QUANG PHỔ UV VIS hoá phân tích

QUANG PHỔ HẤP THU PHÂN TỬ QUANG PHỔ UV-VIS  Các tia tử ngoại và khả kiến:  chiếm một vùng rất hẹp 50-800nm  Năng lượng khá lớn ảnh hưởng tới mức năng lượng của electron..  Phổ Uv-

QUANG PHỔ HẤP THU PHÂN TỬ

QUANG PHỔ UV-VIS

 Các tia tử ngoại và khả kiến:

 chiếm một vùng rất hẹp (50-800nm)

 Năng lượng khá lớn ảnh hưởng tới mức năng lượng của electron

 Bức xạ vùng UV- Vis chia thành 3 vùng nhỏ:

 Vùng tử ngoại chân không (UV xa): 50 - 200nm ít được sử dụng vì:

+ có năng lượng khá lớn, khi va chạm gây vỡ liên ke ́t / phân tử

+ bị hấp thụ̣ mạnh bởi hầu hết dung môi và oxy của không khí

+ bị hấp thụ̣ bởi thạch anh (dùng làm cốc đo)

 Vùng tử ngoại gần (UV ga ̀n):  = 200 - 375 nm

 Vùng khả kiến (Vis) :  = 375 - 800 nm



PHỔ UV-VIS

A CÁC ĐIỆN TỬ THAM GIA VÀO SỰ HẤP THU UV-VIS

 Ví dụ : xét phân tử Formaldehyd ( HCHO)

 Điện tử  tạo dây nối đơn

 Điện tử  tạo dây nối đôi

 Điện tử n không tạo dây nối

 Chuyển dịch điện tử gồm: Sư ̣ kích thích điê ̣n

orbital phân tư đang chiê m đo ng orbital liên kê t

phản liên kết

orpital p n không liên kết

orpital  không liên kết

orpital  không liên kết

→ ∗ phản liên kết

∗ phản liên kết



 Muốn kích thích các điện tử  ta phải cung cấp c|c photon |nh s|ng có năng lượng lớn

nằm trong vùng tử ngoại chân không và tử ngoại xa (  <200nm)

 Muốn kích thích các điện tử  ta phải cung cấp các photon ánh sáng trong vùng UV

 Muốn gây ra sự chuyển dịch    * phải cung cấp các photon nằm ở giữa vùng UV-Vis

 liên kết đơn trong phân

tử

 liên kết tham gia liên kết

đôi và ba,

 phân tử có nối đôi, nối

đôi liên hợp sự hấp thu càng

 n →  * cần E thấp hơn 

  *

 hidrocarbon no: dùng làm

dung môi do chỉ hấp thu bức

xạ vùng UV gần

→ Các phân tử có cấu trúc liên hợp có nhiều điện tử  và n tham gia n  *,  * nên có thể cho phổ UV-Vis

 E  →  *>E n→  * > E  →  * > E n→  *

 Các hợp chất có hệ thống dây nối đôi liên hợp sẽ hấp thu ánh sáng ở vùng UV-Vis, số

dây nối liên hợp càng tăng thì hợp chất hấp thu photon ánh sáng ở vùng có bước sóng dài hơn Do vậy có thể nói phổ UV - Vis cho ta các thông tin về dây nối đôi

 quang phổ Uv-Vis được cho bởi các hợp chất có dây nối đôi v{ bội

 Phổ Uv-Vis cho thông tin về dây nối đôi l{ chủ yếu

 Các hợp chất no không cho hấp thu UV  sử dụng chúng làm dung môi hòa tan các hợp

chất khác khi đo phổ UV-VIS

chuyển sang xanh

 Khi thay đổi cấu trúc phân tử  xấut hiện các dải mới có

bước sóng ngắn hơn

thì khi đó dải R bị

dịch chuyển về bước sóng dài hơn, nhưng

cũng có thể bị che lấp mất bới dải mạch dài hơn

 tăng độ phân cực của dung môi thì dải

K của enone chuyển

sang đỏ (do sự hạ

thấp mức năng lượng kích thích do tương tác lưỡng cực phân tử và do liên kết H với phân tử

lưỡng cực) và tăng cường độ

 Có thể phân biệt dải K của hệ liên hợp bằng cách quan

sát hiệu ứng xảy ra

khi thay đổi độ

phân cực của dung môi

của dung môi do các

liên kết đôi thuần túy của các hydrocarbon không

bị phân cực

 có K và B:

 dải K thường mạnh hơn Ví dụ, phổ

tử ngoại của benzene có:

+ dải K ở

max =244nm (max =12000)

+ dải B ở

max =282nm (max =450)

 nếu B d{i hơn thì K  d{i hơn

 Phân tử thơm có nhiều nhóm thế, B có

thể mất đi do K che lấp cấu trúc tinh vi

cũng có thể bị hủy khi dùng các dung môi phân cực

 Ví dụ: phổ benzene

có một dải hấp thu gồm nhiểu dải nhỏ (các phân mức dao động khác nhau của phân tử kèm theo quá trình chuyển dịch điện tử) hợp lại gọi

là cấu trúc tinh vi của

dải ở vùng tử ngoại 230<<270nm

 Khi gắn thêm nhóm mang màu liên hợp với

nhâm thơm thì các dải B

chuyển dịch về bước sóng dài hơn

 VÍ Dụ: khi gắn thêm một nhóm thế trợ màu (vào

benzene )thì:

 dải E chuyển dịch

về vùng UV gần (>200nm)

 có dị nguyên tố

 d{i hơn

 cặp điện tử đơn độc tham gia vào hệ điện tử  của nhân thơm l{m qu| trình chuyển dịch *

dễ d{ng v{ do đó gây ra sự chuyển

dịch sang đỏ của dải E

 Dải B chuyển dịch

về bước sóng dài

và tăng cường độ

 các dải E1 và E2 của benzene làn lượt ở 180nm và 200nm (không đo được trên máy đo quang thông thường)



ĐỘ HẤP THỤ CỦA VÀI CẤU TRÚC THEO KIỂU DẢI R Cấu trúc Công thức Dải R yếu ở bước sóng

Các aldehyd và ceton mạch thẳng R – C =O, -CHO gần 280 nm

Các hợp chất azometan CH3 – N = N – CH3 gần 347 nm

HẤP THỤ CỦA POLIEN TĂNG THEO SỐ NỐI ĐÔI

III- CÁC YẾU TỚ THAM GIA VÀO SỰ HẤP THỤ CÁC HIỆU ỨNG TRONG PHỔ UV-VIS

A MÀU SẮC

 Cĩ tầm quan trọng riêng biệt cho 1 chất

 Màu của 1 chất liên quan với sự hấp thu ̣̣̣̣̣̣̣̣̣ và phản xạ của 1 chất

 Mắt người nhìn thấy màu bổ trợ cho màu hấp thụ̣

Bước sóng của

vạch hấp thụï,

(nm)

Năng lượng (kj/mol)

Màu sắc ánh sáng hấp thụï

Màu sắc thấy được

tím lam lam-lục nhạt lục-lam nhạt lục

lục-vàng vàng

da cam đỏ

lục vàng vàng

da cam đỏ đỏ tía tím lam lam lục nhạt lục-lam nhạt

B NHÓM MANG MÀU(CHROMOPHORE)

 Là nhĩm chức chưa no, liên kết đờng hóa tri ̣  trong phân tư ̉ gây ra sự hấp thu ̣̣̣̣̣̣ bức xa ̣̣̣ trong vùng UV- Vis (  > 200nm)

 CHROMOPHORE chuye ̉n dịch n * thường có   300nm

 CHROMOPHORE chuye ̉n dịch * thường có  ranh giới UV gần và xa và cĩ  lớn (<190nm)

Nhóm mang màu Công thức Thí dụ 

max (nm)

 Nhiều phân tử cĩ thể cĩ >=2 chromophore

 Tương tác năng lượng bức xạ với các phân tử phụ thuộc vào vị trí tương đối của các

chromophore trong phân tử

Độ hấp thụ của phân tử tùy thuộc vị trí của 2 nhóm Chromophore

Ngăn cách bởi C A = tổng độ hấp thụ của mỗi Chromophore và chuyển dịch về phía bước sóng dài

Ở kề nhau A tăng lên (hyperchromic) và cực đại hấp thụ chuyển về bước sóng dài hơn (red shift) Phân tử có 2 chromophore

 Sự hiê ̣n diê ̣n của dải hấp thụ tại một  đă ̣c biê ̣t là một chỉ thị tốt cho nhóm mang màu

 Hấp thụ cực đại không cố đi ̣nh mà còn tuỳ vào pH, dung môi, nhiê ̣̣̣t đô ̣̣̣

 Việc lựa chọn dung môi và pH thích hợp cũng tạo điều kiện cho việc xác định một đơn chất trong một hỗn hợp bằng phép đo phổ tử ngoại

C NHÓM TRỢ MÀU (AUXOCHROME)

 Là những nhóm thế no chứa các dị tố gắn vào hệ thống hấp thụ làm thay đổi cả bước sóng

lẫn cường đô ̣ của dải hấp thu ̣̣ cực đa ̣i

 Thường làm chuyển di ̣ch max về phi ́a dài hơn

D CÁC HIỆU ỨNG VÀ SỰ CHUYỂN DỊCH

Sự chuyển dịch sang đỏ

(bathocromic) = red shift max chuyển về bước sóng dài hơn Do các nhóm thế trợ màu, dung môi, ion

hóa chất hòa tan

Sự chuyển dịch sang xanh

(hypsocromic) = blue shift

max chuyển về bước sóng ngắn hơn

Hiệu ứng tăng cường độ

IV- CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ HẤP THỤ

A CẤU TRÚC PHÂN TỬ

1- Dung môi

 Các dung môi dùng để đo phổ UV-Vis có những bước song giới hạn ( cut off) khác nhau mà dưới bước sóng đó, dung môi hấp thụ đa phần các bức xạ chiếu qua nó

 Độ lớn của sự chuyển dịch liên quan đến độ phân cực của dung môi

 Dung môi cũng có thể hấp thu ̣̣ bức xạ UV-Vis

 Khi khảo sát phải chú thích dung môi được dùng để hòa tan mẫu (dựa vào độ tan và khả

năng hấp thụ của dung môi này)

 Độ phân cực của dung môi có thể làm biến đổi môi trường điê ̣n tử của nhóm hấp thu ̣̣ mang màu và độ lớn của sự chuyển dịch có thể liên quan với độ phân cực của dung môi

 Ví dụ: đô ̣ hấp thu ̣̣ của aceton có thể thay đổi từ 259nm - 279nm tuỳ vào dung môi được sử

dụng

 Để phân tích so sánh, nên sử dụng một dung môi duy nhất cho tất cả các lần đo

 Tương tác lưỡng cực (dipole – dipole):

 thường xua ́t hie ̣n khi cha ́t tan và dung môi đèu là chát pha n cực

 Tác dụng này sẽ có thẻ ga y sự hie ̣u ứng Bathochromic hoa ̣c ga y hie ̣u ứng

BuOH Isopropanol

Độ dài sóng Các dung môi hấp thụ

180-195nm Acid sulphuric (96%),

Nước,

acetonitril, cyclohexan, isooctan

200-210nm cyclopentan, n-hexan, glycerol, methanol,

ethanol

210-220nm n-butyl alcohol, isopropyl alcohol, cyclohexan, ethyl ether,

1,4-dioxan

245-260nm chloroform, ethyl acetat, methyl format

265-275nm carbon tetrachlorid, dimethyl sulphoxid/formamid, acetic acid

300-400nm pyridine, aceton, carbon disulfit

2- Nồng độ

 Thường thì nờng đơ ̣ chỉ ảnh hưởng đến cường đợ của dải hấp thụ

 Ở nờng đợ cao, tương tác phân tử (như là dimer hoá) cĩ thể gây nên:

 sự thay đo ̉i ve ̀ dạng của dải hấp thụ̣

 Sự thay đổi vị trí của dải hấp thụ̣;

 làm khác đi tính tuyến tính của đo ̣ háp thụ̣ theo nòng đo ̣

 da ̃n đe ́n ke ́t quả định lượng khơng chính xác



3- pH

a Ảnh hưởng của pH lên phổ hấp thu

 Khi thay đổi pH thì cấu trúc phân tử của một chất cĩ thể thay đổi sẽ ảnh hưởng rất lớn

phổ hấp thu chủ yếu là dịch chuyển bước sĩng giữa hai dạng cân bằng kha ́ c nhau

 VÍ Dụ: chỉ thị đổi màu ở các giá trị pH khác nhau thì cấu trúc của chỉ thị pH cĩ thể thay

đổi nên sẽ hấp thu cực đại ở bước sĩng khác nhau

 Nếu đang khảo sát mơ ̣t hoa ̣t chất mà pH ảnh hưởng đến phở của mơ ̣t mẫu đo thì nên dùng

hê ̣ đê ̣m để làm ổn định pH mơi trường rời mới khảo sát độ hấp thu ̣̣ của hoa ̣t chất này

 Hầu hết hệ đệm tự nĩ cũng hấp thu cĩ ý nghĩa và cĩ thể ảnh hưởng đến độ dài sĩng đối

với các phép đo được thực hiện Do vậy, phải làm song song mẫu trắng

 Phenol/ môi trươ ̀ng trung tính: phenol thể hiện dải E và dải B như benzen

 Phenol/ kiềm, phenol  phenolat: – OH (trơ ̣ màu)  bathochromic dải B (góp chung các electron làm tăng tương tác n  *)

 Góp chung các electron làm tăng tương tác n  * và gây batho / hyperchrome

 Ứng dụng:

 Nghiên cứu sự có ma ̣t của phenol

 Đo pKa của acid ye ́u(pK=10)



 Phổ của 1 hợp chất được ghi nhận ở những pH khác nhau có cùng 1 điểm có độ hấp thụ ở một độ dài sóng xác định Điểm này được gọi là điểm đẳng quang

 Thí dụ: phổ UV -Vis của methyl da cam ở các pH khác nhau

 Cũng có thể thu được điểm đẳng quang đối với cùng một hợp chất ở các nồng đô ̣̣̣ khác

nhau



-ii- Anilin

 Môi trường trung tính:phổ anilin tương tự

với phổ phénol

 Môi trường acid:

 nhóm amin tự proton hoá tạo ion anilinium

 Kho ng còn electron tự do tre n nitơ ne n giảm

tương t|c n  *và ké đó xảy ra hiệu ứng

hypso/hypochromic



4- Nhiệt độ

 Nhiệt độ ảnh hưởng đến việc đo quang phổ UV-Vis bởi:

 Sự trương nở đơn giản của dung môi có thẻ làm thay đỏi đo ̣ háp thụ̣ biẻu kién và do

đó cũng có the ̉ làm ảnh hưởng đe ́n đo ̣ đúng của ke ́t quả

 Sự cân ba ̀ng va ̣t lý hay hoá học: khi nhie ̣t đo ̣ ta ng sẽ phá huỷ cáu trúc của acid nucleic

 Làm thay đổi chỉ số khúc xạ của dung môi

 Nếu khi đo phổ, nhiê ̣t đô ̣ có ảnh hưởng đến mẫu thì phải sử dụng cốc đo ổn nhiê ̣t để không

làm thay đổi độ hấp thu ̣̣ biểu kiến

A CẤU TẠO



 1: đèn nguo ̀n:

+ đèn Tungsten-Halogen hay Wolframe đo vùng Vis

+ Đèn hydrogen hay Deuterium đo vùng UV

 2: Bộ tạo ánh sáng đơn sắc:

+ cách tử

+ lăng kính thạch anh

 3: co ́c chứa dung dịch đo – cuvet:

+ Bằng thủy tinh thạch anh để đo vùng UV-Vis (QS hay VV)

+ Bằng thủy tinh đo vùng Vis (OS so SiO 2 hấp thu trong vùng Vis)

 4: bộ nhận tín hiệu (detector):

+ ống nhân quang điện (photomultiplier): 680nm

200-+ te ́ bào quang đie ̣n PbCe: đo >680nm

 5: bo ̣ pha ̣n khue ́ch đại

 6: máy ghi tín hiệu

B PHÂN LOẠI

1- Loại một chùm tia

 Đo điểm-đo độ hấp thu của từng bước sóng một

 Muốn thu toàn bộ phổ phải tự xây dựng lấy

2- Loại hai chùm tia

 Có bộ phận tự ghi đi kèm

 Máy tự ghi toàn bộ phổ mà ta cần khảo sát



 3 phương pháp đươ ̣c sử dụng trên máy quang phổ UV-VIS 2 chùm tia:

 Photometry (đo đie ̉m): đo đo ̣ hấp thu của 1 ma ̃u ở (1,2,3, ) bước sóng bất kỳ Ví dụ đo A

của dung dịch kalipermanganat ở bước sóng 450nm

 Wavelength scan (quét phổ): x|c định pho ̉ của 1 chất trong 1 vùng bước sóng nào đó Ví

dụ: quét phỏ dung dịch kalipermanganat ở vùng 400-650nm

 Timescan : theo dõi sự thay đo ̉i đo ̣ hấp thu của 1 chất theo thời gian Ví dụ: theo dõi thời

gian ke ́t thúc phản ứng của ion canxi với EDTA tạo phức Ca-EDTA

 Cuvet (cốc đo): 1 că ̣p đồng nhất

 1 cái cho ma ̃u tra ́ng,

 1 cái cho ma ̃u ca ̀n đo





C THẨM ĐỊNH THIẾT BỊ QUANG PHỔ UV-VIS

1- Độ đúng bước sóng (phải được chuẩn hóa về  )

 Thông thường chuẩn bằng:

 Các kính holmium peroxid (quét phổ so sánh với phổ chuẩn) hay didymium

 Các chất đa ̃ biết trước cực đa ̣i hấp thu ̣̣̣̣̣̣̣ như: ̣̣

 vitaminB12 có cực đại ở 361nm,

 cobalt clorid có cực đại ở 510nm





2- Phải cho số chỉ đúng về độ hấp thu

 Với dung dịch kali cromat 0,040g/1000ml KOH 0,05M, phải cho độ hấp thu ở các bước

sóng đúng với độ hấp thu chuẩn (xem bảng)

 Hoă ̣c dung dịch kalicromat 60mg/l H2SO4 0,005M

 Tra kết quả (Dược điển Mỹ) đô ̣ hấp thu ở các bước sóng đúng với đô ̣ hấp thu chuẩn



 Độ phẳng đường nền Phổ đa ̣̣̣o hàm bậc 2

VI- ỨNG DỤNG

A ĐỊNH TI ́NH

 Phổ hấp thụ̣ của một chất là đường biểu diễn đô ̣̣̣ hấp thu ̣̣̣̣̣̣̣̣̣ của chất đó theo bước sóng của

ánh sáng chiếu tới A = f (  )

 Từ đường biểu diễn này có thể xác đi ̣nh được các hấp thụ̣̣ cực đại

 CỰC ĐẠI HẤP THU: bước sóng mà ở đó chất đo có đô ̣ hấp thu ̣̣̣ lớn nhất

 Phổ UV -Vis thường thường chỉ thể hiê ̣n mô ̣t số ít dải rô ̣ng nên cung cấp thông tin ít hơn

quang phổ IR (phổ này có nhiều dải he ̣p)

 Sự hấp thu ̣̣ nhiều nhất của các chất hữu cơ là do sự có mă ̣t của các nối  (không ba ̃o hoà) 1- Các ứng dụng trong định tính

a Đi ̣nh tính trong trường hợp không có chất chuẩn

 So sánh phổ điê ̣n tử của chất khảo sát với phổ điện tử có trong tài liê ̣u, trong các bô ̣ sưu

tầm phổ

 Phải thư ̣c hiê ̣n đúng theo các điều kiê ̣n đã ghi / tài liệu về:

 Trường hợp đơn giản có thể so sánh Amax,  max hay 𝑨𝟏𝟏 cũng đủ

+ Cực đại hấp thu của dexamathason là 241nm,

+ 𝐴11 của dexamethason ở bước sóng 241nm là

297

 𝑨𝟏𝟏: hê ̣ số hấp thu ̣̣  max là hai hằng số phổ UV - Vis đă ̣c trưng riêng cho mỗi chất

 Hệ số tắt mol  :

 = 𝐌∗𝐀𝟏%𝟏𝐜𝐦

𝟏𝟎 = 𝐀𝟏%𝟏𝐜𝐦 ∗ 𝟎 𝟏𝐌 hay 𝐀𝟏%𝟏𝐜𝐦 = ∗𝟏𝟎𝐌 (M: trọng lượng phân tử)

 Để đi ̣nh tính mô ̣t chất thì phải xác đi ̣nh hai hằng số trên và so với các số liê ̣u của phổ chuẩn

 Cực đại hấp thu và hệ số hấp thu là 2 hằng số phổ UV-Vis đặc trưng riêng cho mỗi chất

b Đi ̣nh tính trong trường hợp có chất chuẩn

 So sánh phổ của mẫu đo với phổ của chất chuẩn:

 Cùng nồng độ, hai pho ̉ phải cho  max và  max gio ́ng he ̣t nhau

 Tie ́n hành: ghi phỏ của mãu khảo sát và mãu chuản trong cùng dung môi, máy, nhie ̣t đo ̣ … ro ̀i so sánh

2 đường cong

 Ne ́u đúng 1 hợp châ ́t thì 2 đường cong phải cho ̀ng khít lên nhau

