Bài giảng phân tích công cụ môn hóa phân tích

Giới thiệu phương pháp - Phương pháp tách kết tủa, điện phân, chiết, sắc ký, chưng cất - Phương pháp quang họcpp quang phổ, pp không quang phổ - Phương pháp điện từ điện thế, điện dẫn

Chương IV PHÂN TÍCH CÔNG CỤ

I Giới thiệu phương pháp

- Phương pháp tách (kết tủa, điện phân, chiết, sắc ký, chưng cất )

- Phương pháp quang học(pp quang phổ, pp không quang phổ )

- Phương pháp điện từ (điện thế, điện dẫn, cực phổ,điện khối lượng… )

II Phương pháp quang phổ

1 Tương tác giữa ánh sáng (hay BXĐT) với các tiểu phân (nguyên tử, phân tử)

các loại quang phổ Mức kích thích (e ở lớp n) Quang phổ nguyên tử

- Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Mức cơ bản (e đang ở lớp n-1)

- Quang phổ phát xạ nguyên tử

Quang phổ phân tử

- Quang phổ hấp thụ phân tử

- Quang phổ huỳnh quang, lân quang (phát xạ phân tử)

Mức kích thích(e đang ở lớp n +1)

2 Phương pháp so mầu

Là phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử, thực chất là đo năng lượng của BXĐT (ánh sáng nhìn thấy) bị vật chất hấp thụ

Định luật Lambe- Bia

Io

Biểu thức của Định luật lg - = ε.L.C = A ( độ hấp thụ quang )

I

C: nồng độ (trừ nồng độ molan)

L: độ dầy của lớp dung dịch (cm)

ε: Hệ số hấp thụ: khi dùng nồng độ mol/l; bề dày dung dịch biểu diễn cm, 2ε được gọi là hệ số hấp thụ phân tử ε không phụ thuộc vào nồng độ, chỉ phụ thuộc vào bản chất dung dịch màu, vào bản chất ánh sáng (λ ), vào nhiệt độ (Phát biểu Định luật…?) (A phụ thuộc …?) (Ý nghĩa của hệ số ε …?)

Io C I L

Tính chất của độ hấp thụ quang A : Tính cộng tính

- Cộng tính theo chiều dầy lớp dung dịch mầu

A = ε..l1.C + ε.l 2.C + ε.l3.C + ε.l4.C + ε.l5.C +… ε.ln.C Ứng dụng để tăng độ hấp thụ quang của dung dịch mầu có nồng độ loãng bằng cách tăng chiều dầy cuvet

lớp1 lớp 2 lớp 3 lớp 4 lớp 5 L1 L2 L3 L4 L5

Lớp n Ln

- Cộng tính theo nồng độ: giả thiết dung dịch có nồng độ C

được chia thành n phần nhỏ có nồng độ C1, C2, C3 … Cn

AC = ε.l.C1 + ε.l.C2 + ε.l.C3 + … + ε.l.Cn Ứng dụng để tăng (hoặc giảm) A của dung dịch mầu quá

loãng (hoặc đặc) bằng cách thêm dung dịch mầu tiêu chuẩn đặc hơn (hoặc pha loãng)

- Cộng tính theo thành phần dung dịch

Trong dung dịch có n cấu tử chất mầu không tương tác với nhau, mỗi chất mầu X, Y, Z…đều tuân theo định luật Lambe

A = εX.l.CX + εY.l.CY + εZ.l.CZ + …

Ứng dụng để xác định nồng độ một chất mầu trong hỗn hợp nhiều chất mầu

Phạm vi áp dụng của định luật

- Ánh sáng phải đơn sắc

- Nồng độ dung dịch không quá cao, quá thấp (chỉ đúng cho một khoảng nồng độ ứng với A=0,02 → 0,6)

- Dung dịch thật (không đúng với các dd huyền phù, nhũ tương, hoặc huỳnh quang)

- Điều kiện đo thống nhất ở các mẫu vì là phép đo so sánh nếu thay đổi đk đo có thể làm tăng nồng độ do dung môi bay hơi khi

đo quá lâu, hoặc thay đổi pH dẫn đến thay đổi dạng mầu (Ví dụ: chất màu Cr2O72- khi pH tăng chuyển dạng CrO42-)

- Không đúng khi pha loãng dung dịch mầu

Những yêu cầu của hợp chất mầu

- Độ bền lớn

- Có hệ số hấp thụ ε đủ lớn (càng lớn càng tốt)

- Hợp chất mầu có thành phần hoàn toàn xác định: muốn phức mầu có thành phần xác định cần tiến hành tạo phức mầu trong điều kiện:

+ Thuốc thử có tính chọn lọc cao + Thuốc thử dư như nhau ở mẫu và ở thang chuẩn + pH môi trường phải ổn định

- Hợp chất mầu phải bền theo thời gian

Phổ hấp thụ và cách chọn bước sóng λ

đo độ hấp thụ quang trong phương pháp so mầu

- Phổ hấp thụ

A

(lgε)

λ

Phổ hấp thụ: A = f(λ); Hoặc A = f(ε)

Chọn bước sóng λ đo mật độ quang

A

(lgε)

(λ max) λ

Chọn λ khi dd chỉ có chất phân tích hấp thụ mầu:

Chọn λ có D cực đại (λ max).

Chọn λ khi ngoài chất phân tích hấp thụ mầu còn có chất cản cũng hấp thụ mầu ở bước sóng lân cận:

Chọn λ sao cho tại đó ∆ A = (A chất phân tích – A chất cản ) đạt cực đại (∆ A max )

A chất phân tích

Hoặc chọn đồng thời ∆ Amax và tỉ số - đạt cực đại

A chất cản

Chất phân tích

Chất cản

Các phương pháp so mầu (ứng dụng phương pháp so mầu)

So mầu bằng mắt: dùng mắt để so sánh hoặc cân

bằng màu

- Phương pháp dãy tiêu chuẩn: chọn 7 ống bằng nhau chất lượng thủy tinh như nhau

- Lấy 6 ống để làm thang chuẩn,cho dung dịch tiêu

chuẩn chất cần xác định lần lượt vào từng ống

nghiệm với thể tích tăng dần, thêm thuốc thử để tạo phức và nước đến thể tích bằng nhau.

- Phương pháp pha loãng

Cphân tích = Ctiêu chuẩn.Vphân tích/Vtiêu chuẩn

Các phương pháp so mầu (ứng dụng p.pháp so mầu)

So mầu bằng máy so mầu quang điện

Phương pháp đường chuẩn

A

C1 → A1 = ε L C1

C2 → A2 = ε L C2

C3 → A3 = ε L C3

Cx → Ax = ε L Cx

L

L

L

L

A3 Ax A2 A1

III Phương pháp đo điện thế

•Điện cực: gồm 2 loại

a Nhóm điện cực có thế hình thành do phản ứng oxyhoa khử xảy

ra trên bản điện cực, thuộc loại này gồm các điện cực sau

Điện cực kim loại (điện cực không đồng tính): gồm loại I, loại II, loại III )

Điện cực loại I có cấu trúc M m+ /M Phản ứng trên điện cực : M m+ + me →M

RT 0,059

E = Eo + - ln a M m+ → E đc = Eo + - lg M m+

mF m

Điện cực loại II có cấu trúc MX m /M Phản ứng điện trên cực: MX m +me =M +mX

-(Chất cho nhận e thông qua dạng kết túa MX m ↓ hoặc M(OH) m ↓

Eđc = Eo

Mm+/M + (0,059/m) lgTMXm - (0,059/m) lg [ X-]m = Eo

đc - 0,059 lg [X-]

Điện cực Oxi hóa khử (điện cực đồng tính, các chất tham gia pư đều ở dạng dd)

Cấu tạo: nhúng dây dẫn trơ vòa dung dịch chứa cặp oxihóa khử liên hợp:

Ví dụ: dung dịch chứa các cặp Fe 3+ / Fe 2+ hoặc Cu 2+ / Cu 1+

E = Eo + (0,059/n)lg ([Oxh]/[Kh])

0,059 [Fe3+]

E = Eo + - lg -

Fe 3+ / Fe 2+

b Điện cực màng chọn lọc

M + TRÊN MÀNG + A + d d ↔ A + TRÊN MÀNG + M + d d

Ion M+ trao đổi thuận nghịch với ion A+

Thế E của màng liên quan đến nồng

độcủa ion A+

Trong dung dịch:

E màng = f (A+) Điện cực thủy tinh: cấu tạo có bầu thủy

tinh mỏng bên trong chứa dung dịch có

ion trùng với ion cần phân tích.Thường

dùng loại thủy tinh có khả năng trao đổi

thuận nghịch ion H+

MÀNG CHỌN LỌC

Đo thế điện cực

Vì thế điện cực E là đại

lượng cường độ, nên không

đo được giá trị E tuyệt đối;

Chỉ có thể đo được giá trị so

sánh: ghép với một điện cực

tiêu chuẩn, đo được SĐĐ

của pin, sau đó tính thế điện

cực qua sức điện động của

pin và thế điện cực của điện

cự tiêu chuẩn.

E pin = E T.chuẩn - E n.cứu

En.cứu = ET.chuẩn - E pin

Sơ đồ đo thế điện cực

E pin

Đ.cực t.chuẩn Đ.cực n.cứu

En.cứu = ET.chuẩn - E pin

Cấu tạo

- Dây dẫn Ag

- Dung dịch KCl bão hòa

- Muối Hg2Cl2

Điện cực so sánh

Điện cực so sánh là điện cực có thế hoàn

toàn xác định, ổn định dùng để đo thế

của điện cực khác Điện cực so sánh còn

gọi là điện cực tiêu chuẩn

Điện cực Calomen

Phản ứng sinh điện thế

½ Hg2Cl2 + e → Hg + Cl

-E = -Eo + 0,059/ 1 lg [Cl-] = hằng số

(vì [Cl-] luôn là hằng số ở nhiệt độ xác

định)

Ở 25 Co E calomen = 0,241 v

(Điện cực bạc; điện cực hiđro đọc tài

Ứng dụng

Đo thế điện cực xác định nồng

độ ion

Đo pH

Điện cực chỉ thị H+ màng thủy

tinh

Et.tinh = Eo

Eo

t.tinh – E t.tinh

pH =

0,059

Để đo thế E t.tinh ta ghép điện

cực thủy tinh với điện cực tiêu

Sơ đồ điện cực màng thủy tinh

Giây Ag phủ AgCl Dung dịch HCl 0,1H

Màng thủy tinh đặc biệt

4 Phương pháp chiết

Nguyên tắc: dựa trên độ tan của chất trong hai

dung môi không trộn lẫn.

-Hằng số phân bố lí thuyết

K = [Ahc] / [An] ,

(K: hằng số phân bố lí thuyết)

-Hằng số phân bố thực nghiệm

Tổng nồng độ A trong h cơ

K’ =

Tổng nồng độ A trong nước

(K’: hằng số thực nghiệm)

-Phần trăm chiết

Tổng số mol chất được chiết lên h.cơ

E%= - 100

Tổng số mol chất ban đầu

K’

E%= - 100

K’ + Vn/Vhc

-E% chiết n lần với cùng một lượng dung môi

V hc

Vn n

E% = 100 1 - -

Sơ đồ chiết

Chất A trong hữu cơ: Ahc

Chất A trong nước: An

Ahc

An