Bức xạ hồng ngoại Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử HCL F-AAS ETA-AAS GF-AAS EDL AES ICP ICP-MS ICP-OES Phần B: S.H.E S.C.E ISE DME HMDE TMFE DPP CV ASV Atomic Fluorescence Spectroscopy Hollow Cathode Lamp Flame-AAS Electro Thermal Atomization-AAS Graphite Furnace-AAS Electrodeless Discharge Lamp Atomic emission spectrometry Inductively coupled plasma Inductively coupled plasma Mass Spectroscopy Inductively coupled plasma Optical Emission spectroscopy Phương pháp huỳnh quang nguyên tử Đèn Cathode rỗng Phương pháp AAS-ngọn lửa Phương pháp AAS- nguyên tư hóa mẫu nhiệt điện Phương pháp AAS- lị graphite Đèn phóng điện khơng điện cực Standard Hydrogen Electrode Saturated Calomel Electrode Ion Selective Electrode Dropping Mercury Electrode Điện cực hydrogen tiêu chuẩn Điện cực calomel bão hòa Điện cực chọn lọc ion Điện cực giọt thủy ngân rơi Hanging Mercury Drop Điện cực giọt thủy ngân treo Quang phổ phát xạ nguyên tử Plasma cao tần cảm ứng Plasma cao tần cảm ứng - Phổ Khối Plasma cao tần cảm ứng - phổ phát xạ quang Electrode Thin Mercury Film Electrode Điện cực lớp phim mỏng thủy ngân Differential pulse Voltammetry xung vi phân Polarography Cyclic Voltammetry Voltammetry vòng Anodic Stripping Voltammetry hòa tan anode Voltammetry CSV Cathodic Stripping Voltammetry AGS K-F Phần C: GC LC HPLC TCD Amperometric Gas Sensor Karl-Fischer Cảm biến khí đo ampe Gas chromatography Karl-Fischer Liquid chromatography Sắc ký khí High Performance Liquid Sắc ký lỏng Chromatography Sắc ký lỏng hiệu cao Thermal Conductivity detector FID Voltammetry hòa tan cathode Flame ionization detector Detector đo độ dẫn nhiệt ECD LC-MS SIM SRM HILIC APCI Electron captured detector Detector ion hóa lửa Liquid chromatography - Detector bắt electron mass spectroscopy Sắc ký lỏng –khối phổ Selected ion monitoring Selected reaction monitoring Giám sát ion định Hydrophilic Interaction Giám sát phản ứng định Chromatography Sắc ký tương tác nước Atmospheric Pressure Chemical Ionization ESI Ion hóa áp suất khí Electrospray ionization Ion hóa phun điện Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Phạm luận, Phương pháp phân tích sắc ký chiết tách, (2014) Nhà xuất Bách khoa Hà Nội [2] Phạm luận, Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích điện hóa, (2018) Nhà xuất Bách khoa Hà Nội [3] Nguyễn Đức Huệ, Các phương pháp phân tích hữu cơ, (2005) Nhà xuất đại học quốc gia Hà Nội [4] Nguyễn Đình Triệu, Các phương pháp vật lý đại ứng dụng hóa học, (2011) Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội [5] Bùi Xn Vững, Giáo trình Hóa phân tích công cụ, (2021) Nhà Xuất Đà Nẵng Tiếng Anh [6] Daniel C Harris Quantitative Chemical Analysis, (2015) Freeman Nine edition [7] Douglas A Skoog, F James Holler, Stanley R Crouch Principles of Instrumental Analysis, (2018) Seventh Edition, Cengage Learning [8] Francis Rouessac Annick Rouessac, Modern Instrumentation Methods and Techniques, (2007) Second Edition, John Wiley & Sons Ltd, [9] Joseph Wang, Analytical Electrochemistry, (2000) Second Edition, Wiley [10] David Harvey Analytical Chemistry 3.0, (2014) The McGraw-Hill Companies, Inc New York [11] J Ruzicka, Flow Injection Analysis, (2009) Fourth Edition, Wiley [12] A Braithwaite and F.J Smith, Chromatographic methods, (1999) Fifth Edition, Kluwer Academic Publishers [13] Robert L Grob, Eugene F Barry, Modern practice of Gas chromatography, (2004) Fourth Edition, Wiley Publication [14] Veronica R Meyer, Practical High-Performance Liquid Chromatography, (1997) Fifth Edition, Wileye Publication [15] J A Dean, Analytical Chemistry Handbook, (1999) Fifteenth Edition,