TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG

TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG

THỰC PHẨM TP.HCM

LỚP 08CDSH

UV /Vis spectral region

Violet: 400 - 420 nm Indigo: 420 - 440 nm Blue: 440 - 490 nm Green: 490 - 570 nm Yellow: 570 - 585 nm Orange: 585 - 620 nm Red: 620 - 780 nm

Đại cương về bức xạ điện từ và phổ:

• Nguyên nhân tạo ra bức xạ điện từ: Bức xạ điện

từ thường được tạo ra bởi sự tương tác của một nguồn năng lượng nào đó với vật chất chẳng

hạn như cơ năng, nhiệt năng, điện năng…Ngoài

ra, sự giải phóng năng lượng của vật chất ở

trạng thái năng lượng cao không bền như sự

phát xạ của nguyên tử, phân rã phóng xạ, sự

phát huỳnh quang…

Sự phân chia phổ bức xạ điện từ :

có 2 cách

Cách1: Theo độ dài của bước sóng

STT Tên bức xạ Vùng Giải thích

1 Tia γ Sóng siêu ngắn

2 Gama ray Nhỏ hơn 1A Phổ Gama

3 X-ray 1÷10A Phổ tia X ronghen

4 Sorft X-Ray 10÷100A Phổ tia X ronghen

5 Vacuum UV 100A÷200nm Phổ tử ngoại chân

không

6 UV 200÷400nm Phổ tử ngoại

7 VIS 400÷800nm Phổ khả kiến

8 Near IR 800÷0.8μm Phổ hồng ngoại gần

14 Radio wave 10÷2500m Phổ sóng radio

15 Long wave >2500m Phổ sóng dài

16 Very long >10km Phổ sóng rất dài

• Nhận xét: theo cách phân loại này thì tính tuần tự dài theo độ sóng, năng

lượng sẽ giảm dần, bước sóng tăng

dần Nhược điểm của cách phân chia này không rõ ràng giữa các vùng

sóng, không nói lên được bản chất

của vùng phổ

Cách2: Theo bản chất của mỗi loại

• Phổ phân tử :các phổ phân tử này là do

sự chuyển mức năng lượng của các điện

tử hóa trị ở trạng thái liên kết và cặp điện

tử hóa trị tự do của các nhóm phân tử,

hoặc các gốc tự do có trong phân tử quyết định Thuộc loại này gồm có phổ hấp thụ

UV, phổ hấp thụ vùng VIS, phổ hồng

ngoại IR, phổ tán xạ Raman, phổ phát xạ huỳnh quang phân tử.

• Phổ khối lượng: Được sinh ra và quyết định bởi khối lượng của các nguyên tố và đồng vị hoặc do khối lượng các mảnh,

các nhom 1phân tử chất hấp thụ tạo nên.

• Phổ cộng hưởng từ: Do điện tử trong

phân tử hoặc do proton trong phân tử

quyết định Tương ứng với 2 cơ chế có

phổ cộng hưởng từ của điện tử và cộng

hưởng từ hạt nhân

THUYẾT VÂN ĐẠO PHÂN TỬ

MO (MOLECULAR ORBITAL)

Những luận điểm cơ bản của thuyết MO:

• Nếu trong nguyên tử mối electron được miêu tả

bằng một hàm sóng ψ Orbital nguyên tử thì trong

phân tử mối electron được miêu tả bằng một hàm

sóng ψ Orbital phân tử (MO) Xác xuất tìm thấy

electron trong một thể tích dv của phân tử cũng là

ψ 2dv tương tự nguyên tử

• Trong mỗi Orbital phân tử electron đặc trưng bằng một bộ số các lượng tử, các Orbital phân tử với các tên: б,π,б, Φ…

• Các electron của phân tử được phân bố trên các

MO theo: nguyên lí Pauli (Mỗi MO chỉ chứa tối

đa 2electron), nguyên lí vững bền (Ở trạng thái

cơ bản , trong nguyên tử,các electron sẽ chóan

những mức năng lượng thấp trước rồi đến trạng thái năng lượng có mức cao hơn tiếp theo), qui tắc Hund (Trong một phân lớp, các electron được sắp xếp sao cho tổng số các spin là cực đại)

• Từ các AO của các nguyên tử tham gia tạo thành liên kết, suy ra MO của các phân tử mới tạo

thành bằng cách tổ hợp tuyến tính các AO ban

đầu n AO tổ hợp cho nMO

• Yêu cầu các AO tham gia tổ hợp liên kết:

-Có năng lương gần bằng nhau.

-Có mức xen phủ đáng kể.

-Có tính đối xứng giống nhau đối với trục nối tâm 2 nguyên tử.

Tổ hợp tuyến tính 2 Orbital

• Giả sử một phân tử tạo thành 2 nguyên tử A

và B, mỗi nguyên tử có một AO tham gia

liên kết ψa , ψb thì MO phân tử tạo thành có hàm sóng ψ= ca ψ a ± c b ψ b

• c a , c b : Hệ số đánh giá sự đóng góp các AO

vào sự tạo thành MO

• Tổ hơp tuyến tính cộng các AO cho MO có năng lượng thấp hơn AO xuất phát (MO liên kết): ψ+ = c a ψ a + c b ψ b

• Tổ hơp tuyến tính trừ các AO tạo ra cho

MO có năng lượng lớn hơn AO xuất phát (MO phản liên kết_MO*):

Sự chuyển mức năng lượng electron với hấp thụ bức xạ

UV_VIS:

• Các bức xạ UV_vis có

năng lượng khá lớn nên

có khả năng làm thay đối

mức năng lượng của các

electron từ trạng thái cơ

CƠ SỞ LÍ THUYẾT

 Các phân tử,ở điều kiện bình thường, chúng tồn tại ở trạng thái cơ bản,trạng thái này có năng lượng thấp và bền

vững.

 Khi có một chùm sáng (chùm proton) kích thích với tần số thích hợp,thì các điện tử hóa trị(điện tử liên kết) trong phân tử sẽ hấp thu năng lượng của

chùm sáng và chuyển lên trạng thái có kích thích có năng lượng cao hơn

 Theo cơ học năng lượng tử,ở

trạng thái cơ bản của phân tử,các điện tử liên kết được sắp đầy vào các orbital liên kết có mức năng lượng thấp.Khi kích thích chúng

sẽ có sự di chuyển lên các mức có năng lượng cao.

 Lúc này phân tử đã bị kích

thích.Hiệu số giữa hai mức năng

lượng cơ bản và kích thích chính là

năng lượng mà phân tử đã

hấp thu để chuyển từ mức năng lượng

cơ bản Năng lượng bị phân tử hấp

thu chính là năng lượng của nguồn

sáng Quá trình này được biểu thị

theo hệ thức sau:

E(e)=E*-E ∆ 0=h γ =hc λ ⁄

 Trong quá trình kích thích , cùng với sự

chuyển mức năng lượng của các electron liên kết , còn kèm theo sự quay va dao động của nguyên tử trong phân tử dưới tác dụng của

nguồn sáng.

Tổng năng lượng mà phân tử nhận được khi

bị kích thích bao gồm ba thành phần:

Ets= E(e)+ E(d)+ E(q) ∆ ∆ ∆

E(e)> E(d)> E(q)Vì thế mà phổ UV-VIS ∆ ∆ ∆ không phải là phổ vạch như phổ AES hay

AAS.

• Như vậy,phổ hấp thu phân tử UV-VIS là

phổ được hình thành do sự tương tác của các

điện tử hóa trị ở trong phân tử hay nhóm phân tử với chùm nguồn sáng kích thích (chùm tia

bức xạ trong vùng UV-VIS)tạo ra.

Là phổ tổ hợp sự di chuyển mức năng lượng của các điện tử liên kết,của sự quay và sự dao động của phân tử.Phổ UV-VIS là phổ đám chứ không phải là phổ vạch, nh AES,AAS ư

CƠ SỞ ĐỊNH TÍNH CỦA PHƯƠNG

PHÁP

• Định tính của phương pháp này là

dựa vào bước sóng hấp thụ.

CƠ SỞ ĐỊNH LƯỢNG CỦA

PHƯƠNG PHÁP:

• Khi ta chiếu 1 chùm sáng có cường độ ban đầu là I0 vào 1 cuvet chứa dung dịch mẫu có

độ dầy là L thì có 3 hiện tượng xảy ra :

• Phần chùm sáng đi qua cuvet có cường độ IT

• Phần phản xạ và tán xạ theo mọi phương có cường độ là Ir ; Ip

• Phần bị các phân tử cuvet hấp thu có cường

độ là IA : Io=IA + IT + Ir + Ip

- Gọi A có độ hấp thu quang của

phân tử xác định trong dd chứa trong cuvet ở 1 bước sóng xác định thì:

GIỚI HẠN PHÁT HIỆN VÀ GIỚI HẠN ĐỊNH LƯỢNG CỦA PHƯƠNG PHÁP

• Các mẫu đo UV-VIS là các dạng dung

dịch Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ UV-VIS của mẫu Cụ thể:

• Các yếu tố thuộc về cấu trúc phân tử của chất tan:

+ Nhóm mang màu và nhóm trợ màu

+ Ảnh hưởng của vị trí không gian

+ Một số nhóm mang màu đặc trưng

Các yếu tố thuộc về môi trường:

• Các yếu tố thuộc về thiết bị: Định

luật Lambert-Beer chỉ hòan tòan

đúng với chùm tia đơn sắc.

• Ảnh hưởng của các hiện tượng quang học khác: phản xạ, khuếch tán,…đặc biệt là hiện tượng tán xạ do dung dịch không đồng nhất về mặt quang học

Do đó dung dịch phải trong suốt hạn chế hiện tương tán xạ, phản xạ,

khuếch tán ánh sáng…

Điều kiện áp dụng định luật Beer:

• Thiết bị phải có khả năng tạo ra chùm tia đơn sắc nhất định Độ đơn sắc càng cao

• Dung dịch phải trong suốt để hạn chế tối

đa các hiện tương quang học khác.

HẤP THỤ PHÂN TỬ

• Sự hấp thu bởi các phân tử chứa nhiều nguyên

tử, đặc biệt trong trạng thái đông tụ,là một quá trình phức tạp hơn vì số các trạng thái năng

lượng có thể tăng nhanh Có thể biểu diễn năng lượng chung của phân tử như sau:

E= E e +E v +E j (2.17)

• Ee là năng lượng có liên quan đến các obitan

khác nhau của các electron ben ngoài của phân tử;

• Ev- năng lượng các dao động giữa các nguyên

tử của cả phân tử;

• Ej-năng lượng quay của các phân tử xung quanh trọng tâm

SỰ HẤP THU TRONG CÁC VÙNG VI

• Ở pt (2.17), năng lượng mỗi bậc số hạng giảm so với số hạng trước 2 bậc.

• Phổ hấp thụ quay thuần túy không có các

sự chuyển electron và dao động có thể

nhận được dưới tác dụng của bức xạ vi

sóng mà năng lượng của nó nhỏ hơn bức

xạ hồng ngọai → nghiên cứu quang phổ các chất hơi.

• Trong vùng hồng ngọai, quan sát được hấp thụ dao động Trong phổ, xuất hiện các pic hẹp

Trong khi hấp thụ một photon của năng lượng bức xạ thì biên độ dao động các nguyên tử

trong phân tử tăng Để xảy ra hấp thụ →quá

trình dao động cần kèm theo sự thay đổi chung của lưỡng cực

• Số các trạng thái dao động của phân tử ở một mức độ đáng kể →xác định bằng số các

nguyên tử (số các liên kết đã được tạo ra bởi chúng)

• Phổ hồng ngọai, hấp thụ phân tử chất hữu cơ, các liên kết CHT kim lọai-

Ligan cũng nhạy với bức xạ hồng

ngọai sóng dài → nghiên cứu phổ trắc quang về các Ion phức của các kim

lọai.

SỰ HẤP THỤ TRONG CÁC VÙNG

KHẢ KIẾN & TỬ NGOẠI

• Ee phải lớn hơn Ev,Ej→để chuyển các electron bên ngòai phải đòi hỏi có năng lượng bức xạ vùng

khả kiến & tử ngọai

• Khác với phở hấp thu nguyên tử →các phổ hấp thu phân tử gồm một khỏang rộng các λ

• Mỗi một trạng thaí electron tương ứng với nhiều trạng thaí năng lượng dao động&quay →phổ

phân tử thường gồm nhiều dãy hấp thụ phân bố gần nhau

SỰ HẤP THỤ TRONG TỪ TRƯỜNG

• Khi có sự tác động lên các electron, hay các hạt nhân của nguyên tố bằng một từ trường mạnh → xuất hiện các mức lượng

tử bổ sung của năng lượng Các mức này liên quan đến các tính chất từ của các

phần tử

• Khi hấp thụ bức xạ có λ dài hay tần số

thấp → sự khác nhau trong năng lượng của các trạng thái bị kích thích nhỏ& chuyển một trạng thái vào trạng thái khác.

• Các hạt nhân, người ta dùng sóng radio từ 10-200MHz

• Các electron, người ta dùng sóng radio từ 1000-25000MHz

∀⇒ Nghiên cứu sự hấp thụ bởi các hạt

nhân&các electron trong từ trường bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)& cộng hưởng thuận từ electron

(EPR) tương ứng.

 Phức hình thành giữa thuốc hữu cơ với các ion

kim loại thường có màu , có độ nhạy rất cao và có hệ số hấp thu lớn thường khoảng έ

liên tiếp nếu như máy quang phổ hoạt động ổn

định Vì thế mà các thuốc thử hữu cơ được sử

dụng rất nhiều trong phép đo phổ hấp thu phân tử UV-VIS

Stt Thuốc thử hữu cơ Nguyên tố xác định

Danh sách một số thuốc thử hữu cơ thông dụng được sử dụng trong phép đo phổ hấp thu phân tử

UV-VIS để xác định các kim loại:

Như vậy , với các chất hữu cơ ta có phổ UV-VIS ,thì chỉ cần hòa tan chúng vào một dung môi phù hợp tạo → một dung dịch đồng nhất → đo ở một bước sóng

thích hợp → thu được phổ (độ hấp thu

quang của chúng).

 Các dung môi hay được dùng là

:H2O,C6H6,CHCl3,CCl4,MIBK

(Metylisobutylkentone),Pyridyn…

 Các ion kim loại → cho chúng tác dụng chọn lọc với một thuốc thử hữu cơ (điều kiện nhất định) → tạo ra hợp chất phức hấp thu bức xạ và có độ nhạy cao

• Đ ề i u ki n t o ra h p ch t ph c: ệ ạ ợ ấ ứ

 Xảy ra nhanh, hoàn toàn theo một hướng có tính chất

định lượng.

 Tạo sản phẩm là hợp chất bền,ổn định,không thay đổi

thành phần trong một khoảng thời gian tối thiểu.

 Sản phẩm phải có hệ số hấp thu phân tử ε >1000 và càng lớn càng tốt.

 Không có phản ứng phụ xảy ra (phản ứng giữa ion xác

định với thuốc thư)û → ph n ng cĩ tính ch n l c ả ứ ọ ọ

 Cực đại hấp thu của sản phẩm sinh ra từ phản ứng phải khác với cực đại hấp thu của thuốc thử và của dung môi, sự khác biệt càng lớn càng tốt Tốt nhất là dung môi và thuốc thử không có cực đại hấp thu trong vùng sóng đo sản phẩm tạo phức là tốt nhất.

1 LƯƠNG THÙY NGÂN 3008080050