Bài giảng hóa phân tích 2 Phân tích trắc quang DHKHTNHCM

Bài giảng hóa phân tích 2 Phân tích trắc quang DHKHTNHCMBài giảng hóa phân tích 2 Phân tích trắc quang DHKHTNHCMBài giảng hóa phân tích 2 Phân tích trắc quang DHKHTNHCMBài giảng hóa phân tích 2 Phân tích trắc quang DHKHTNHCMBài giảng hóa phân tích 2 Phân tích trắc quang DHKHTNHCMBài giảng hóa phân tích 2 Phân tích trắc quang DHKHTNHCMBài giảng hóa phân tích 2 Phân tích trắc quang DHKHTNHCMBài giảng hóa phân tích 2 Phân tích trắc quang DHKHTNHCMBài giảng hóa phân tích 2 Phân tích trắc quang DHKHTNHCM

PHAÂN TÍCH

TRẮC QUANG

TS NGUYỄN THỊ THANH MAI

1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP

1.1 Nguyên tắc

Làphương pháp phân tích định lượng các chất dựa trên phổ

hấp thu phân tử

Io

I Chiếu một chùm bức xạ vào vật thể hấp thu Dựa vào phần ánh

sáng bị hấp thu bởi vật chất mà suy ra hàm lượng của chất đó

1.2 Màu sắc và phổ hấp thu

UV

Visible

10 -2 A o 10 -1 A o

400 – 800 nm

800 nm

1.2.1 Những vùng phổ của sóng điện từ

Ánh sáng tử ngoại (UV): 180 – 400 nm

Ánh sáng khả kiến (VIS): 400 – 800 nm

Ánh sáng: Sóng

Hạt

:Bước sóng

:Tần số

E = h = hc



 Violet: 400 - 420 nm

 Indigo: 420 - 440 nm

 Yellow: 570 - 585 nm

 Orange: 585 - 620 nm

 Red: 620 - 780 nm

1.2.2 Màu sắc trong vùng ánh sáng khả kiến

Lục chàm

Chàm lục Chàm Tím

Đỏ hồng Đỏ

Cam Vàng Lục

vàng

Màu phụ

(màu thấy

được)

Đỏ Cam Vàng Lục

vàng Lục

Lục chàm

Chàm lục Chàm Tím

Màu bị

hấp thu

1.2.3 Các màu sắc phụ họa nhau

1.2.4 Phổ hấp thu trong vùng UV-VIS

E o:Trạng thái cơ bản

h 

E 1 :Trạng thái kích thích

Khi phân tử hấp thu bức xạ tử ngoại hay khả kiến, các e hóa trị sẽ bị

kích thích và chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích

0.8 1.2

ΔE = E – E = h = hc

 (VĐ liên kết)

 (VĐ liên kết)

* (VĐ phản liên kết)

* (VĐ phản liên kết)

n (VĐ không liên kết)

n →*

n →*

→*

→* →*

→*







n

n

 

 

 

 

 

alkan carbonyl Hợp chất chưa no

O, N, S, halogen carbonyl

max<150 nm

max: 150 – 250 nm

max: 200 – 600 nm

max: 200 – 600 nm

max<150 nm

ΔE =hc



 max = 176nm  max = 180nm  max = 223nm  max = 258nm

 Màu sắc của các chất phụ thuộc vào các nhóm mang

màu trong phân tử.

 Độ dài của bước sóng hấp thu phụ thuộc vào độ dài của

hệ thống  liên hợp.

lycopene,  max = 474 nm

N

H O

O

indigo max = 602 nm

-O2N

 Nếu cấu trúc phân tử phân cực thì càng dễ chuyển sang

trạng thái kích thích, màu càng đậm.

OH

O 2 N

p-Nitrophenol

Không màu

p-Nitrophenol

Vàng

detector

detector

I o

I o

I o

I

I pc I tx

I dm

I X

I dm

I pc I tx

I'

IX= I' - I

1.2.5 Nguyên tắc của thiết bị đo quang

Spectrophotometer UV-1800 Shimadzu

2 ĐỊNH LUẬT LAMBERT - BEER

Io

Io

I =  lC

l: Chiều dày cuvet (cm)

I o: Cường độ ánh sáng ban đầu

I: Cường độ ánh sáng đi ra

A: Độ hấp thu/ Mật độ quang

: Hệ số hấp thu (L.mg-1.cm-1)/

hệ số hấp thu phân tử (L.mol-1.cm-1)

C Nồng độ dung dịch (mg/L; mol/L)

phụ thuộc: Bản chất chất nghiên cứu

Bước sóng bức xạ

 thể hiện:

Bước chuyển e từ dưới lên trên (bước nhảy càng dễ thì ε càng lớn)

Độ nhạy của phương pháp (càng lớn thì hấp thu càng mạnh)

ε = 103 ÷ 7×104: sử dụng trong PTTQ

Nếu chất nghiên cứu không hấp thu bức xạ:

A = 2 - lgT

Nếu chất nghiên cứu hấp thu hoàn toàn bức xạ:

I

Io

Độ truyền qua: T = 100

Mối liên hệ giữa A và T:

10- lC.100

I

Io

T = 100 = = 10-A 100

I = Io T = 100 A = 0

Vậy A có giá trị từ 0 -

3 ỨNG DỤNG CỦA ĐỊNH LUẬT LAMBERT - BEER

3.1 Đối với 1 chất nghiên cứu

Đo mật độ quang A của chất nghiên cứu tại bước sóng max

Các phương pháp xác định nồng độ:

a Phương pháp xác định trực tiếp

Dùng dung dịch chuẩn của chất nghiên cứu để xác định, áp

dụng định luật Lambert-Beer: A = lCđể tính nồng độ chất đó

Tínhcủa phức Fe-phen từ dung dịch chuẩn:

= A

lC =

0.119 25.3610-6 = 1.11104L.mol-1.cm-1

CFetrong 50 mL mẫu : l

A

C = = 0.085

21.1104 = 3.8310-6M Tính hàmlượng Fe2+có trong 20mL mẫu ban đầu:

m =3.8310-656  1000= 2.145 mg/L

Ví dụ: Hãy tính hàm lượng (mg/L) Fe có trong 20mL nước uống

bằng phương pháp phân tích trắc quang với thuốc thử 1,

10-phenantrolin Biết rằng, lấy 20mL mẫu nước này pha loãng thành

100mL, lấy 10mL mẫu sau pha loãng rồi thêm thuốc thử vào rồi định

mức thành 50mL và đem đo quang ở bước sóng 510nm, trong cuvet

2 cm với A = 0.085 Biết rằng một dung dịch chuẩn chứa 5.3610-6

M phức Fe-Phen (tỉ lệ 1:1) có A = 0.119 đo cùng bước sóng và

chiều dày cuvet

100 10

b Phương pháp so sánh

Đo mật độ quang dung dịch chất xác định và 1 hoặc 2 dung dịch

chuẩn của chất đó Áp dụng công thức để tính nồng độ chất đó

Khi sử dụng 1 dung dịch chuẩn:

AC

AX

CX= CC

AX, AC: Mật độ quang của dung dịch xác định và dung dịch chuẩn

CX, CC: Nồng độ của dung dịch xác định và dung dịch chuẩn

Khi sử dụng 2 dung dịch chuẩn:

(A2– A1)

(C2– C1)

CX= C1+ (AX – A1)

Chọn 2 dung dịch chuẩn sao cho A1< AX< A2

c Phương pháp đường chuẩn

Dùng dung dịch chuẩn của chất nghiên cứu ở các nồng độ khác

nhauđể dựng đường thẳng tuyến tính A (C) Từ A đo được của

chất nghiên cứu, dựa vào đường chuẩn suy ra nồng độ chất đó

PP này có độ chính xác cao vì

sử dụng nhiều dung dịch chuẩn

Điều kiện:

Cần có từ 5 dung dịch chuẩn trở lên

Đường chuẩn phải tuân theo định luật Lambert-Beer

y = 0.735x + 0.001

R 2 = 0.9991

0

0.2

0.4

0.6

0.8

C (mg/L)

A X

C X

A

4 NGUYÊN NHÂN LÀM SAI LỆCH ĐỊNH LUẬT BEER

Mức độ đơn sắc của ánh sáng đến

0

0.2

0.4

0.6

0.8

A

C (mg/L)

Khoảng tuyến tính: 0.1 – 0.8 mg/mL

4 TÍNH CỘNG CỦA MẬT ĐỘ QUANG

Nếu trong các cấu tử trong cùng dung dịch đều có khả năng hấp

thu dòng ánh sángđơn sắc chiếu vào thì giá trị A đo được sẽ là

A tổng cộng của các cấu tử

1C1

2C2

I = l( 1 C 1 +  2 C 2 )

Dung dịch chỉ có X trong dung môi

Io AX I

Adm Ta có: A = AX+ Adm AX= A - Adm

0.05

0.25

0.45

0.65

0.85

A

 (nm)

Chọn maxcủa dung môi cách xa maxcủa X

Bảng bước sóng hấp thu của một số dung môi

acetonitrile 190

5 NGHIÊN CỨU CÁC PHẢN ỨNG DÙNG TRONG PP PTTQ

Chủ yếu sử dụng các phản ứng tạo phức chất có màu để định

lượng các anion/ cation kim loại

5.1 Nguyên nhân dẫn đến phổ hấp thu UV-VIS của phức chất

Các chuyển mức e thuộc các nhóm mang màu của ligand

Các kim loại chuyển tiếp có chuyển mức d-d (do các phân mức

d bị tách ra bởi trường phối tử)

Cácbước chuyển kèm theo chuyển điện tích với sự chuyển e

từ ligand đến ion kim loại hoặc ngược lại

Ví dụ: Ion Fe3+tạo được các phức màu có thành phần khác nhau

với acid salicylic (H2Sal) tùy thuộc vào pH môi trường

Màu pH

Phức chất phải có độ bền cao (  > 108) để đảm bảo các ion

kim loại đi vào trong phức

ML

M + L

Phức chất phải có thành phần xác định

Phức chất phải cólớn

5.2 Yêu cầu của một phản ứng dùng trong PP PTTQ

5.3 Các bước tiến hành

1) Quét phổ hấp thu phức chất để tìm max

2) Tìm thứ tự thêm thuốc thử, thời gian, nhiệt độ phản ứng

3) Tìm khoảng pH thích hợp

0.05 0.25 0.45 0.65 0.85

180 280 380

 max

 (nm) A

[R], [M] = const, thay đổi pH

A

pH

1

2 3

4) Tìmlượng thuốc thử thích hợp([R] > [M])

5) Dựng đường chuẩn A (CM)

A

C R

C R

y = 0.735x + 0.001

R 2 = 0.9991

0 0.2 0.4 0.6 0.8

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

 (nm) A

6 SƠ ĐỒ MÁY ĐO QUANG

Nguồn bức xạ

Bộ đơn sắc

Hộc đựng mẫu

Bộ thu bức xạ

Bộ phát tín hiệu

UV: Đèn H2; Hg VIS: Đèn W Kính lọc: Vẫn còn ánh sáng đa sắc

Lăng kính: UV (thạch anh); VIS (thủy tinh)

Cách tử: Màng Al

UV: Cuvet thạch anh VIS: Cuvet thủy tinh; PE

HỘC ĐỰNG MẪU (Sample cell, cuvette)

Phân tích các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong các lĩnh vực:

Môitrường

Thực phẩm

Dược phẩm

Mỹ phẩm

Y học

Nông nghiệp

Công nghiệp

7 ỨNG DỤNG CỦA PP PHÂN TÍCH TRẮC QUANG

Một số phản ứng định lượng dùng trong PP phân tích trắc quang

Fe 2+

Fe +

2+

3

1,10-phenantrolin  max : 508 nm

NH2

NH 2

N

(1)

(2)

 max : 520 nm

Acid sulfanilic

-Naphtylamin

(3) Ti4+ + H2O2 [TiO(H2O2)2]2+

 max : 410 nm

NH4+ + 2HgI42- + OH- [HgO(Hg(NH2)I] + 7I- + 3H2O

 max : 410 nm

(4)

S C N N

H N

N C6H5

C6H5

Pb

2

+ Pb2+

HS C

N

N

H N

N C6H5

C6H5

(5) + 2H+

 max : 540 nm

 max : 610 nm

+ B3+

H3CO

H CH C O

C

H C OH

C

H CH OH

OCH3

[B(curcumin)2]+

(6)

 max : 540 nm

Dithizon

Curcumin

(7)

HO

HOOC C

OH COOH

COOH O

+ Al3+

H3C C C CH3 + Ni2+

Ni H3C C C CH3

Al(aluminon)3

 max : 515 nm

Aluminon

(8)

Hypoxanthine Xanthine Uric acid

HN

N O

HN

N O

O

HN N H N

H O

O

O

Food containing purine

(meats, sea foods,

beans, etc.)

Xanthine oxidase Xanthine oxidase

 max : 290 nm

N

NO2

NO2

NO2

NO2

C2H5OH

X

 max : 520 nm

Phenolic

Diphenylpicrylhydrazyl

 max : 520 nm

Bài tập

1 Có thể phân biệt các hợp chất sau bằng phổ UV không?

(b) (a)

(c)

CH2CH3 O

CH3 O

CH3

H3C

CH3

CH3

O

CH3

H3C

CH3

CH3 O

2 Khi cho amin (RNH2) phản ứng với acid picric (2,4,6-trinitrophenol)

sẽ tạo thành muối picrat Các muối này hấp thu mạnh ở bước sóng

359 nm ( = 1.25104) Nếu lấy 0.1155g một amin X đem hòa tan

trong nước và định mức thành 100 mL Sau đó lấy 1 mL dung dịch

này cho phản ứng với acid picric rồi pha loãng thành 250 mL Tiến

hànhđo quang dung dịch này ở 359 nm trong cuvet 1 cm thu được A

= 0.454 Hãy xácđịnh trọng lượng phân tử của X

A =  lC

Ta có:

 l

A

= 0.454 1.251041 = 3.6310

-5mo/L

C =

Số mol X trong bình 100 mL:

(3.6310-5mol/L)(0.25 L)

1 mL

100 mL = 9.0810-4 mol

MX= 0.1155

9.0810-4 = 127.2 g X: ClC6H4NH2