1. Trang chủ
  2. » Khoa Học Tự Nhiên

Bài luận môn phân tích vật lý - Phương pháp phân tích phổ khối lượng ppsx

100 2,7K 4

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 100
Dung lượng 4,86 MB

Nội dung

khái quát về phương pháp phổ khối lượng  Đây là phương pháp nghiêm cứu cấu trúc cuả các chất bằng cách đo chính xác khối lượng phân tử của chất đó dựa trên nguyên tắc khối lượng phân

Trang 1

BÀI LUẬN MÔN PHÂN TÍCH

VẬT LÝ

TẬP THỂ NHÓM 4

SINH VIÊN:VŨ VĂN THỦY LỚP : HOÁ 1 K3 LT – CĐ - ĐH

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ KHỐI LƯỢNG

Trang 2

TẬP THỂ NHÓM 4

BỐ CỤC PHƯƠNG PHÁP:

Nh à hóa học người pháp đạt giải thưởng no bel:

Trang 3

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 4

TẬP THỂ NHÓM 4

Máy phổ khối lượng dầu tiên:

Trang 5

TẬP THỂ NHÓM 4

Bố cục trình bày:

I.Sự hình thành phổ khối lượng

II Nguyên tắc chung của phương pháp

phổ khối lượng

 III PHÂN LOẠI CÁC ION ( 4 LOẠI)

IV Kĩ thuật thực nghiệm

 V Sơ đồ cấu tạo khối phổ kế

 VI Hình anh một số máy phổ khối lượng

VII Độ phân giải và cách xử lý tín hiệu

Trang 6

TẬP THỂ NHÓM 4

VIII Cơ chế phân mảnh ion

IX Một số dạng phổ của một số chất

X) Ứng dụng của phổ khối lượng

XI Bảng 1 số mang ion thường gặp

Trang 7

TẬP THỂ NHÓM 4

I Sự hình thành phổ khối lượng

 1 khái quát về phương pháp phổ khối lượng

 Đây là phương pháp nghiêm cứu cấu trúc cuả các

chất bằng cách đo chính xác khối lượng phân tử của chất

đó dựa trên nguyên tắc khối lượng phân tử của một chất

sẽ bằng tổng khối lượng phân tứ của các mảng ion được tạo thành do quá trình phá vỡ phân tử

 Phương pháp phổ khối lượng là Phương pháp vât

lý nghiên cứu cấu trúc phân tử của các hợp chất trên cơ

sở xác định chính xác khối lượng của các phần tử và toàn phân tử và toàn phân tử

 Hợp chất mẫu trước hêt phải được chuyển sang

trạng thái khí và được ion hóa bằng các phương phát

thích hợp Sau đó đó được tách thành các mảnh ion thu được theo1 quy luạt nhất định (như khối lương tăng dần hoặc giảm dần ) Mà từ đó ta xác định được hình ảnh của phân tử

Trang 8

chủ yếu dung xác định chất đồng vị đối

với các hợp chất hữu cơ phổ khối chủ yếu xác định cấu trúc và quá trình đồng nhất

Trang 9

TẬP THỂ NHÓM 4

2.Ứng dụng của Phương pháp phổ khối lượng:

phổ khối lượng: là một kĩ thuật dùng để

đo đạc tỉ lệ khối lượng-trên-điện tích của

ion; dùng thiết bị chuyên dụng là khối

phổ kế Kĩ thuật này có nhiều ứng dụng,

bao gồm:

Trang 10

 Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách

quan sát từng phần tách riêng của nó

 Định lượng lượng hợp chất trong một mẫu dùng các phương pháp khác (phương pháp phổ khối

vốn không phải là định lượng)

 Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí (ngành hóa học về ion và chất trung tính trong chân

không)

 Xác định các thuộc tính vật lí, hóa học hay ngay

cả sinh học của hợp chất với

Trang 11

 Cho chất nghiên cứu ở trạng thái khí

tương tác với dòng electron có năng

lượng cao , khi đó các phân tử ở trạng

thái khí sẽ bật ra 1 hoặc 2 electron để

chơ thành ion phân tử mang điện tích và phá vỡ thành các mảnh ion, các phân tử nhỏ hay các gốc tự do

Trang 12

 ABD + 1e- ABD+ + 2e- → M+ +

2e- → M+ + 2e- AB+ + D + 2e-

 → M+ + 2e- AB∙ + D

Trang 13

+1e-TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 14

Xét toàn bộ quá trình:BCDE

a.quá trình ion hóa :

BCDE + e BCDE+ +2e→ M+ +

2e-b quá trình bẻ gẫy các ion dương:

 BCDE+ B+ +CDE→ M+ + 2e- ˙

 BDE+ BC+ +DE→ M+ + 2e- ˙

 BC+ C→ M+ + 2e- ˙ + B+

c quá trình tạo ra các cặp ion :

BCDE+ BC+ +DE- + e → BC+ +DE- + e

Trang 15

TẬP THỂ NHÓM 4

 d quá trình bắt cộng hưởng:

 BCDE + e BCDE-→ M+ +

2e-e quá trình phản ứng ion- phân tử:có

nhiều trường hợp trên phổ có số khối lớn hơn khối lượng của chất nghiên cứu :

 BCDE+ + CDE+ BCDEC+ + ED→ M+ + 2e- ˙

Trang 16

TẬP THỂ NHÓM 4

Loại ion ABCD+ , ABC+ , CDE˙ ,… được

gọi là các ion gốc hay ion phân tử

 Khi các ion phân tử va

chạm với chùm e- có năng lượng cao thì

chúng bị phá vỡ thành nhiều mảnh

ion ;gốc tự do , phân tử trung hòa đây gọi

là quá trình phân mảnh

 Năng lượng của quá

trình phân mảnh cao hơn rất nhiều so với năng lượng ion hóa phân tử

Trang 17

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 18

 Xác suất sự có mặt của các mảnh ion phụ thuộc chủ yếu vào năng lượng va chạm

Trang 19

TẬP THỂ NHÓM 4

B.Bản chất của quá trình.

 Ban đầu khi phân tủ mẫu or dạng khí được đưa vào buồng ion hóa thì các e bắn ra từ catot cách các phân tử khí một khoang cách nhỏ hơn 0,5A0 thì các e bắtđầu truyền năng lương cho phân tử khí, các phần tử khí nhận năng lượng bị kích thích làm cho các điện tử trong phân tử chuyển sang

trạng thái năng lượng cao dẫn đến quá trình mất điện tử , quá trình này xảy ra trong thời gian rất ngắn 10-17 s vì vậy phân tử mẫu ở dạng khí chưa kịp biến đổi về mặt cấu trúc cũng như khối lượng

mà chỉ bị mất điệ tử tạo thành ion phân tử

Trang 20

TẬP THỂ NHÓM 4

Khi năng lượng của dòng e tăng lên thì

toàn bộ ion phân tử bị kích thích lan

truyền trong toàn bộ mặt ở vị trí nào liên kết yếu nhất cuả ion phân tử sẽ bị gãy liên kết phụ thuộc vào năng lượng của dòng

electron độ bền liên kết và độ ổn định của ion mảnh mới tạo thành

Trang 21

TẬP THỂ NHÓM 4

III- PHÂN LOẠI CÁC ION ( 4 LOẠI)

 1 Ion phân tử:

 Ion phân tử là các ion có số khối lớn nhất

và chính là khối lượng phân tử của chất mẫu(M+)

 Qui tắc Nitơ: nếu khối lượng ion phân tử

là số chẵn thì trong phân tử không chứa Nito hoặc chứa một số chẵn nguyên lần nguyên tử Nito Nếu khối lượng ion phân

tử lẻ thì trong phân tử đó chứa lẻ lần

nguyên tử Nito

Trang 22

TẬP THỂ NHÓM 4

2.Ion đồng vị:

 Trong tự nhiên tồn tại các loại đồng vị khác

nhau của cùng một nguyên tố , các đồng vị này tồn tại trong tự nhiên theo các tỷ lệ đồng vị nhất định và trong các hợp chất hóa học thì các đồng

vị này tuân theo tỷ lệ không đổi

 VD:

 ( C12 : 100%; C13:1.12)

 (Cl35 :100%; Cl37:32.399)

 Trong phổ khối lượng tỷ lệ đồng vị xuất hiện

tương ứng với chiều cao của phổ người ta ứng

dụng việc đo chiều cao của phổ ( xác suất xuất hiện) để từ đó xác định số nguyên tử đồng vị

trong hợp chất.

Trang 23

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 24

4 ion mảnh

 Các ion mảnh là do sự phá vỡ phân tử sinh ra khi

va chạm với electron, tùy theo năng lượng va

chạm lớn hay nhỏ mà phân tử vỡ thành nhiều

mảnh , thông thường năng lượng va chạm

khoảng 70eV.

 Khi năng lượng dòng e từ 5-12eV thì hầu như

không có mảnh ion mà chỉ có ion phân tử khi

tăng năng lượng của dòng e trên phổ bắt đầu

xuất hiện các pic tương ứng với ion mảnh có số khối nhỏ hơn số khối của ion phân tử Khi năng lượng từ 50-80eV bắt đầu xuất hiện nhiều ion

mảnh có số khối nhỏ, tuy nhiên sự tồn tại của ion mảnh tùy thuộc vào độ bền của nó.

Trang 25

TẬP THỂ NHÓM 4

5 Ion metastabin

 Các ion phải có thơi gian sống nhất định thì mới có thể ghi lại được , một số ion

xuất hiện như bước trung gian giữa các ion

có khối lượng m1 và m2 có thời gian sống ngắn 10-5s không ghi nhận được đầy đủ trên phổ cường độ vạch phổ , nhưng cũng

có thể phát hiện được sự có mặt của nó

được gọi là ion metastabin

Kí hiệu : m*

m*=mE2/mA

mA: khối lượng ban đầu của ion

mE: khối lượng a ion cuối củ

Trang 27

TẬP THỂ NHÓM 4

IV Kĩ thuật thực nghiệm

Khối phổ kế được : J.Thompson( người

Anh) chế tạo đầu tiên năm 1912

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo chung của khối

phổ kế:

Trang 28

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 30

1 Hóa khí mẫu :

 Chuyển mẫu cần phân tích về dạng hơi

bằng cách đưa toàn bộ mẫu vào trong buồng hóa khí tới giảm áp xuất của

buồng hóa khí tới 10-5-10-7 mmHg ở

nhiệt độ 300oC trong điều kiện đó tất cả các chất đều hóa khí

 Mẫu sau khi hóa khí được dẫn sang

buồng ion hóa Cách tiến hành này được gọi là phương pháp nạp mẫu gián tiếp, lượng mẫu dùng một lần từ 0,5- 100µg

Trang 31

 Phương pháp ion hóa nhờ điện trường.

 Phương pháp ion hóa nhờ sự đốt nóng.

 Phương pháp ion hóa nhờ sự tương tác giữa các ion khác nhau.

 Trong thực tế người ta chỉ dùng phương pháp ion hóa nhờ các tia bức xạ hoặc các phân tử có năng lượng cao như: ( dòng e; tia gama; tia bêta)

Trang 32

TẬP THỂ NHÓM 4

a , Phương pháp va chạm electron.

 Đây là phương pháp phổ biến nhất do dễ thực hiện

 Mẫu chất ở dạng hơi được dẫn vào buồng ion hóa ở đây

dòng e mang năng lượng cao chuyển động vuông góc với mẫu và xảy ra sự va chạm giữa chúng biến các phân tử

trung hòa thành các phân tử nhỏ hơn hoặc ion mảnh ( năng lượng chùm e khoảng 10-100eV) Sau đó dòng ion mới

được tạo ra chạy qua điện trường e để tăng tốc độ chuyển động, thế của điện trường gọi là thế tăng tốc :u.

 Sự xuất hiện của dòng e: buồng ion hóa có một catot bằng vonwfam hoặc Re khi catot nóng thì từ catot sẽ phát ra các electron bay tới đập vào catot với động năng lớn va

chạm vào các phân tử mẫu,

Trang 33

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 36

b , Phương pháp ion hóa trong điện trường,

 b , Phương pháp ion hóa trong điện

trường,

 Trong buồng ion hóa người ta đặt điên trường mạnh`bằng cách đặt sự chênh lệch điện thế lên các cực đó điện trường cỡ

107-108 v/cm

 Dưới tác dụng của điện trường mạnh

như trên các phân tử khí đi qua sẽ bị bứt điện tử theo hiệu ứng đường hầm

Trang 37

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 38

 Ion hóa bằng điện trường mạnh thì điện

tử bị bứt ra khỏi phân tử vẫn ở trạng thái

cơ bản chon en đỉnh phổ thu được gọi là nét phổ ( rất sắc nét và chính xác)

Trang 39

TẬP THỂ NHÓM 4

c, Phương pháp ion hóa hóa học.:

 Cho 1 dòng ion chọn trước va chạm với

các phân tử ở dạng khí làm phá vỡ các

phân tử mẫu thành các mảnh ion nhỏ

Trang 40

TẬP THỂ NHÓM 4

d Phương phát ion hóa bằng va chạm phô ton.

 Để làm bật e ra khỏi phân tử mẫu trung

hòa thì cần cung cấp năng lượng cỡ 10 ev tương ứng vối năng lương chum bức xạ

tử ngoại có bước songs từ 83 ~155 nm

vì vậy để ion hóa người ta phải bức xạ tử ngoại co bước song thích hợp chiếu vào phân tử mẫu ở dạng khí để phá vỡ phân

tử mẫu chuyển thành các mảnh ion

Trang 41

TẬP THỂ NHÓM 4

3 phân tách ion theo số khối

 Để tách ion sau khi ion hóa về ngyên tắc

có hướng :

dựa vào điện tích của các ion

dựa vào khối lượng của các ion

 Các ion được hình thành có số

khối(m/e) được thiết bị phân tách ra khỏi nhau bằng các thiết bị khác nhau

Trang 42

TẬP THỂ NHÓM 4

Thiết bị phân tách ion hội tụ kép ,hội tụ đơn ,

thiết bị tứ cực

 Các mảnh ion trong buồng ion hóa chuyển vào

bộ phận tách chủ yếu là các ion mang điện tích dương (+) có số khối được tính bằng (m/e) với m:khối lượng mảnh ion, e:điện tích ion

 Tỉ số (m/e) đươc gọi là số khối của mảnh ion

 Trong quá trình tách có cả các phân tư trung

hòa, ion (-), ion(+), Nhưng người ta chỉ chú ý

tách ion (+) bằng cách cho dòng ion đi qua 1

thiết bị là 1 nam châm hình ống khi đi qua các mảnh ion chuyển động khi di qua nam châm các manh ion chuyển đông theo hình vòng cung vói bán kính khác nhau tùy thuoc vào số khối

Trang 43

TẬP THỂ NHÓM 4

a.Thiết bị hội tụ đơn

 Thiết bị dùng từ trường đồng nhất với từ tường của nam châm hình quạt có từ trường B

 Phương trình cơ bản của phép đo khối phổ :

 +) Động năng của 1 ion có khối lượng m và điện tích e được tăng tốc bằng điên thế u :

 e.u =1/2(m v2) (1)

 v:vận tốc của e-

 +) Khi ion chuyển động trong từ trường Bo thì tác dungj ở góc phải đối với phương chuyển động buộc nó phải chuyển động theo môi trường tròn bán kính r:

 Bo (e.v) = m v2 / r (2)

 ( lực hướng tâm ) ( lực li tâm )

Trang 44

TẬP THỂ NHÓM 4

 Từ (1) và (2):

 m/e = B2 v2 / 2 u

 ( đây là phương trình cơ bản của phép đo MS)

 Và xác định được số khối z= m/e

 Như vậy ta có các cách sử dung phổ như sau:

 Giữ Bo, r hằng định , thay đổi thế tăng tốc u

 Giữ Bo, u hằng định , thay đổi thế tăng tốc r

 Giữ u , r hằng định , thay đổi thế tăng tốc Bo

 Thực tế người ta chọn hướng tách các ion là thay đổi giá trị u , quét từ 600 ~800 v thì các ion có số khối nhỏ ra trước và độ lệch cao , số khối lớn ra sau

 Với các phương pháp này thì độ phân giải của

máy cố thể đạt dến 50000

Trang 45

TẬP THỂ NHÓM 4

Sơ đồ

Trang 46

TẬP THỂ NHÓM 4

b Thiết bị phân tách hội tụ kép

từ trường B đặt nối tiếp nhau.

 - ion được đi qua điện trường chụi lục tác dụng

(e.E) vuông góa với hướng chuyển động kết

quả là ion chuyển động theo 1 quỹ đạo tròn mà bán kính của nó được xác định theo biểu thức :

Trang 47

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 48

c.Thiết bị phân tách tứ cực

Trang 49

TẬP THỂ NHÓM 4

 Các ion chuyển động theo hướng trục z và dao

động về hai hướng x và y vuông góc với hướng đi

 Đa số các ion sẽ va đập vào các cực khi giao động chỉ một số ít e- thảo mãn phương trình : m

=(0,316 u )/( ro2 f2) mới đến được

detecto

 m:là khối lượng ion, u: thế tăng tốc , ro:nửa

khoảng cách hai cực đối diện , f tần số dao động

 khi tần số f không đổi thiết bị như lượi loc khối

lượng, khi thay đổi f dẫn đến quét phổ khối lượng

 thiết bị này rẻ tiền và ổn định vì không có từ

trường quét phổ nhanh co độ phân giải thấp

Trang 50

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 51

4 Đe tec tơ:

Các ion ra khỏi bộ phận tách có cường độ nhỏ (cỡ nano ampe nA) nên cần được

khếch đai để phát hiện , một trong những thiết bị này là máy nhân e- nó tạo ra các ion thứ cấp khi có ion ban đầu đập vào bề mặt kim loại độ khếch đại khoảng 106 khi sử dụng 16 đi ốp

Trang 52

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 53

5 Ghi tin hiệu:

 các tín hiệu từ bộ khéch đại truyền ra

được nạp vào nhớ máy tính và sử lý kết quả và đưa ra màn hình, các phổ được biểu diễn dưới dang (%B)đỉnh cao nhất ứng với 100% , các đỉnh khác nhỏ hơn

Trang 54

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 55

V Sơ đồ cấu tạo khối phổ kế

Trang 56

TẬP THỂ NHÓM 4

Từ nguyên tắc chung của phương pháp ta chia khối phổ kế làm 4 bộ phận chính:

1, hóa khí mẫu :các chất rắn hay lỏng ,

khí được đưa vào buồng mẫu có áp suát

thấp (10-6) và nhiệt độ thích hợp , mẫu

biến thanh dạng khí (thương cho từ 0,1 ~1 mg)

2, ion hóa :dẫn dòng phân tử khí 1 dòng e

có hương vuông góc với nó rồi đi qua diện trường u để tăng tốc

3, tách các ion theo khối lượng

4, bộ phận thu nhận va hiển thị kết quả

Trang 57

TẬP THỂ NHÓM 4

Sơ đồ khối :

Trang 58

TẬP THỂ NHÓM 4

 Nguyên tắc hoạt động chung:chất nghiên cứu

được dưa vào buồng nạp mẫu ( buồng hóa khí ) qua buồng ion hóa tại đây catot làm bằng w hoặc

Re bị đốt nóng bứt ra chum e co năng lượng cao chuyển động về phái anots va chạm với các phân

tử khí trên đường đi tùy thuộc vào năng lượng

chùm e các phân tử mẫu bị ion hóa sau đó bị phá

vỡ thành từng mảnh hướng vào khe đi vào bộ

phận phân tách từ là 1 nam châm điện , tại đây các mảnh ion dược phân tách theo số khối di qua khe ra và gặp detectơ có nhiệm vụ thu nhận phat hiện các mảnh ion tùy theo số khối tương ứng

với cường độ của nó chuyển qua bộ phận khuếch đại tín hiệu qua bộ xử lý kết quả và ghi dưới dạng phổ

Trang 59

TẬP THỂ NHÓM 4

VI Hình anh một số máy phổ khối lượng:

Trang 60

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 64

VII) Độ phân giải và cách xử lý tín hiệu

1 Năng suất phân giải :để đánh giá chất lượng khối phổ kế người ta đưa ra khái

niệm độ phân giải R: R = m / m▲m

 m: khối lượng của ion, m:hiệu khối ▲m

lượng hai ion liền kề có thể tách khỏi nhau , giá trị R càng lớn thì máy càng tốt

Tách hoàn toàn:hai pic sóng tách hoàn

toàn ra khỏi nhau tới tận đường cơ bản

Trang 65

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 66

2 cách xử lý :

:vẽ lại bản phổ, sau khi ghi được phổ của mẫu trước hết ta xác định chiều cao nhất của pic

sóng và cho nó là 100%, các đỉnh còn lại sẽ tính dựa vào chiều cao tương ứng của đỉnh đó

so với đỉnh cao nhất

 Ii(%) = (hi/hmax ) 100

Trang 67

TẬP THỂ NHÓM 4

Ta sẽ thu được phổ như sau

Trang 68

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 70

VIII Cơ chế phân mảnh ion :

Trang 71

TẬP THỂ NHÓM 4

Trang 76

1 Tách ankyl(E1):

ankal ankyl + gốc tư do→ M+ +

CnH2n+2 +1e ( CnH2n+2 )+→ M+ + 2e- 2+ ׳e ( CnH2n+2 )+׳ → ( Cn-1H2n-1 )+ + CH3׳

Nếu ankyl co nhom chức thì trước tiên sẽ tách nhóm chức

Trang 77

TẬP THỂ NHÓM 4

2.tácholefin

Ngày đăng: 12/07/2014, 02:20

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Sơ đồ - Bài luận môn phân tích vật lý - Phương pháp phân tích phổ khối lượng ppsx
Sơ đồ (Trang 45)
Sơ đồ khối : - Bài luận môn phân tích vật lý - Phương pháp phân tích phổ khối lượng ppsx
Sơ đồ kh ối : (Trang 57)

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TRÍCH ĐOẠN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w