bài giảng PHÂN TÍCH hóa lý

Sơ lược về hóa học phân tích:+ Nhóm các phương pháp vật lý và hóa lý  Sử dụng các thiết bị máy móc phức tạp Đo hoặc ghi những đại lượng vật lý và hóa lý như cường độ vạch quang phổ phá

Trang 1

HỌC PHẦN

PHÂN TÍCH CÔNG CỤ

Trang 2

Sơ lược về hóa học phân tích:

Hãy nêu một số phương pháp phân tích?

Tùy thuộc vào bản chất của các phương pháp phân tích mà người ta chia chúng ra các nhóm chủ yếu sau:

+ Nhóm các phương pháp hóa học

+ Nhóm các phương pháp vật lý và hóa lý

Trang 3

Trang 4

Trang 5

 Sử dụng các thiết bị máy móc phức tạp

Đo hoặc ghi những đại lượng vật lý và hóa lý (như cường độ vạch quang phổ phát

xạ nguyên tử, cường độ phân rã phóng xạ hạt nhân nguyên tử, điện thế cân bằng của các điện cực nhúng vào dung dịch phân tích, cường độ dòng khi điện phân chất phân tích …)

Trang 6

Trang 7

Phương pháp khối lượng

Phương pháp thể tích

Trang 8

* Phương pháp khối lượng

Phương pháp khối lượng bao gồm hai phép đo thực nghiệm:

Ví dụ: Xác định Ba2+ trong BaCl2

thu được hàm lượng theo phần trăm của cấu tử cần xác định.

Trang 9

Kết quả:

Thu được hàm lượng theo phần trăm của cấu tử cần xác định.

Trang 10

Phương pháp thể tích

Trang 11

Phương pháp thể tích (phương pháp chuẩn độ)

độ) với dung dịch chất cần xác định

Trang 12

Đối với học phần phân tích hóa lý, chúng ta sẽ tìm hiểu về:

+ Phương pháp phân tích quang phổ nguyên tử

+ Phương pháp phổ hấp thụ phân tử:

+ Phương pháp phân tích sắc ký

Trang 13

+ Phương pháp phân tích quang phổ nguyên tử

Quang phổ nguyên tử, ta tìm hiểu về thiết bị

AAS (Atomic adsorption spectroscopy)

AES (Atomic emisstion spectroscopy)

Trang 14

Trang 15

Trang 16

Đối với phương pháp phân tích quang phổ nguyên tử thì việc xác định các nguyên tố:

Một nguyên tố hóa học sẽ cho ra một dãy vạch phổ đặc trưng

Phun dung dịch cần xác định vào ngọn lửa ở vùng Plasma cho ra một dãy vạch phổ

Trang 17

+ Phương pháp phổ hấp thụ phân tử:

Ta tìm hiểu về phương pháp phân tích trắc quang (UV- Vis)

Trang 18

Trang 19

Trang 20

Phương pháp phổ hấp thụ phân tử xác định hàm lượng mẫu theo nguyên tắc:

 Tạo phức với mẫu

Đo mật độ quang của phức này

 Tính kết quả

Trang 22

Trong phân tích phổ phân tử, ngoại phổ hấp phụ phân tử trong vùng UV-Vis, còn gồm có:

Trang 24

Phổ Raman, mẫu nghiên cứu được chiếu bằng những chùm laze mạnh trong vùng tử ngoại khả kiến và ánh sáng tán xạ luôn được quan sát thấy trong hướng vuông góc với chùm tia tới.

Trang 25

CHƯƠNG 1

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ NGUYÊN TỬ

2

Trang 26

BÀI 1:

ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP

1.1 Vài nét lịch sử

1.2 Sự phân loại phổ

Trang 27

1.1 Vài nét lịch sử

Robert Bunsen (1811-1899)

Gustav Robert Kirchhoff

(1824-1887)

Trang 29

Người ta phân chia theo đặc trưng của phổ:

- Phương pháp phân tích phổ nguyên tử

- Phương pháp phân tích phổ phân tử

Trang 31

Phương pháp phân tích phổ phân tử, gồm có:

Phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV-Vis

Phổ hồng ngoại

Phổ tán xạ Raman

Trang 32

QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ (AES)

2.1 Sự xuất hiện vạch quang phổ

2.2 Tính chất của vạch quang phổ

2.3 Cường độ của vạch quang phổ

2.4 Đối tượng của phương pháp

BÀI 2:

Trang 33

Trang 34

Trang 35

Trang 36

∆E

Giải phóng năng lượng

Trang 37

Với:

h: hằng số Plank () C: tốc độ ánh sáng V: tần số bức xạ λ: bước sóng bức xạ

Với:

h: hằng số Plank () C: tốc độ ánh sáng V: tần số bức xạ λ: bước sóng bức xạ

Trang 38

Quá trình phát xạ nguyên tử:

Trong nguyên tử bị kích thích thì:

En sẽ chuyển về các mức E01, E02, E03, … và E0

Mỗi bước chuyển

một tia bức xạ(một vạch phổ)

Trang 39

Phổ phát xạ nguyên tử là sản phẩm sinh ra do sự tương tác vật chất, mà

ở đây là các nguyên tử tự do ở trạng thái khí với một nguồn năng lượng nhiệt, điện … nhất định, phù hợp

Trang 40

Trang 41

Phổ phát xạ có 3 loại:

Nhóm phổ vạch

Nhóm phổ đám

Nhóm phổ liên tục

Trang 42

Xét các hiện tượng:

1- Nguyên tử (ion) bị kích thích

2- Năng lượng e-, dao động, quay của các phân tử, nhóm nguyên tử

3- Các chất rắn cháy sáng

Trang 43

Vạch riêng biệt ứng với λ1, λ2, λ3 …

Trang 44

*Phổ đám:

Được tạo thành do 3 dạng năng lượng biến thiên

Năng lượng electron

Năng lượng dao động

Năng lượng quay

Trang 45

Trang 46

Trong ba loại quang phổ trên chỉ có phổ vạch là thích hợp để phân tích định tính và phân tích định lượng một cách chính xác

Trang 47

Kiểm tra thường xuyên

1/ Hãy trình bày sự xuất hiện vạch quang phổ trong phương pháp quang phổ nguyên tử? Vẽ hình và giải thích hấp thụ phát xạ các bức xạ ánh sáng?

2/ bài tập

Trang 49

2.3 Cường độ vạch quang phổ

Chùm ánh sáng Phân tích, ghi lại, xử

lý

Chùm ánh sáng Phân tích, ghi lại, xử

lý

Trang 50

2.3 Cường độ vạch quang phổ

Trong vùng Plasma có sự chuyển động khuếch tán của các hạt

Khi quá trình khuếch tán ổn định thì cường độ vạch quang phổ xem như ổn định

Trang 51

* Nguyên tắc phép đo phổ phát xạ (AES)

+ Phương pháp phân tích phải bao gồm các bước sau:

Phải có quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu, sau đó kích thích phổ của mẫu

Thu phân ly và ghi toàn bộ phổ phát xạ của mẫu vật

Đánh giá phổ đã ghi về mặt định tính, định lượng

Trang 52

+ Trang bị cơ bản

Nguồn năng lượng để hóa hơi, nguyên tử hóa và kích thích phổ

Máy quang phổ để thu, phân ly và ghi lại phổ phát xạ

Hệ thống trang bị để đánh giá định tính, định lượng

Trang 53

Các kim loại nồng độ nhỏ và một vài á kim (Si, P, C) trong các loại mẫu khác nhau

Trang 54

Sơ đồ

nguyên lý của quá trình phân tích AES

Trang 55

*Ưu điểm:

Độ nhạy cao

Phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong một mẫu

Đo chính xác tương đối cao

Tốn ít mẫu

Có thể ghi lại trên phim ảnh, kính ảnh hay băng giấy

Trang 56

*Nhược điểm:

Không cho biết trạng thái liên kết trong mẫu

Phụ thuộc vào thành phần chính xác của dãy mẫu đầu

Trang 57

Trang 59

3.1 Yêu cầu và nhiệm vụ của nguồn kích thích

Quyết định độ nhạy của phép đo, yêu cầu là:

Trang 61

3.2 Các loại nguồn kích thích

* Ngọn lửa đèn khí:

Được tạo thành khi đốt cháy chất oxi hóa với chất cháyNhiệt độ từ 1700 đến 3300oC

Trang 63

3.2 Các loại nguồn kích thích

* Tia lửa điện:

Được tạo thành do sự phóng điện giữa hai điện cực (dòng thấp, thế rất cao)Nhiệt độ từ 4000 đến 7000oC

Trang 65

3.3 Cơ chế của sự kích thích

Tìm hiểu ở phần sau

Trang 66

3.4 Các nguyên nhân gây sai số

Trang 67

Học kiểm tra HS1

1.Sự xuất hiện vạch quang phổ?

2.Các bước của phương pháp phân tích, trang bị cơ bản của phép đo phổ phát

xạ nguyên tử, sơ đồ nguyên lý của quá trình phân tích AES?

3.Ưu và nhược điểm của phương pháp phổ phát xạ nguyên tử AES? (có thể bỏ qua)

4.Sự kích thích phổ phát xạ nguyên tử? (có thể bỏ qua)

Trang 68

THIẾT BỊ PHÂN TÍCH QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

BÀI 4:

4.1.Máy quang phổ lăng kính

4.2 Phân ly ánh sáng dựa trên tính chất khúc xạ

Trang 69

4.1 Máy quang phổ lăng kính

* Máy quang phổ là gì?

Là một dụng cụ dùng để thu, phân ly và ghi lại phổ của một vùng phổ quang học nhất định

* Máy quang phổ lăng kính là thiết bị gì?

Là máy quang phổ mà hệ tán sắc của chúng được chế tạo từ 1, 2 hay 3 lăng kính (sự phân li ánh sáng?)

Trang 71

Hình 4.2:

Mặt tiết diện của lăng kính

•Si là tia tới, KH là tia ló

•i là góc tới và i’ là góc ló của tia sáng

•D là góc lệch của chùm tia sáng sau khi qua lăng kính

•ABC là tiết diện chính của lăng kính

4.1.1 Lăng kính

Trang 72

Sơ đồ quang học của một số máy quang phổ lăng kính

P: lăng kính L: Thấu kính

M, M1, M2: các hệ gương E: hộp ảnh ghi phổ

T: Khe sáng S: nguồn phát xạ

Trang 73

Sơ đồ quang học của một số máy quang phổ lăng kính

Trang 75

a Độ tán sắc gócPhụ thuộc vào các yếu tố:

+ Số lăng kính có trong hệ tán sắc+ Góc A của lăng kính

+ Chiết suất của vật liệu làm lăng kính+ Biến thiên theo bước sóng (sóng ngắn lệch nhiều, sóng dài lệch ít)

4.1.2 Các đặc trưng của máy quang phổ lăng kính

Trang 76

b Độ tán sắc dàiĐược dùng để đánh giá khả năng tán sắc của máy quang phổ

Trang 77

b Độ tán sắc dàiĐược dùng để đánh giá khả năng tán sắc của máy quang phổ

Độ tán sắc dài càng lớn thì vùng phổ của máy càng rải ra trên một khoảng rộng

Trang 78

b Độ tán sắc dàiPhụ thuộc vào độ tán sắc góc

Trang 79

c Độ phân giảiHai tia sáng có bước sóng gần nhau λ1 và λ2 chỉ tách ra được thành hai vạch phổ rõ ràng nếu cực tiểu nhiễu xạ thứ nhất của vạch này trùng với cực đại nhiễu

xạ thứ nhất của vạch kia

Trang 80

Trang 83

5.1 Kính ảnh

+ Đế

Là tấm thủy tinh trong suốt, đồng nhất

Bề dày đều đặn thường từ 1 đến 2mm

Diện tích 6x12cm, 9x24cm hay 9x30cm

Trang 84

5.1 Kính ảnh

+ Lớp nhủ tương bắt ánh sáng

Là lớp Gelatin có chứa các hạt AgBr mịn

Lớp Gelatin có độ dày đồng nhất, đều đặn từ 0,1 đến 0,5 mm

Trang 85

5.1 Kính ảnh

*Sự thu nhận phổ phát xạ của vật mẫu:

S: độ đen I: cường độ chùm sáng

Trang 86

5.1 Kính ảnh

Khi bị ánh sáng tác dụng trong lớp nhủ tương có phản ứng:

(Ag↓ màu đen)

Xử lý ảnh bằng dung dịch:

Dung dịch hiện hình

Dung dịch định hình

Trang 87

5.1 Kính ảnh

Dung dịch hiện hình và định hình

Trang 90

5.2 Độ đen và độ nhạy kính ảnh

Thang đo độ đen S chỉ có giá trị từ 0 -2 (vùng độ đen vừa phải từ 0,3 đến 1,7)

Ngoài thang đo độ đen S, còn dung hai thang đo là W và P

Trang 91

Công thức tính W Công thức tính P

W và P dùng trong phân tích lượng vết Thang W độ đen có thể mở rộng đến 0,1 Thang P độ đen có thể mở rộng đến -0,3

Trang 92

5.2 Độ đen và độ nhạy kính ảnh Thang đo độ đen S chỉ có giá trị từ 0 -2 (vùng độ đen vừa phải từ 0,3 đến 1,7)

Trang 94

* Độ nhạy phổ của kính ảnh:

Độ nhạy là thông số đặc trưng cho mỗi loại kính ảnh

Mỗi loại kính ảnh chỉ nhạy trong một vùng phổ nhất định

Trang 95

Hình 5.2

Độ nhạy của các loại kính ảnh

(1): vùng 180 – 400nm (2): vùng 360 – 780nm (3): vùng 700 – 1000nm

Trang 96

* Độ nhạy phổ của kính ảnh:

Độ nhạy là thông số đặc trưng cho mỗi loại kính ảnh

Mỗi loại kính ảnh chỉ nhạy trong một vùng phổ nhất định

Để tăng độ nhạy, ta thêm chất kích hoạt quang học

Trang 97

Hình 5.3

Trang 98

Hình 5.4

Trang 99

5.3 Ống nhân quang điện (Photomultiplier tubes)

Trang 100

5.3 Ống nhân quang điện

Chức năng: là dụng cụ quang học để thu nhận tín hiệu quang học và khuếch đại hàng ngàn đến hàng triệu lần

Phân tích nguyên tố ở nồng độ rất nhỏ (từ μg đến ng)

Vùng phổ làm việc của nhiều loại nhân quang điện thường là từ 190 đến 900 nm

Trang 101

Trang 102

Trang 103

Trang 104

Trang 105

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BẰNG QUANG PHỔ PHÁT XẠ

Trang 107

6.1.1 Nguyên tắc

Khi kích thích đám hơi nguyên tử, thu được phổ phát xạ bao gồm:

Phổ vạch của nguyên tử và ion

Phổ đám của phân tử và nhóm nguyên tử

Phổ nền liên tục

Trang 108

Phổ vạch là thành phần đặc trưng cho nguyên tử và ion ở trạng thái hơi tự do

Ví dụ khi bị kích thích:

Al phát ra vạch đặc trưng trong vùng UV: 308,215 và 309,271 nm

Cu phát ra vạch đặc trưng trong vùng UV: 324,754 và 327,396 nm

Trang 109

Nguyên tắc của phương pháp phân tích phổ phát xạ định tính là dựa vào các vạch phổ phát xạ đặc trưng của từng nguyên tố để nhận biết chúng

Trang 110

Quá trình phân tích quang phổ phát xạ định tính gồm các giai đoạn:

Hóa hơi, nguyên tử hóa, kích thích đám hơi phát ra phổ phát xạ

Thu phân ly chùm sáng phát xạ và ghi lại phổ phát xạ

Quan sát phổ theo các vạch đặc trưng của các nguyên tố

Trang 113

6.1.2 Vạch chứng minh định tính và cách chọn

Các vạch chứng minh phải thỏa:

Rõ ràng, không trùng lẫn với các vạch của nguyên tố khác

Phải là những vạch phổ nhạy

Phải xuất phát từ nguồn năng lượng dùng để kích thích phổ

Phải căn cứ vào máy quang phổ

Trang 114

6.1.2 Vạch chứng minh định tính và cách chọn

Ví dụ:

Để chứng minh Na:

Máy quang phổ lăng kính thủy tinh chọn hai vạch 589,60 và 589,00 nm

Máy quang phổ cách tử PGS-2 có thể chọn hai vạch 589,60 và 589,00 nm hoặc hai vạch 330,30 và 330,27 nm

Trang 115

6.1.3 Độ nhạy phổ và khả năng phát hiện

Người ta thường sử dụng hai khái niệm về độ nhạy:

Độ nhạy tuyệt đối

Độ nhạy tương đối

Trang 116

Độ nhạy tuyệt đối (còn gọi là độ nhạy khối lượng) là lượng gam nhỏ nhất của một nguyên tố để phát hiện ít nhất hai vạch phổ đặc trưng của nguyên tố ấy

Ví dụ:

+ Pb trong plasma hồ quang 0,000007g

+ Al trong plasma hồ quang 0,0000055g

Trang 117

Độ nhạy tương đối (còn gọi là độ nhạy nồng độ) là nồng độ nhỏ nhất của một nguyên tố để phát hiện ít nhất hai vạch phổ đặc trưng của nguyên tố đó

Ví dụ: + Pb nồng độ mẫu là 0,0008%

+ Al nồng độ mẫu là 0,0004%

Trang 118

Trong phân tích người ta thường sử dụng độ nhạy tương đối

Trang 119

Tuy nhiên ngoài độ nhạy, khả năng chứng minh nguyên tố còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác:

+ Điều kiện thực nghiệm

+ Chất lượng hệ thống quang học của máy quang phổ

+ Cấu tạo thành phần vật lý hóa học của mẫu phân tích

+ Môi trường kích thích phổ

+ Trạng thái tồn tại của nguyên tố trong mẫu

+ Chất phụ gia thêm vào mẫu phân tích

Trang 120

6.1.4 Sự trùng vạch và cách loại trừ

Phổ phát xạ nguyên tố có đến hàng ngàn vạch, do đó phổ phát xạ mẫu phân tích tất nhiên cũng có nhiều vạch, và sẽ có hiện tượng trùng vạch, hiện tượng quấy rối và chen lấn các vạch phổ của các nguyên tố với nhau

Trang 121

Một số hiện tượng của sự trùng vạch, đó là:

Vạch phổ trùng

Vạch quấy rối và chen lấn

Phổ đám

Trang 122

Trang 123

6.1.4 Sự trùng vạch và cách loại trừ

Để phân tích định tính các nguyên tố, người ta có rất nhiều cách để loại trừ các ảnh hưởng trên, như:

Lợi dụng tính chất bay hơi khác nhau của các nguyên tố theo thời gian

Chọn điều kiện và nguồn năng lượng phổ kích thích phù hợp

Chọn môi trường kích thích phù hợp

Thêm vào mẫu chất phụ gia phù hợp

Chọn máy quang phổ có độ phân giải lớn và vùng phổ phù hợp

Biện pháp cuối cùng là dùng pp chiết suất (nếu các pp khác không được)

Trang 126

6.1.5 Các phương pháp phân tích định tính

PTĐT toàn diện là PP xác định xem mẫu phân tích chứa bao nhiêu nguyên tố cả thảy

Trang 128

Ưu, khuyết điểm:

Nhanh, đơn giản

Nhưng chỉ giới hạn một số nguyên tố đơn giản

Chủ yếu phục vụ cho phân tích luyện kim, như Mn, Cr, Al, Si, C …

Trang 129

Máy quang phổ phát xạ hồ quang dùng cho ngành luyện kim

Trang 130

b Phương pháp phổ chuẩn (dùng bản atlas)

Bản atlas là các bảng vạch phổ của Fe theo một máy quang phổ nhất định

Cấu tạo gồm hai phần:

Phần trên – một dãy phổ của Fe trong một vùng phổ nhất định

Phần dưới – kề với phổ của Fe , vị trí các vạch phổ đặc trưng

Định dạng
Số trang	279
Dung lượng	3,56 MB