Bài giảng Phân tích huỳnh quang và phát quang

HUỲNH QUANG VÀ HÓA PHÁT QUANG (Fluorescence and chemiluminescence) NỘI DUNG PHÂN BỐ CHƢƠNG TRÌNH CƠ CẤU ĐIỂM NỘI DUNG BÀI GIẢNG PHÂN BỐ CHƢƠNG TRÌNH Chƣơng STT Đại cƣơng phổ phân tử Số tiết 1.1 Cơ sơ lý thuyết phương pháp phổ phân tử 1.2 Cơ sở lý thuyết phổ phát quang 1.3 Quy tắc chọn lọc phổ phân tử Phƣơng pháp huỳnh quang lân quang 17 2.1 Các trình xảy tượng huỳnh quang lân quang 2.2 Phổ huỳnh quang tính chất 2.3 Hiện tượng tắt huỳnh quang 2.4 Sự phát quang dung dịch 2.5 Cấu trúc hợp chất huỳnh quang 2.6 Ứng dụng phương pháp phổ huỳnh quang Hóa phát quang 3.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp hóa phát quang 3.2 Ứng dụng hóa phát quang hóa phân tích 11 CƠ CẤU ĐIỂM Thƣờng kì (20%) Tiểu luận Giữa kì (20%) Tự luận Cuối kì (60%) Tự luận Chƣơng Đại cƣơng phổ phân tử 1.1 Cơ sơ lý thuyết phương pháp phổ phân tử 1.2 Cơ sở lý thuyết phổ phát quang 1.3 Quy tắc chọn lọc phổ phân tử 1.1 Cơ sơ lý thuyết phƣơng pháp phổ phân tử Một số khái niệm Độ bội (χ): số trạng thái lượng tử phân tử khác định hướng spin electron tổng Đối với hệ phân tử có tương tác spin – orbital nhỏ trạng thái khác định hướng spin có lượng χ = 2S + S: tổng spin phân tử χ=1: trạng thái đơn bội (singlet); χ=2: trạng thái bội hai (dublet); χ=3: trạng thái bội ba (triblet); 1.1 Cơ sơ lý thuyết phƣơng pháp phổ phân tử Một số khái niệm Năng lƣợng phân tử: E = Eel + Evib + Erot Eelectron > Edaodong > Equay Mức lƣợng quay (Equay) Mức lƣợng điện tử (Eel) Mức lƣợng dao động (Edaodong) 1.1 Cơ sơ lý thuyết phƣơng pháp phổ phân tử Một số khái niệm Năng lƣợng phân tử: E1 E0 Mức lƣợng điện tử (Eel) Phổ electron E = Eel + Evib + Erot Mức lƣợng dao động (Evib) Phổ dao động (IR) Mức lƣợng quay (Erot) Phổ quay (vi sóng) 1.1 Cơ sơ lý thuyết phƣơng pháp phổ phân tử Một số khái niệm Các bƣớc chuyển điện tử phân tử Khi nhận lượng, electron orbital liên kết không liên kết chuyển lên orbital phản liên kết trống mức lượng cao Khi xảy bước chuyển điện tử sau: • Bước chuyển mức N → V • Bước chuyển mức N → Q • Bước chuyển mức N → R σ → σ*; π → π*; n → π*; n → σ*; 1.1 Cơ sơ lý thuyết phƣơng pháp phổ phân tử Một số khái niệm Các bƣớc chuyển điện tử phân tử E σ* n → σ* Ranh giớ tử ngoại chân không π* n → π* UV hay VIS n π → π* σ → σ* tử ngoại gần hay VIS π λ 10 mg/L MnII, HgII, NiII, ThII, ZnII, UVI, MoVI >1 mg/L MgII, CrVI, AlIII, BaII, VV, InII, FeII, FeIII mg/L CeVI 0,2 mg/L CoII 10 μg/L 3.2.4 Xác định hàm lƣợng chất phƣơng pháp hoá phát quang Ví dụ 2: Xác định paracetamol phƣơng pháp phát quang hoá học hệ thống tiêm dòng chảy • Danh pháp hoá học: N-(4-Hydroxyphenyl) acetamide • Công thức hoá học: C8H11NO2 • Khối lƣợng phân tử: 129 g/mol • Tính chất: λmax EtOH 250 nm (ε = 13800) Nhiệt độ nóng chảy: 169 – 170.5 oC Dược tính: hạ nhiệt, giảm đau 3.2.4 Xác định hàm lƣợng chất phƣơng pháp hoá phát quang Ví dụ 2: Xác định paracetamol phƣơng pháp phát quang hoá học hệ thống tiêm dòng chảy NGUYÊN TẮC: Hexacyanoferrate (III) sử dụng chất đồng oxy hoá với H2O2 lên hệ Luminol làm tăng cường độ phát quang dung dịch Paracetamol chất khử, tác dụng với hexacyanoferrate làm giảm nồng độ chất dẫn đến làm giảm cường độ phát quang hệ Luminol Dựa vào độ giảm cường độ huỳnh quang định lượng paracetamol mẫu 3.2.4 Xác định hàm lƣợng chất phƣơng pháp hoá phát quang Ví dụ 2: Xác định paracetamol phƣơng pháp phát quang hoá học hệ thống tiêm dòng chảy Hệ thống tiêm dòng chảy xác định paracetamol với đầu dò phát quang hoá học 3.2.4 Xác định hàm lƣợng chất phƣơng pháp hoá phát quang Ví dụ 2: Xác định paracetamol phƣơng pháp phát quang hoá học hệ thống tiêm dòng chảy Các thông số tối cho xác định: • Nồng độ Luminol: 0.002 M, tốc độ dòng 2.8 mL/phút • Nồng độ H2O2: 0.02 M • Nồng độ K3[Fe(CN)6]: 0.002 M • pH: 11 (đệm NaHCO3 , Na2CO3) 3.2.4 Xác định hàm lƣợng chất phƣơng pháp hoá phát quang Ví dụ 2: Xác định paracetamol phƣơng pháp phát quang hoá học hệ thống tiêm dòng chảy Tín hiệu 10 mẫu 3.2.4 Xác định hàm lƣợng chất phƣơng pháp hoá phát quang Ví dụ 2: Xác định paracetamol phƣơng pháp phát quang hoá học hệ thống tiêm dòng chảy Tín hiệu theo nồng độ Paracetamol chuẩn 3.2.4 Xác định hàm lƣợng chất phƣơng pháp hoá phát quang Ví dụ 2: Xác định paracetamol phƣơng pháp phát quang hoá học hệ thống tiêm dòng chảy Đường chuẩn Paracetamol LOD LOQ 0.35 ppm 1.08 ppm 3.2.2.2 Chỉ thị phát quang hoá học Hiện tượng phát quang sử dụng làm thị phép chuẩn độ complexon xác định điểm tương đương dựa xuất hay biến ánh sáng phát quang 3.2.2.2 Chỉ thị phát quang hoá học Một số thị hóa phát quang chuẩn độ complexon 3.2.2.2 Chỉ thị phát quang hoá học Chỉ thị Luminol Hệ Luminol – ion kim loại xúc tác – H2O2 phát quang môi trường kiềm Khi có mặt EDTA tạo phức bền với ion kim loại xúc tác hệ phát quang hóa học, hệ không phát quang Căn vào dấu hiệu để kết thúc phép chuẩn độ Ƣu điểm: Chỉ thị phát quang cho phép chuẩn độ dung dịch đục, có màu với hàm lượng nhỏ ion kim loại 3.2.2.2 Chỉ thị phát quang hoá học Ví dụ: Chuẩn độ complexon Cu(II) dùng Luminol làm thị Cách thực hiện: a Chuẩn độ Trilon B  Chuẩn dung dịch xác định chứa Cu(II), 10 mL Luminol 0.01%, 2mL H2O2 3%, đệm NH4Cl/ NH3 pH = 10 → Dung dịch phát sáng tối  Chuẩn độ Trilon B, ngừng phát sáng điểm tương đương 3.2.2.2 Chỉ thị phát quang hoá học Ví dụ: Chuẩn độ complexon Cu(II) dùng Luminol làm thị Cách thực hiện: b Chuẩn độ Trilon B dung dịch Cu(II)  Dung dịch bao gồm: Trilon B, Luminol, H2O2 đệm NH4Cl /NH3 Chuẩn độ dung dịch Cu(II) đến dung dịch bắt đầu phát sáng 3.2.2.2 Chỉ thị phát quang hoá học Ví dụ: Chuẩn độ complexon Cu(II) dùng Luminol làm thị Cách thực hiện: c Chuẩn độ ngƣợc Những kim loại xúc tác cho hệ Luminol, H2O2 kim loại tạo phức với EDTA bền phức CuY2- dùng phép chuẩn độ ngược dung dịch Cu(II) như: Fe(III), Ni(II), Hg(II),Pb(II), Sc(III), In(III), Th(IV) [...]... tƣợng phát quang  Phát quang âm cực  Phát quang hóa học  Phát quang nhiệt  Phát quang sinh học  Quang phát quang  Phát quang điện và phát quang ma sát => Mọi dạng phát sáng trên gọi là sự phát quang (Luminescence)  Sự phát xạ trong vùng thấy được ở nhiệt độ thấp hơn 5000C gọi là huỳnh quang và phát quang hóa học có nhiều ứng dụng vào mục đích phân tích 1.2 Cơ sở lý thuyết phổ phát quang Giản... đầu và trạng thái cuối; Chƣơng 2 Phƣơng pháp huỳnh quang và lân quang 2.1 Các quá trình xảy ra trong hiện tượng huỳnh quang và lân quang 2.2 Phổ huỳnh quang và tính chất cơ bản 2.3 Hiện tượng tắt huỳnh quang 2.4 Sự phát quang của dung dịch 2.5 Cấu trúc của hợp chất huỳnh quang 2.6 Ứng dụng của hiện tượng huỳnh quang 2.1 Các quá trình xảy ra trong hiện tƣợng huỳnh quang và lân quang Lân quang Huỳnh quang. .. tƣợng huỳnh quang và lân quang So sánh phổ huỳnh quang và phổ lân quang phenanthrene A 2.1 Các quá trình xảy ra trong hiện tƣợng huỳnh quang và lân quang So sánh phổ huỳnh quang và huỳnh quang trễ Phổ huỳnh quang trễ có thành phần phổ như phổ huỳnh quang, nhưng có thời gian phát quang như hiện tượng lân quang Nguyên nhân của hiện tượng huỳnh quang trễ là do trước khi bức xạ photon phân tử ở trạng thái... lân quang khoảng 10-4-10-2 s; - của bức xạ huỳnh quang chỉ khoảng 10-9-10-6s, vì vậy bức xạ huỳnh quang tắt ngay khi tắt ánh sáng kích thích  mối quan hệ giữa phổ huỳnh quang, phổ lân quang với ánh sáng kích thích: λex < λem (F) < λem (P) 2.1 Các quá trình xảy ra trong hiện tƣợng huỳnh quang và lân quang So sánh phổ huỳnh quang và phổ lân quang 2.1 Các quá trình xảy ra trong hiện tƣợng huỳnh quang và. .. một thời gian 2.2 Phổ huỳnh quang và tính chất cơ bản Phổ huỳnh quang: hàm số phân bố năng lượng do chất huỳnh quang bức xạ theo tần số hoặc theo bước sóng Hình dạng: giống phổ hấp thu, cũng thuộc phân bố Gauss Phổ huỳnh quang được xác định bởi thành phần, cấu trúc của tâm huỳnh quang (nhóm mang màu C=C, C=O, C=S, -N=N…) và bị ảnh hưởng bởi môi trường ngoài 2.2 Phổ huỳnh quang và tính chất cơ bản Qui... S0 2.1 Các quá trình xảy ra trong hiện tƣợng huỳnh quang và lân quang Huỳnh quang trễ S0 + hν → S1(v); S1(v) → T1(v); T1(v) → S1(0); S1(0) → S0(v) + hν; Intersystem crossing S1 absorption T1 delay fluorescence S0 2.1 Các quá trình xảy ra trong hiện tƣợng huỳnh quang và lân quang So sánh phổ huỳnh quang và phổ lân quang Giống: cùng bản chất, đều là quá trình phát xạ Khác:  thời gian sống (thời gian tồn... Bức xạ cộng hưởng chất khí 2.3 Hiện tƣợng tắt huỳnh quang 2.3.1 Hiệu suất huỳnh quang Hiện tƣợng tắt phát quang là hiện tượng làm giảm hiệu suất của năng lượng phát quang Hiệu suất phát quang đánh giá sự biến đổi hiệu dụng giữa Eex sang Eem Có 2 loại hiệu suất phát quang: Hiệu suất năng lượng (ΦNL): là tỉ số năng lượng huỳnh quang của chất khảo sát Eem và năng lượng ánh sáng kích thích Eex  NL Eem... phổ huỳnh quang không phụ thuộc vào ánh sáng kích thích S1 A S0 F: S1(v=0) → S0(v) A A’ F F nm Phổ hấp thu A (UV), A’ (VIS) và phổ huỳnh quang của fluorescein K: hệ số hấp thu tương đối 2.2 Phổ huỳnh quang và tính chất cơ bản Qui luật Levshin: Khi các mức dao động ở trạng thái kích thích và trạng thái cơ bản có cấu tạo như nhau và khoảng cách năng lượng của các mức tương đương nhau thì phổ huỳnh quang. .. 2.3 Hiện tƣợng tắt huỳnh quang 2.3.1 Hiệu suất huỳnh quang Sự phụ thuộc của hiệu suất huỳnh quang vào ánh sáng kích thích Định luật Babilov (định luật tắt huỳnh quang) : khi tăng bước sóng kích thích thì hiệu suất hình quang tăng, sau đó sẽ không thay đổi trong khoảng bước sóng nào đó rồi cuối cùng sẽ giảm rõ rệt khi tăng bước sóng kích thích Φ Sự phụ thuộc của hiệu suất huỳnh quang vào bước sóng ánh... 2.3 Hiện tƣợng tắt huỳnh quang 2.3.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất huỳnh quang - tắt phát quang Tắt phát quang có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau: - Các quá trình chuyển hóa nội phân tử; - Do sự tương tác giữa các phân tử  Sự chuyển hóa nội phân tử từ S1 → S0 khi đƣờng cong S1 cắt S0:  Sự tản mát năng lượng theo các mức dao động và quay (dưới dạng nhiệt) Đặc trưng cho các phân tử có cấu trúc ... Phát quang hóa học  Phát quang nhiệt  Phát quang sinh học  Quang phát quang  Phát quang điện phát quang ma sát => Mọi dạng phát sáng gọi phát quang (Luminescence)  Sự phát xạ vùng thấy nhiệt... Hiện tượng tắt huỳnh quang 2.4 Sự phát quang dung dịch 2.5 Cấu trúc hợp chất huỳnh quang 2.6 Ứng dụng tượng huỳnh quang 2.1 Các trình xảy tƣợng huỳnh quang lân quang Lân quang Huỳnh quang S0 + hν... phổ huỳnh quang phổ lân quang 2.1 Các trình xảy tƣợng huỳnh quang lân quang So sánh phổ huỳnh quang phổ lân quang phenanthrene A 2.1 Các trình xảy tƣợng huỳnh quang lân quang So sánh phổ huỳnh quang