phổ hấp thụ phân tử uv-vis

phổ hấp thụ phân tử uv-vis

I. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay ở nước ta, việc ứng dụng các phương pháp phổ đã trở nên phổ biến và rất cần thiết trong giảng dạy, học tập, nghiên cứu khoa học, trong đời sống và sản xuất không chỉ ở phạm vi ngành hóa học mà còn ở nhiều ngành khác như hóa sinh, y dược, nông nghiệp, dầu khí, vật liệu, môi trường… Từ những năm 80 trở lại đây, do tiến bộ nhảy vọt của khoa học kỹ thuật nói chung và của ngành - tin học nói riêng, các phương pháp phổ đã phát triển mạnh mẽ cả về kĩ thuật thực nghiệm lẫn kho tàng dữ liệu và cơ sở lí thuyết, do đó dẫn tới những thay đổi về chất. Nói một cách khác, các phương pháp phổ đã trải qua một cuộc cách mạng khiến cho những thành tựu và việc ứng dụng nó trở nên rộng rãi và phổ biến hơn. Trong số các phương pháp phổ thông dụng, nhóm các phương pháp phân tích quang học được biết đến như một phương pháp có độ chính xác và độ lặp lại cao. Nhóm các phương pháp phân tích quang học dựa trên tính chất quang học của chất phân tích được chia thành các phương pháp như: phương pháp hấp thụ phân tử dựa trên phép đo lượng ánh sáng do phân tử chất phân tích hấp thụ; phương pháp phát quang dựa trên phép đo cường độ bức xạ do phân tử chất phát quang phát ra dưới tác dụng của năng lượng bức xạ rọi nào đó. Phương pháp hấp thụ nguyên tử và phát xạ nguyên tử dựa trên sự hấp thụ hay bức xạ năng lượng của nguyên tử khi nó chuyển từ mức năng lượng cơ bản lên mức năng lượng kích thích hoặc ngược lại. Ngoài các phương pháp trên, còn có các phương pháp phân tích quang học khác như: phương pháp khúc xạ, phương pháp phân cực, phương pháp phổ hồng ngoại, phương pháp phổ tia X, phương pháp phổ Raman,… Những phương pháp này được sử dụng chủ yếu để nghiên cứu cấu trúc của chất. Trong số các phương pháp trên, phương pháp hấp thụ phân tử UV-VIS được sử dụng nhiều nhất. Bằng phương pháp này có thể định lượng nhanh chóng với độ nhạy và độ chính xác cao hơn bất kỳ một nguyên tố hóa học nào, trừ các khí trơ. Tách chiết chất cần phân tích bằng dung môi thích hợp hoặc kết tủa rồi hòa tan kết tủa rồi định lượng bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử. Để định lượng các cấu tử vô cơ người ta thường sử dụng phản ứng tạo thành (đôi khi là phản ứng phân hủy) phức màu. Đa số kim loại và phi kim có khả năng tạo thành các phức chất, trong đó một số có màu hoặc có khả năng tương tác với phức màu.Để định lượng các hợp chất hữu cơ người ta dựa trên phản ứng tổng hợp chất màu. Phản ứng tổng hợp còn được dùng để định lượng một số cấu tử vô cơ như sunfua, nitrit… Vì vậy tôi quyết định chọn đề tài tiểu luận là : PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV- VIS. Để hiểu được sâu hơn về loại phổ hóa học này. 1 II. SỰ XUẤT HIỆN PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-VIS Các phân tử, nhóm phân tử của các chất, đơn chất hay hợp chất, cũng đều được cấu tạo từ các nguyên tử theo những cách, kiểu liên kết hóa học nhất định của các điện tử hóa trị của các nguyên tố. Tuy có nhiều chất khác nhau nhưng chỉ có ba loại liên kết hóa học là liên kết xicma ( σ ), liên kết pi ( π ) và liên kết cho nhận. Ngoài ra, nếu phân tử chứa chất dị tố thì còn có thể có thêm một đôi điện tử chưa liên kết ký hiệu là n. Trong phân tử, hay nhóm nguyên tử, các liên kết xicma có năng lượng nhỏ nhất, rồi đến các liên kết pi và cao hơn là các đôi điện tử tự do n. Ở điều kiện thường chúng tồn tại ở dạng bền, nghèo năng lượng. Khi có chùm sáng kích thích chiếu vào, chúng sẽ hấp thụ năng lượng của chùm sáng và chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn. Theo cơ học lượng tử, ở trạng thái cơ bản của phân tử, các điện tử được sắp đầy và các obitan liên kết σ , π hoặc n có mức năng lượng thấp trong phân tử. Các điện tử hóa trị của liên kết π này nằm trong các phân lớp p, d, f trong các liên kết loại p-p, d-d, f-f, d-p. d-f… Các electron hóa trị, khi đi vào liên kết trong phân tử hình thành các liên kết loại σ và π . Đồng thờig trong một số nguyên tử vẫn còn các đôi điện tử tự do n. Khi bị kích thích chúng sẽ có sự chuyển lên các mức năng lượng cao như sau: σ → σ * ; π → π * Và n → σ * ; n → π * Lúc này phân tử đã bị kích thích. Hiệu giữa hai mức năng lượng cơ bản và kích thích chính là năng lượng mà phân tử đã hấp thụ được từ nguồn sáng kích thích tác dụng vào chúng theo biểu thức: n 0 E(e) (E E ) .h (h.c / )∆ = − = ν = λ Song trong quá trình kích thích đó, cùng với sự chuyển mức năng lượng của electron, còn kèm cả sự quay và dao động của nguyên tử trong phân tử và cả phân tử dưới tác dụng của nguồn sáng kích thích (năng lượng chùm photon). Vì thế tổng năng lượng mà phân tử nhận được khi bị kích thích bao gồm ba thành phần: (ts) (e) (d) (q) E E E E = ∆ + ∆ + ∆ Tổng năng lượng này là tương ứng với năng lượng của các chùm sáng nằm trong vùng UV-VIS. Trong ba thành phần này thì (e) (d) (q) E E E ∆ > ∆ > ∆ và chỉ có (e) E ∆ là được lượng tử hóa, theo các mức năng lượng, các obitan của phân tử (MO). Do đó, phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV-VIS không phải là phổ vạch như phổ phát xạ hay hấp thụ nguyên tử mà là phổ đám có độ rộng từ 10 - 100nm và có các giá trị cực đại và cực tiểu tại những sóng nhất định. Nghĩa là không có tính đơn sắc như ở các phổ phát xạ hay hấp thụ nguyên tử. Như vậy, phổ hấp thụ phân tử UV-VIS là phổ do sự tương tác của các điện tử hóa trị ở trong phân tử hay nhóm phân tử với chùm tia sáng kích thích (chùm tia bức xạ trong vùng UV-VIS) tạo ra. Nó là phổ của tổ hợp sự chuyển mức của các điện tử liên kết, sự quay và dao động của phân tử. Vì thế nó là phổ đám, có các cực đại và cực tiểu của phổ thường là nằm ở những vùng sóng nhất định tùy theo cấu trúc và loại liên kết của phân tử hay nhóm nguyên tử có trong hợp chất. Phổ này chủ yếu nằm trong 2 vùng sóng từ 190 - 900nm. Do đó, được gọi là phổ hấp thụ UV-VIS của phân tử hay nhóm phân tử. 1.Các kiểu chuyển mức electron Ở trên đã xét sự chuyển electron từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích về phương diện năng lượng. Đó là sự chuyển từ một mức năng lượng thấp lên một mức năng lượng cao hơn. Trong phân tử, các electron ở trên các obitan khác nhau ứng với các mức năng lượng khác nhau. Hình 2 trình bày sơ lược về trật tự phân bố các mức năng lượng của các obitan phân tử. Khi xét chi tiết, tùy vào mỗi phân tử cụ thể có thể có các obitan 1 2 1 2 a b , , , ,n ,nσ σ π π … với các mức năng lượng khác nhau. Mỗi dạng tương tự như hình 1.a. Như vậy có thể xảy ra nhiều kiểu chuyển mức electron từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích (Hình 2) Chuyển mức N → V là sự chuyển electron từ trạng thái liên kết lên phản liên kết có năng lượng cao hơn. Chuyển mức này đối với electron σ gọi là chuyển mức * σ → σ , đối với electron π gọi là chuyển mức * π → π . Hình 2 cho thấy chuyển mức từ * σ → σ ứng với giá trị E ∆ lớn nhất nên thường thể hiện ở vùng tử ngoại xa. Chuyển mức π → π * ứng với giá trị E ∆ nhỏ hơn nên có thể thấy ở vùng tử ngoại gần hoặc vùng khả kiến khi có nhiều electron π liên hợp với nhau. Chuyển mức N → Q là sự chuyển electron từ trạng thái không liên kết lên phản liên kết có năng lượng cao hơn. Chuyển mức này đối với các phân tử có các nguyên tử 3 ( phản ứng liên kết) ( phản ứng liên kết) n (không liên kết) ( liên kết) ( liên kết) E ∆ * n → π * π → π * n → σ * σ → σ E r 0 r’ 0 0 ν = 1 2 3 E ' 0 ν = 1 2 3 4 II I r với các cặp electron chưa tham gia liên kết. Có hai loại chuyển mức N → Q: chuyển mức n → σ * (CH 3 OH) và chuyển mức n → π * (CH 2 =O). Cả hai đều được đặc trưng bởi cường độ thấp. Chuyển mức n → σ * thường thể hiện ở vùng tử ngoại trong khi n → π * thường ở vùng tử ngoại gần hoặc khả kiến. Chuyển mức N → R là sự chuyển electron từ trạng thái cơ bản lên trạng thái có năng lượng rất cao theo hướng ion hóa phân tử. Chuyển mức này đòi hỏi năng lượng rất lớn nên thường xuất hiện ở vùng tử ngoại xa. Phổ thu được trong trường hợp này dùng để xác định năng lượng ion hóa phân tử. Chuyển mức kèm theo chuyển dịch điện tích: ngoài những chuyển mức mà ở đó electron bị kích thích một cách định vị thuộc phạm vi một nhóm nguyên tử, còn có những chuyển mức mà trong đó electron chuyển động từ một hay một nhóm nguyên tử này đến một hay một nhóm nguyên tử. Người ta gọi đó là chuyển mức kèm theo chuyển điện tích. Kết quả của chuyển mức này là sự xuất hiện các vân hấp thụ mạnh ở vùng tử ngoại và cùng khả kiến. Phổ thu được vẫn thuộc loại phổ hấp thụ electron nhưng còn được gọi là phổ chuyển điện tích. Sự hấp thụ kèm theo sự chuyển điện tích này thường hay gặp ở các hợp chất vô cơ và phức chất. Chính sự chuyển electron từ phối tử vào các obitan trống của ion trung tâm đã giải thích sự xuất hiện của các vân hấp thụ mạnh ở vùng tử ngoại của nhiều hợp chất phức chất của các kim loại chuyển tiếp. Ở các phức phân tử như quinhidron, sự chuyển electron lại xảy ra giữa hai phân tử: O O OH OH O O OH OH Phổ hấp thụ electron cũng như màu sắc của các phức kim loại chuyển tiếp được giải thích thỏa đáng nhờ áp dụng thuyết trường tinh thể và tiếp theo là thuyết trường phối tử. Theo các thuyết này, ở trạng thái tự do, 5 obitan d của ion kim loại có năng lượng như nhau (suy biến bậc năm) nhưng khi tạo phức, dưới tác dụng của các phối tử chúng bị tách ra thành các nhóm có năng lượng khác nhau. Sở dĩ phức của các kim loại chuyển tiếp có khả năng hấp thụ bức xạ ở vùng khả kiến (có màu) là do sự chuyển mức electron giữa các mức năng lượng d bị tách ra bởi trường phối tử. Chuyển mức này gọi là chuyển mức d-d. Chuyển mức d-d thường có cường độ nhỏ ( ε khoảng 0,1 đến 100). 2.Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy đo phổ hấp thụ phân tử UV-VIS Nguyên tắc phép đo phổ UV-VIS Phổ hấp thụ phân tử vùng UV-VIS (200 - 800nm) là phổ hấp thụ của các chất tan ở trạng thái dung dịch đồng thể của một dung môi nhất định như nước, methanol, benzen, toluen, chloroform… hay một số chất mà phân tử chất trong điều kiện bình thường ở trạng thái hơi, như khí CH 4 , NH 3 … Vì thế muốn thực hiện được phép đo phổ này ta phải thực hiện các bước sau: 4 h ν → max 440nm 10.000 λ = ε ≈ - Nếu chất phân tích có phổ hấp thụ UV-VIS, thì phải hòa tan nó vào trong dung môi phù hợp, như một số chất hữu cơ: phenol, naphtalen, anthracene. Các chất vô cơ như I 2 , các muối cromat, pemanganat…). Còn những chất cần xác định mà chúng không có phổ UV-VIS có thể cho tác dụng với thuốc thử R trong điều kiện thích hợp để tạo hợp chất phức để tăng độ nhạy trong phép đo phổ UV-VIS, sau đó cho dung dịch này vào cuvet đo phổ. Nếu mẫu phân tích là chất khí thì phải đưa mẫu vào một ống cuvet đóng kín để đặt vào buồng đo phổ. - Chiếu vào cuvet có dung dịch mẫu chứa hợp chất phân tích một chùm tia sáng có năng lượng phù hợp để chất phân tích hay sản phẩm phức của nó hấp thụ bức xạ đó để tạo ra phổ hấp thụ phân tử. - Thu chùm sáng đi qua cuvet, phân ly phổ đó và chọn một hay hai bước sóng hấp thụ cực đại của chất phân tích và đo cường độ hấp thụ quang A của chất đó trong các điều kiện đã chọn. - Ghi giá trị độ hấp thụ quang. Việc này có thể thực hiện bằng nhiều công cụ khác nhau như đòng hồ đo năng lượng hấp thu, máy tự ghi… Đó chính là nguyên tắc của phéo đo phổ UV-VIS. Từ nguyên tắc này, các trang thiết bị đã được chế tạo và nhiều quy trình cụ thể đã được nghiên cứu xây dựng nhằm phân tích định lượng các chất khác nhau bao gồm vô cơ, kim loại lẫn các chất hữu cơ và các á kim trong các đối tượng mẫu của thực tế. Trang bị của phép đo phổ UV-VIS Theo nguyên tắc đã nêu trên, để thực hiện phép đo ta cần có 1 máy phổ UV- VIS. Máy này dù đơn giản hay hiện đại cũng có các bộ phận chính sau đây: - Nguồn cung cấp chùm sáng. - Buồng đặt cuvet và cuvet chứa mẫu để đo. - Bộ đơn sắc (hệ quang học) để thu phổ, phân li và chọn tia sáng có bước sóng thích hợp để đo. - Detector và module điện tử. - Máy hay trang thiết bị ghi nhận và hiển thị kết quả đo Sơ đồ nguyên lí của một máy quang phổ tử ngoại - khả kiến được trình bày ở hình 3. Hình 3: Sơ đồ máy quang phổ UV-VIS: 1) Nguồn phát bức xạ; 2) Bộ tạo tia đơn sắc 3) Bộ chia chùm sáng; 4) Dung dịch chất nghiên cứu 5) Dung môi; 6) Detector; 7) Bộ tự ghi 5 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) Các thế hệ máy phổ hiện nay thường được nối với máy tính do đó việc ghi phổ hết sức thuận lợi nhờ có những chương trình đo tự động theo các chế độ khác nhau. Ngoài ra còn có thể lưu phổ, đối chiếu và so sánh khi cần thiết. Để phát bức xạ tử ngoại người ta dùng đèn đơteri (D 2 ) còn để phát bức xạ khả kiến người ta dùng đèn W/I 2 . Bộ tạo đơn sắc (thường dùng lăng kính thạch anh hoặc cách tử) có nhiệm vụ tách riêng từng dải sóng hẹp (đơn sắc). Bộ chia chùm sáng sẽ hướng chùm sáng đơn sắc luân phiên đến cuvet đựng dung dịch mẫu và cuvet đựng dung môi. Detector sẽ so sánh cường độ chùm tia đi qua dung dịch (I) và dung môi (I 0 ). Tín hiệu quang sẽ chuyển thành tín hiệu điện. Sau khi được phóng đại, tín hiệu sẽ chuyển sang bộ phận ghi để vẽ đường cong sự phụ thuộc của lg(I 0 /I) vào bước sóng. Dung môi dùng để đo trong phổ UV-VIS phải thỏa mãn điều kiện không hấp thụ ở vùng cần đo. Để nghiên cứu vùng tử ngoại gần, người ta dùng dung môi như n- xiclohexan, methanol, ethanol, nước là những chất chỉ hấp thụ ở vùng tử ngoại xa. Khi chỉ quan tâm đến sự hấp thụ ở vùng khả kiến thì ngoài các dung môi kể trên, còn có thể dùng các dung môi không màu bất kì như chloroform, dioxan, benzen. Dung môi dùng để đo phổ UV-VIS cần được tinh chế một cách cẩn thận vì một lượng rất nhỏ của tạp chất trong đó cũng làm sai lệch kết quả đo. Người ta cũng có thể đó phổ UV-VIS của các chất ở trạng thái lỏng hoặc khí. Đối với các muối vô cơ phân li trong dung dịch thì phổ thu được là phổ của các ion solvat hóa. Để có được thông tin về các ion không solvat hóa, người ta đo phổ của chúng ở dạng rắn: hoặc dùng các đơn tinh thể hoặc dùng cách ép viên với KCl hoặc NaCl hoặc đo ở trạng thái huyền phù… III. CÁC NGUYÊN NHÂN LÀM CHO SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG CỦA DUNG DỊCH KHÔNG TUÂN THEO ĐỊNH LUẬT BOUGUER LAMBERT- BEER Ta biết biểu thức của định luật bouguer lambert-beer là: A = ε lC cho thấy A là hàm của λ , l, C (tức là A= f( λ , l, C)). Nếu ta đo bằng một cuvet có bề dày l cm không đổi thì những yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch phức màu là: 1. Do ánh sáng không đơn sắc : Giả sử dòng sáng tới có cường độ là I 0 không phải là tia đơn sắc mà là một chùm tia, giả sử có 4 tia I 01 , I 02 , I 03 , I 04 thì I 0 = I 01 +I 02 +I 03 + I 04 . Nếu chất nghiên cứu chỉ hấp thụ I 02 , không hấp thụ các tia còn lại, thì khi ánh sáng ra khỏi dung dịch ta có I = I 01 + I 2 + I 03 + I 04 . Khi đó : A = lg I I 0 = lg 0403201 04030201 IIII IIII +++ +++ Nếu tăng nồng độ C lên I 2 sẽ giảm và nếu tăng C tới mức độ hấp thụ hoàn toàn I 02 tức là I 2 = 0, khi đó độ hấp thụ quang A của dung dịch không đổi mặc dù C tăng. 6 A = lg 040301 04030201 III IIII ++ +++ = const Đường biểu diển A = f(C) sẽ không tuyến tính nữa.Vì vậy các máy đo quang chính xác phải có nguồn sáng cung cấp được dải sóng tập trung quanh một bước sóng nhất định. Tốt nhất là chọn các bước sóng thích hợp tại pic hấp thụ của chất nghiên cứu. 2. Các điều kiện đo A, như bề dày cuvet, độ trong suốt của bề mặt cuvet không thật đồng nhất, bề mặt cuvet gây các hiện tượng quang học phụ, như tán xạ hấp phụ … vv 3. Các yếu tố làm sai lệch nồng độ C thực của chất cần đo độ hấp thụ quang, nguyên nhân của các sai lệch này có thể : a. Sự phân li của các phân tử chất đo quang. Vì độ phân li α = f(C) nên khi C khác nhau thì α khác nhau. Vì thế để khắc phục yếu tố này các hợp chất đo quang phải là hợp chất, hay các phức rất bền , tức là sự phân li của chúng rất nhỏ, không đáng kể và α càng nhỏ càng tốt. b. Môi trường pH của dung dịch màu. Vì yếu tố này ảnh hưởng đến sự hình thành, độ bền và sự tồn tại của các hợp chất trong dung dịch, nhất là các hợp chất có chứa các gốc axit hay bazơ yếu.Ví dụ như phức Fe(CNS) 3 chỉ bền và tồn tại trong môi trường axit 0,01M đến 2M. Nếu pH > 3 thì phức này bị thủy phân cho muối bazơ và Fe(OH) 3 . lúc này dung dịch mẫu sẽ là một hỗn hợp của phức Fe(CNS) 3 , Fe(OH) 3 và muối bazơ của Fe, Fe(OH)(CNS) 2 , Fe(OH) 2 (CNS),… các chất phụ này làm kết quả đo sai lớn.Như vậy mỗi hợp chất phức màu chỉ bền trong những điều kiện nhất định, có thành phần xác định, giá trị ε nhất định và tồn tại ổn định trong một vùng pH thích hợp mà thôi. Điều này có liên quan chặt chẽ đến hằng số phân li K a hay K b của thuốc thử R. Nếu R là gốc của các axit hay bazơ càng yếu thì ảnh hưởng của pH (nồng độ H + ) đến sự hình thành phức phức X n R m càng mạnh. Thuốc thử R thường là các axit yếu,do đó có thể giới hạn nồng độ R bằng cách đơn giản là thiết lập giá trị pH. Có thể tính được giá trị pH cần thiết nếu biết hằng số phân li của axit HR. c. Sự tồn tại lượng dư nhiều hay ít của thuốc thử tạo phức sinh ra hợp chất cần đo quang. Khi cho một thuốc thử R tác dụng với một chất phân tích X để tạo ra chất sản phẩm X n R m có khả năng hấp thụ quang, muốn cho phản ứng xảy ra hoàn toàn người ta thường phải thêm dư thuốc thử R. nhưng nếu dư quá nhiều thì lại có thể xảy ra phản ứng phụ sinh ra chất khác làm mất chất phân tích, hay tạo ra nhiều hợp chất phức có thành phần khác nhau và gây ra sai số lớn cho phép định lượng.Do đó trong mỗi trường hợp cần phải khảo sát cụ thể để biết cần thêm dư bao nhiêu lượng thuốc thử là tốt nhất cho phản ứng đó. d. Sự có mặt của các ion, chất lạ khác có trong dung dịch mẫu, các chất lạ đó có khả năng gây ảnh hưởng cho quá trình tạo phức của XR và cho sự hấp thụ ánh sáng 7 của nó. Ảnh hưởng đó thể hiện qua các hiện tượng sau: chính nó có phổ hấp thụ chen lấn, cũng tạo phức tương tự chất phân tích và có phổ gần phức chính ta cần đo, lấy hay giữ chất phân tích không cho hingf thành phức cần đo, làm tăng khả năng phân ly của phức chính. Để loại trừ chất có phổ ảnh hưởng đến phổ của chất phân tích, ta có thể thực hiện các biện pháp sau : - Thêm chất che(chất phụ gia) vào mẫu để làm mất khả năng hấp thụ của chất gây ảnh hưởng, hay chuyển dịch sự hấp thụ của chất đó ra vùng xa vùng phổ của chất phân tích cần đo, để tại điểm đó không có phổ của chất nhiễu nữa. Các chất che vào có thể tạo ra những phản ứng : + Tạo phức, kết tủa. Ví dụ khi xác định Fe mà có Cu 2+ thì thêm Na 2 S 2 O 3 để loại bỏ Cu 2+ ở dạng kết tủa Cu S 2 O 3 và lọc bỏ. + Dùng phản ứng oxi hóa khử để thay đổi dạng ion tồn tại của chất, để tạo ra những chất có hóa trị khác không gây ảnh hưởng. - Chọn pH. Thay đổi môi trường pH của dung dịch mẫu, để hạn chế sự hấp thụ của các chất khác. - Đổi dung môi hòa tan mẫu. Thay đổi dung môi hòa tan mẫu đo phổ, như chiết chất phân tích hay phức của nó vào một dung môi khác…. - Chọn vùng đo khác. Khi chọn vùng đo khác của chất phân tích có thể có độ hấp thụ kém, nhưng không có ảnh hưởng của phổ của chất khác có trong mẫu . Nếu bằng tất cả các biện pháp trên mà vẫn không có kết quả tốt, thì bắt buộc ta phải tách bỏ các chất ảnh hưởng ra khỏi mẫu trước khi xác định nó. 4. Ảnh hưởng của yếu tố thời gian : có nhiều hợp chất phức màu có độ hấp thụ UV-VIS tăng theo thời gian, và đến một lúc thì hằng định. Song cũng có những chất sau một thời gian thì giảm nhanh. Có chất vừa sinh ra hấp thụ tốt, song chỉ sau một thời gian ngắn khả năng hấp thụ đã mất. Vì thế phải chọn thời gian đo phù hợp đối với mỗi chất cụ thể. Muốn thế ta phải khảo sát sự phụ thuộc của mật độ quang A vào thời gian t. Rồi từ đó chọn thời gian đo là bao nhiêu sau phản ứng tạo phức màu. 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ : Nhiệt độ cũng có ảnh hưởng đến cường độ sự hấp thụ UV-VIS của các chất, nhưng ảnh hưởng này không lớn. Nhiều chất trong vùng nhiệt độ từ 25-40 0 C thường có phổ hấp thụ UV-VIS ổn định, lúc đầu nhiệt độ tăng, độ hấp thụ có tăng theo nhưng chậm và đến một giá trị nhất định thì không đổi, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì khả năng hấp thụ có khi bị mất. Yếu tố ảnh hưởng của nhiệt độ, chủ yếu và thường là gắn liền với độ bền của các hợp chất phức. Vì khi nhiệt độ tăng các phức, nhất là các phức của ion kim loại với các phối tử hữu cơ thường dễ bị phân hủy, hay thay đổi dạng. Vì thế phải khống chế nhiệt độ không đổi. 8 6. Ảnh hưởng của chất nền của mẫu : các chất nền trong một số trường hợp cũng ảnh hưởng đến độ hấp thụ quang của chất phân tích hay hợp chất phức đo quang. Sự ảnh hưởng này thường thể hiện qua hai yếu tố: - Tạo ra phổ nền và gây nhiễu làm giảm độ nhạy của chất chính. - Có phổ chen lấn với phổ của chất chính cần đo quang, làm việc đo khó khăn và có khi không thể đo được ở vùng có sự hấp thụ nhạy. Trong trường hợp này, chúng ta phải tìm cách che chất nền, hay phải tách chúng ra khỏi mẫu phân tích, để loại trừ ảnh hưởng. 7. Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ : một số dung môi hữu cơ cũng có tác dụng nhất định đến sự hấp thụ quang của các chất, đặc biệt là các dung môi chiết được các hợp chất phức cần đo quang. Các dung môi này thường làm tăng độ nhạy của phép đo và tính chọn lọc của sự hấp thụ. Vì thế nhiều dung môi hữu cơ, như MIBK,CHCl 3 , CCl 4 ,….được dùng làm dung môi chiết trong phép đo phổ hấp thụ UV-VIS. Nói chung các dung môi hữu cơ có tác dụng : - Để chiết các hợp chất phức cần đo quang. - Tạo ra sự hấp thụ chọn lọc và tăng độ nhạy, loại trừ chất cản trở. IV.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG BẰNG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV – VIS 1.Phương pháp dãy tiêu chuẩn Chuẩn bị 10 – 15 ống nghiệm so màu (ống nghiệm có đường kính như nhau và chất lượng thủy tinh như nhau). Lấy vào những ống nghiệm đó dung dịch chuẩn của cấu tử cần định lượng những lượng khác nhau, pha loãng đến thể tích như nhau. Thêm vào cả dãy lượng thuốc thử như nhau và tiến hành chế hoá cần thiết để chuyển cấu tử cần định lượng thành hợp chất màu. Dung dịch nghiên cứu cũng được chuẩn bị như trên. Đem so sánh màu của dung dịch nghiên cứu với màu của các dung dịch chuẩn. Dung dịch phân tích có màu bằng màu của dung dịch chuẩn nào thì lượng chất X trong dung dịch nghiên cứu bằng lượng chất X trong dung dịch chuẩn. Nếu màu của dung dịch nghiên cứu không trùng với màu nào của dãy tiêu chuẩn mà nằm giữa hai dung dịch nào đó thì hàm lượng chất X trong dung dich phân tích có hàm lượng gần đúng bằng giá trị trung bình cộng hàm lượng của hai dung dịch chuẩn. Trong một sô trường hợp, để thu được những kết quả chính xác hơn ta phải chuẩn bị một dãy dung dịch tiêu chuẩn trung gian, dãy dung dịch này được pha chế giống như trên nhưng có hàm lượng chất X trong dung dịch chuẩn biến thiên trong khoảng hàm lượng hai dung dịch có màu gần bằng dung dịch phân tích rồi lại so sánh màu như trên. Phương pháp này có điều tiện là màu của dung dịch tiêu chuẩn phải bền. Song các dung dịch màu thường bị phai màu theo thời gian; cho nên dãy dung dịch chuẩn 9 phải pha lại thường xuyên. Để khắc phục nhược điểm này người ta dùng các dung dịch màu giả và bộ kính thuỷ tinh màu chuẩn. Phương pháp dãy tiêu chuẩn có thể sử dụng để xác định các dung dich có sư hấp thu ánh sáng không tuân theo đinh luât cơ bản của Beer,nó có thể tiến hành nhanh không cần dụng cụ gì phức tạp. Nhươc điểm của phương pháp này là ta chỉ có thể biết được gần đúng nồng độ của dung dịch nghiên cứu. Những dung dịch chuẩn thường không bền nên phải thay bằng các dung dịch giả thì găp khó khăn trong việc tuyển lựa đúng màu sắc ứng với hàm lượng chất nghiên cứu. Phương pháp này chủ yếu đươc dùng để phân tích hàng loạt mẫu. 2.Phương pháp đường chuẩn Khi phân tích hàng loat mẫu, dùng phương pháp đường chuẩn sẽ cho phép phân tích và tính toán kết quả khá nhanh. Trước hết phải pha chế một dãy dung dich chuẩn rồi tiến hành đo D của dãy dung dịch và lập đồ thị D = f(C) gọi là đường chuẩn. Sau khi lập đồ thi chuẩn xong, ta pha chế các dung dịch cần xác định trong điều kiện giống như khi xây dựng đường chuẩn rồi đem đo mật độ quang của chúng với điều kiện đo như khi xây dựng đường chuẩn được các giá trị D x đo được, dùng đồ thị chuẩn sẽ tính được C x . D D x C x C x Hình 3: Dạng của đường chuẩn Đường chuẩn này có thể dùng được khá lâu, hằng ngày trước khi dùng cần hiệu chỉnh lại cho đúng với điều kiện thí nghiệm của ngày hôm đó. Phương pháp này có ưu điểm là xác định được hàng loạt mẫu nên nhanh, kinh tế và kết quả chính xác. Nhưng để đo D cần phải có máy, máy càng chính xác thì kết quả xác đinh được càng tin cậy, so sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch phải tuân theo định luật Beer. 2.Phương pháp thêm Lấy một dung dịch nghiên cứu (hàm lượng chất nghiên cứu cần xác định có tropng đó là C x ), sau khi thực hiện phản ứng hiện màu (ở điều kiện ưu đã chọn) bằng thuốc thử R, đem đo mật độ quang được giá trị D x . 10 [...]... Nguyễn Xuân Trung.Hóa học phân tích : các phương pháp phân tích công cụ.Đại Học Quốc Gia Hà Nội, trường đại học KHTN 2 Prof.Dr Phạm Luận Bộ môn hóa phân tích khoa hóa ĐHTN Hà Nội .Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS 20 3 Đào Đình Thức Một số phương pháp phổ ứng dụng trong hóa học.NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội 4 Nguyễn Thị Thu Vân Bài tập hóa phân tích Trường ĐHKT... thuốc thử tiêu thụ để suy ra hàm lượng chất cần phân tích nên chuẩn độ trắc quang là một dạng của phân tích thể tích điểm tương đương của quá trình chuẩn độ được xác định bằng dòng điện sinh ra bởi tế bào quang điện hoặc dùng phép đo D cũng được Cần lưu ý rằng không thể sử dụng mọi phản ứng của phân tích trắc quang Điều quyết định là độ bền của phức màu Khi phân tích trắc quang có thể sử dụng những phức... môi, cấu tử xác định được chuyển sang dạng Fe2+ và được tạo phức bằng 1,10-phenanthroline(C12H8N2 , kí hiệu L) trong môi trường đệm acetat với [A-]0 =10-2 M và [L’] = [L]0 =10-4 M Biết rằng phức FeA có lg β 1.3 = 8,3 và HL co pK =4,7 a Cho biết mọi cân bằng xảy ra trong dung dịch phức?.tính β ’FeL trong khoảng pH = 3-7 chọn pH thích hợp tạo phức ? b Phức hấp thụ cực... Salixilat hay xylenol da cam, nhưng không thể chuẩn độ bằng thioxianat hay clorua được vì các phức này không bền song trong phân tích trắc quang vẫn dùng những thuốc thử này được Phương pháp trắc quang được sử dụng trong chuẩn độ trắc quang phải thoả mãn yêu cầu chung cho phản ứng dùng trong phân tích thể tích (phản ứng phải xảy ra tức thời, định lượng và độ bền của phức phải lớn) Chuẩn độ trắc quang được... tương đối) là hiệu giữa giá trị mật độ quang tuyệt đối của dung dịch 2 và dung dịch 1: Dtđ = D2 - D1 (tính chất cộng tính của mật độ quang) Tương tự nếu dung dịch phân tích có nồng độ C x (lớn) (Cx > C1) nếu đo mật độ quang của dung dịch phân tích so với dung dịch 1 thì: Dxtđ = Dx - D1 Theo định luật Lambert - Beer ta có: Dtd = D2 - D1 = εbC2 - εbC1 = εb(C2 - C1) Dxtd = Dx - D1 = εbCx - εbC1 = εb(Cx... trị số đo của dãy chuẩn và mẫu được tóm tắt trong bảng sau: Dung dịch chuẩn Dung dịch mẫu Co C1 C2 C3 C4 C5 M0 M1 Thể tích dd Fe2+ 0,001M 0,0 0 1,0 0 2,0 0 3,0 0 4,0 0 5,0 0 - - Độ hấp thụ A 0,0 0 0,22 0,43 0,65 0,8 7 1,09 0,005 0,543 C0 : trắng chuẩn (thực hiện giống như chuẩn nhưng không chứa 2+ Fe chuẩn ) M0 : trắng mẫu (thực hiện giống như mẫu nhưng không chứa... nghiên cứu thấp đặc biệt là để kiểm tra độ lặp lại của phương pháp 3.Phương pháp thêm chuẩn Chuẩn bị một dãy dung dịch chứa một lượng như nhau chất phân tích X, thêm vào đó từ dung dịch thứ hai những lượng khác nhau và tăng dần của dung dịch chuẩn chứa chất phân tích đó, thực hiện phản ứng hiện màu ở điều kiện ưu đã tìm được Tiến hành đo mật độ quang của các dung dịch này Nồng độ Cx Cx + C 1 Cx + C2 Cx... C1 (F = (C 2 − C1 ) ) Dtd Ta cũng có thể thực hiện phép xác định bằng phương pháp đường chuẩn Thực chất của phương pháp vi sai là mở rộng thang đo làm cho kết quả đo D được chính xác hơn do đó kết quả phân tích sẽ chính xác Dung dịch có nồng độ C1 (lớn) giả sử hấp thụ 90% ánh sáng nên T1 = 10, nếu ta dùng nó làm dung dịch so sánh tức là ta coi dung dịch không hấp thụ ánh sáng T 1 = 100% Dung dịch có... hơn Dung dịch 1 có nồng độ C1 (rất loãng) giả sử nó chỉ hấp thụ 10% ánh sáng chiếu vào nó (T = 90%) nên việc đo khó chính xác, bây giờ ta quy ước dung dịch này hấp thụ hoàn toàn tức là T = 0% Dung dịch phân tích có nồng độ Cx (rất loãng, loãng hơn C1) giả sử nó chỉ hấp thụ 5% tức T =95% Khi đó nếu so với C1 có T = 0% thì tất nhiên Cx phải có T = 50% ' 50 ' ' Thang thường 90 95 100 ' 0 Thang đo mở rộng... 500 = 1066,08.10 -6 = 0,001066 g 25 0,001066 %Co( II ) = 100 = 0,0215% 4,97 mCo ( II ) = 53,304.10 -6 Bài 4: Một mẫu thép chứa cả Cr và Mn (ngoài Fe) Hàm lượng Cr và Mn được xác định bằng phương pháp phân tích trắc quang 16 1) Mật độ quang của dung dịch KMnO4, nồng độ Mn 10 mg/l, ở λ = 500 nm, bề dày cuvét l = 1,00 cm bằng 0,310 Mật độ quang của dung dịch K 2Cr2O7 (môi trường axit), nồng độ Cr 200 . tắc hoạt động của máy đo phổ hấp thụ phân tử UV-VIS Nguyên tắc phép đo phổ UV-VIS Phổ hấp thụ phân tử vùng UV-VIS (200 - 800nm) là phổ hấp thụ của các chất tan ở trạng. ở các phổ phát xạ hay hấp thụ nguyên tử. Như vậy, phổ hấp thụ phân tử UV-VIS là phổ do sự tương tác của các điện tử hóa trị ở trong phân tử hay nhóm phân tử với. obitan của phân tử (MO). Do đó, phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV-VIS không phải là phổ vạch như phổ phát xạ hay hấp thụ nguyên tử mà là phổ đám có độ rộng từ 10 - 100nm