CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ CHO KHOA học vật LIỆU

Kho tài li u mi n phí c a Ket-noi.com blog giáo d c, công ngh TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƢ PHẠM BỘ MÔN VẬT LÝ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP “ CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ CHO KHOA HỌC VẬT LIỆU” GVHD: Ths Lê Văn Nhạn SVTH: Trƣơng Hoàng Phục MSSV: 1100345 Lớp sƣ phạm Vật lý – CN K36 Cần Thơ, tháng năm 2014 LỜI CẢM TẠ Từ ngày đầu bỡ ngỡ với trang giáo trình phương pháp học mới, em gặp nhiều khó khăn việc tiếp thu kiến thức làm quen với phương pháp học tập Nhưng thầy cô trường Đại học Cần Thơ đặc biệt thầy cô giảng viên Bộ môn Vật Lý tận tình dạy dỗ bảo em kiến thức cách học Từ việc cảm thấy khó khăn việc tiếp cận kiến thức mẻ trở nên thú vị em, cổ vũ động viên nhiệt tình thầy cô giúp em nhanh chóng vượt qua khó khăn ban đầu Không có thầy cô mà có gia đình, bạn bè điểm tựa vô quan trọng cho em có ngày hôm nay, bạn bè giúp em có kiến thức sâu qua buổi học nhóm hay qua câu hỏi mà em chưa hiểu Để hoàn thành luận văn cách tốt em giúp đỡ nhiệt tình thầy Lê Văn Nhạn, thầy hướng dẫn chi tiết, tỉ mỉ giúp em hoàn thành luận văn Cuối xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy cô, bạn bè, tất người giúp em suốt thời gian em học đại học giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Kho tài li u mi n phí c a Ket-noi.com blog giáo d c, công ngh Sinh viên Trương Hoàng Phục NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014 Kho tài li u mi n phí c a Ket-noi.com blog giáo d c, công ngh NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014 MỤC LỤC Phần MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Mục đích đề tài Giới hạn đề tài Phương pháp phương tiện thực 5.Các bước thực Phần NỘI DUNG Chương Đại cương phổ phương pháp phổ Bức xạ điện từ Các phương pháp quang phổ 3.Các phương pháp tổ hợp phân chia xác định chat 16 Chương Các phương pháp đo quang nguyên tử Vùng phổ UV- VIS 18 1.Đặc điểm chung nhóm phương pháp đo quang Nguyên tử vùng UV-VIS 18 Phương pháp đo phổ phát xạ nguyên tử 22 Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử 33 Các phương pháp đo phổ nguyên tử không dùng lửa 48 Chương Phương pháp đo phổ hấp thụ electron 51 Cơ sở lí thuyết phương pháp đo phổ UV-VIS 52 Kĩ thuật thực nghiệm 64 Ứng dụng phép đo phổ hấp thụ electron 69 Chương Phương pháp đo phổ cộng hưởng spin electron 70 Cơ sở lí thuyết phương pháp 70 Ứng dụng ESR 80 Chương Phương pháp đo phổ tia X ( tia Rơnghen) 82 Đặc điểm phương pháp 82 Cở sở í thuyết phương pháp đo phổ tia X 82 Phép đo phổ hấp thụ tia X Sự tương tác Của tia X với chất 90 Tia X để nghiên cứu cấu tạo mang tinh thể 91 Nguyên lí cấu tạo phổ kế Rơnghen 92 Phương pháp phổ nhiểu xạ tia X 97 Phương pháp đo phổ huỳnh quang tia X 103 Ứng dụng chung phép đo phổ tia X 108 Chương Phương pháp đo phổ phát xạ tia X 109 1.Nguyên tắc phương pháp đo phổ phát xạ tia X 109 Thiết bị 109 3.Ứng dụng 110 4.Các nguyên tắc 110 Kỉ thuật thực nghiệm 112 Phần KẾT LUẬN 115 Kho tài li u mi n phí c a Ket-noi.com blog giáo d c, công ngh Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Phần MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Các phương pháp phân tích quang phổ trong kĩ thuật phân tích đại, phát triển ứng dụng rộng rải nhiều ngành khoa học, kĩ thuật, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, y dược, địa chất, hóa học… đặc biệt nước phát triển phương pháp phân tích quang phổ trở thành phương pháp dùng để phân tích lượng vết kim loại nhiều đối tượng nghiên cứu Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liêu nhóm phân tích đặc trưng máy móc, thiết bị đại, đạt hiệu cao xác định hàm lượng vết, siêu vết ( cở ppm, cở ppb) xác định cấu trúc Nhóm phân tích vật lí sữ dụng kĩ thuật đại, hiệu cao như: kĩ thuật xung, biến đổi Fourier… cho kết phân tích hàm lượng, xác định cấu trúc với độ nhạy , độ xác, độ chọn lọc cao Với tính hiệu mà phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu có lí chọn đề tài nghiên cứu ― Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu‖ tin đề tài gây tò mò say mê với người yêu tìm hiểu phương pháp phân tích đại đặc biệt sinh viên chuyên ngành vật lí MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Giới thiệu phương pháp phân tích quang phổ cho biết ứng dụng phương pháp đo mà không khảo xác dụng cụ đo kĩ thuật đo GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Chưa nghiên cứu dụng cụ đo phương pháp, giới thiệu tổng quan tùng phương pháp đo PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THỰC HIỆN SVTH: Trương Hoàng Phục MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết  Để hoàn thành luận văn cần sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp, vận dụng kiến thức để giải thích tượng tự nhiện CÁC BƢỚC THỰC HIỆN  Bước 1: Nhận đề tài từ giáo viên hướng dẫn tổng hợp, xác định mục đích đề tài  Bước 2: Tìm nguồn tài liệu có liên quan  Bước 3: Viết đề cương chi tiết  Bước 4: Nộp đề cương chi tiết gặp giáo viên hướng dẫn để hướng dẫn cách thực viết luận văn dựa theo đề cương, đọc tổng hợp lại tài liệu theo hướng đề tài  Bước 5: Tiến hành viết luận văn  Bước 6: Nộp báo cáo luận văn SVTH: Trương Hoàng Phục MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Kho tài li u mi n phí c a Ket-noi.com blog giáo d c, công ngh Phần NỘI DUNG Chƣơng 1: ĐẠI CƢƠNG VỀ PHỔ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP PHỔ Bức xạ điện từ Trong quang phổ học, xạ điện từ từ tia γ đến sóng vô tuyến có chất, gọi xạ điện từ, có chất sóng hạt Một xạ điện từ phân cực phẳng đặc trưng véctơ điện trường véctơ từ trường vuông góc với Bức xạ điện từ đặc trưng bước sóng , tần số dao động Chính thành phần véc tơ điện trường xạ điện từ tương tác với nguyên tử hay phân tử gây nên hiệu ứng quang phổ, số hiệu ứng thứ cấp khác với nguyên tử hay phân tử Theo quan điểm hạt, xạ điện từ phần nhỏ lượng (photon) lan truyền theo phương z với vận tốc ánh sáng Các dạng xạ điện từ khác có lượng khác 1.1 Hệ thức Planck E= hυ = h _ c = h.c υ λ (1.1) Ở đây: E lượng xạ điện từ; h số Planck; h= s/phân tử = c vận tốc ánh sáng = J.s/phần tử; ; υ tần số dao động xạ điện từ; SVTH: Trương Hoàng Phục MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Kho tài li u mi n phí c a Ket-noi.com blog giáo d c, công ngh _ υ số sóng ( Để gây hiệu ứng quang phổ, lượng xạ điện từ phải phù hợp với hiệu số mức lượng ΔE tương ứng với trạng thái lượng nguyên tử hay phân tử Nghĩa bước sóng λ xạ điện từ phải phù hợp với hệ thức: (1.2) Hay (1.3) Phương trình Planck thống chất sóng chất vi hạt xạ điện từ Các vùng phổ (từ tia γ đến vùng sóng vô tuyến) Mỗi miền xạ điện từ ứng với lượng xạ điện từ xác định ta có phương pháp quang phổ tương ứng Trong bảng 2.1 đưa phân loại vùng xạ điện từ phương pháp quang phổ tương ứng Bảng 2.1 Phân loại vùng xạ điện từ phương pháp phân tích quang phổ Số TT Vùng xạ điện từ Tia Tia Rơnghen SVTH: Trương Hoàng Phục Phương pháp phân tích phổ , cm E, eV Phổ Phổ hấp thụ tia X Phổ nhiễu xạ tia X MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Hình 5.21 Hình 5.22 Theo phương pháp phổ huỳnh quang tia X đo phổ kế tán xạ lượng, phổ nhận biểu diễn cường độ tín hiệu phụ thuộc lượng tán xạ (keV) Từ phương trình , ta suy chiều dài sóng tín hiệu phổ P biết lượng (keV) Hình 5.22 phổ huỳnh quang tia X phát xạ lượng mẫu kim loại sắt số kim loại khác (Si Al, Ti, Cr, Ni ) mẫu; đỉnh đặc trưng cho kim loại ghi giá trị lượng tương ứng Từ phổ ta suy bước sóng đặc trưng cho nguyên tố kim loại theo công thức: SVTH: Trương Hoàng Phục 107 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Ở h số Planck; c tốc độ ánh sáng; tỉ lệ nghịch với Ứng dụng chung phép đo phổ tia X Phép đo phổ tia X (phổ hấp thụ tia X, nhiễu xạ tia X, huỳnh quang tia X) có ứng dụng quan trọng hoá học nhiều ngành khoa học kĩ thuật khác để: - Xác định định tính, nhận biết hợp chất - Xác định định lượng - Xác định cấu trúc vật liệu Ngoài ra, phương pháp tia X ứng dụng rộng rãi lĩnh vực khác như: - Trong y học - Trong nhiều ngành công nghệ khác SVTH: Trương Hoàng Phục 108 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Chƣơng 6: PHÉP ĐO PHỔ PHÁT XẠ TIA X Trong chương 2, ta xét đến phương pháp đo quang nguyên tử vùng UV-VIS (có lửa) là: - Phép đo phổ phát xạ nguyên tử (Atomic Emission Spectrometry = AES) - Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectrometry = AAS) - Phép đo phổ huỳnh quang nguyên tử (Atomic Fluorescence Spectrometry = AFS) Ta xét thêm phép đo phổ: - Phép đo phổ phát xạ tia X (X - Ray / ES = X - Ray Emission Spectrometry) Các phương pháp quang phổ có ứng dụng quan trọng rộng rãi Hoá học Phân tích ngành khác Nguyên tắc phương pháp đo phổ phát xạ tia X Sự kích thích electron bên đưa số electron đến mức lượng cao Khi electron trở mức lượng thấp hơn, chúng phát xạ vùng tia X, đặc trưng cho nguyên tố cần xác định Thiết bị Sự kích thích electron có lượng cao, phần tử hoạt động phóng xạ, tia X sử dụng Phép phân tích tia X phát cách sử dụng máy phân tích tinh thể theo dõi detector ion hoá khí hay máy đếm nhấp nháy Các detector bán dẫn không tán sắc máy phân tích có xung cao, đa kênh thường sử dụng tổ hợp (nối với) kính hiển vi điện tử quét SVTH: Trương Hoàng Phục 109 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Ứng dụng Phân tích nguyên tố kim loại mẫu khoáng vật nghiên cứu bề mặt việc xác định kim loại nặng dầu mỏ ứng dụng điển hình Các nguyên tắc Mỗi nguyên tố có electron chiếm mức lượng đặc trưng số lượng tử Sự mô tả đơn giản cho mức lượng thấp mức K, sau mức L, mức M, v.v Mặc dù nguyên tố có số nguyên tử thấp electron tham gia tạo liên kết, nguyên tố có số nguyên tử cao niken hay đồng electron electron bên chúng ảnh hưởng lớn thay đổi hoá trị liên kết Ví dụ đơn gịản hình 6.1 Nguyên tử bia bắn phá nguồn xạ có lượng cao, ví dụ electron tăng tốc phân tử hoạt động phóng xạ Điểu gây kích thích khiến electron lớp K hoàn toàn bị bật khỏi nguyên tử để lại chỗ trống lớp K (hình 15.l.a) Electron từ lớp L có lượng cao nhảy vào mức lượng thấp phát xạ tia X sơ cấp mà bước sóng chúng phù hợp với khác giá trị lượng lớp L K (hình 15.1.b) Cách xử tương tự xảy tượng electron kích thích thoát khỏi mức L hay mức cao Vì mức L có hai mức lượng khác tương ứng với obitan 2s 2p nên phát xạ thực tế duplet: đường từ mức M vạch tạo từ M đến L Nếu electron chuyển tạo ra, Các photon tia X có lượng cao tương tác với mẫu bị hấp thụ, gây đẩy electron bên ỏ hình 15.1.C Điều gây phổ phát xạ huỳnh quang tia X Quá trình cạnh tranh bao gồm hiệu ứng Auger, photon chuyển biến nội electron phát xạ SVTH: Trương Hoàng Phục 110 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Hình 6.1 a Sự kích thích nguyên tử; b Sự hồi phục phát xạ huỳnh quang tia X; c Phổ phát xạ tia X đồng (Cu) (đường —) cộng với hấp thụ tia X niken (Ni) (đường -) Định luật Moseley cho thấy: đại lượng nghịch đảo bước sóng dãy đặc trưng tia X, ví dụ dãy λ liên hệ vói số nguyên tử Z nguyên tố theo công thức: = a(Z-b)2 λ Ví dụ, đồng (Cu) vạch có bước sóng 0,154nm Z = 29, niken (Ni) có giá trị 0,166nm Z = 28 Sự hấp thụ tia X cần xem xét số nguyên tố hoạt động phin lọc cho cấu tử chuyển động phổ tia X, mẫu tự hấp thụ Sự hấp thụ tia X phụ thuộc vào bề dày thâm nhập vào bia hệ sô hấp thụ khối lượng xác định số nguyên tử nguyên tố SVTH: Trương Hoàng Phục 111 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn bước sóng tia X Tuy nhiên, hấp thụ không theo đường cong đều, mà cho dãy đỉnh hấp thụ, chúng xuất lượng ion hoá đối vối electron K, L M đạt Điều xảy lượng nhiều hấp thụ kích thích electron bia Đối với niken, đỉnh xảy 0,148nm, điều nghĩa phin lọc niken hấp thụ đường đồng gần 0,139nm, mạnh, hấp thụ đường Kβ đồng 0,154nm Điều hình 6.1.c Trong (phông) phức tạp tất nguyên tố góp phần vào hấp thụ Kĩ thuật thực nghiệm Có hai loại thiết bị sử dụng cho phép đo phổ phát xạ tia X Hai loại minh họa hình 6.2 Hình 6.2 a Quang phổ kế tia X tán xạ; b Máy phân tích thăm dò vi điện tử electron tái sản xuất từ F.Ư Fifield D Kealey SVTH: Trương Hoàng Phục 112 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Trong thiết bị tán sắc, mẫu bia để bắn phá tia X có lượng cao từ nguồn, nhìn chung ống phát tia X chứa bia Vônfram, electron tăng tốc hiệu 50kV Các tia X sơ cấp kích thích mẫu để tạo tia X đặc trưng cho nguyên tố Các tia nhiễu xạ máy phân tích tinh thể, ví dụ liti florua hay thạch anh, chúng tách tia X phù hợp với phương trình Bragg Ở n bậc nhiễu xạ; bước sóng tia X tạo mẫu; d khoảng cách hai mặt tinh thể (lattice spacing) 2θ góc qua tia X nhiễu xạ Bằng tinh thể quay, tia X đến ghi nhận detector (hoặc ống Geiger - Muller, hay máy đếm nhấp nháy hay tỉ lệ) Vì tín hiệu phát máy tính tỉ lệ phụ thuộc vào lượng photon tia X đến, nên sử dụng để tăng độ phân giải làm giảm (phông) Điều minh họa hình 6.3, cường độ tia X đặc trưng phụ thuộc vào góc 2θ Trong máy phần tích thăm dò, mẫu tự sử dụng bia chùm electron, hình 6.2.b Ở chùm chùm kính hiển vi điện tử quét (SEM Scanning Electron Microscope) Điều đặc biệt có giá trị để có khả làm giảm hình ảnh thị giác bề mặt mẫu phân tích hàm lượng nguyên tố bề mặt Ở detector bệ rắn sử dụng, ghi lại tất xạ kích thích đồng thời, máy phân tích đa kênh sau làm giảm hỗn hợp xung điện áp tương ứng với phổ tia X Điều biết phép phân tích tán sắc lượng tia X (EDAX = Energy Dispersive Analysis of X-rays) SVTH: Trương Hoàng Phục 113 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Sự ghi nhận việc đo nguyên tố có mặt mẫu có giá trị ví dụ hình 6.3 phép phân tích mẫu hợp kim chứa Ag, Cu, Ni Cr Hình 6.3 Khả huỳnh quang tia X để phân tích mẫu rắn phức tạp không cần đến phương pháp hoá học ướt, thiêu đốt có ưu việt đáng kể ngành luyện kim, khoáng vật phân tích xi măng phân tích sản phẩm hoá dầu Phần tích thăm dò electron EDAX cho phép phân tích xác vùng nhỏ xíu, đường kính 1µm Ví dụ, phân bố polime phụ trợ có mặt nồng độ cao nguyên tố mẫu sinh học quan tâm nghiên cứu cách dễ dàng SVTH: Trương Hoàng Phục 114 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Phần KẾT LUẬN Qua nghiên cứu thực đề tài, nhận thấy đạt số kết sau: Đề tài giới thiệu phướng pháp đo phổ ứng dụng phương pháp đo, trình cách tổng quan phương pháp đo phổ ứng dụng phương pháp đo, đặc biệt ý đến phương pháp đo : Các phương pháp đo quang nguyên tử vùng phổ UV-VIS, phương pháp đo phổ hấp thụ electron, phương pháp đo phổ cộng hưởng spin electron, phương pháp đo phổ tia X, phương pháp đo phổ phát xạ tia X Phương pháp đo quang nguyên tử vùng phổ UV-VIS - Phép đo phổ phát xạ nguyên tử (Atomic Emission Splectroscopy AES), người ta sử dụng tín hiệu phát xạ nguyên tử tự lửa (hay lò graphit) có nhiệt độ cao - Phép đo phổ hấp phụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectroscopy AAS) Ở người ta sử dụng tín hiệu hấp thụ tia phát xạ cộng hưởng (của nguyên tử nguyên tố cần phân tích) nguyên tử tự lửa (hay lò graphit) có nhiệt độ cao (từ 2000 – 3000oC) - Phép đo phổ huỳnh quang nguyên tử (Atomic Fluorescence Spectroscopy AFS) Ở người ta sử dụng tín hiệu phát huỳnh quang nguyên tử nguyên tử tự tạo lửa (hay lò graphit) có nhiệt độ cao Trong phương pháp AES, AAS, AFS, nguyên tố ỏ cách xa (dạng hơi, khí); phổ vạch hẹp, đơn giản, đặc trưng cho nguyên tử nguyên tố cần xác định Ba phương pháp sử dụng có hiệu cao để xác định định tính, định lượng chất đối tượng phân tích khác Ba phương pháp có độ nhạy, độ chọn lọc, độ tin cậy cao Ví dụ, phương pháp AAS (dùng lò graphit, nhiệt độ ~3000°C, cho phép xác định với độ nhạy cỡ ppb) Phương pháp đo phổ hấp thụ electron SVTH: Trương Hoàng Phục 115 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Trong vùng phồ tử ngoại khả kiến (Ultraviolet - Visible Spetrum, UVVIS), hấp thụ phân tử phụ thuộc vào cấu trúc electron Sự hấp thụ lượng lượng tử hoá electron bị kích thích chuyển từ obitan có mức lượng thấp lên obitan có mức lượng cao gây Do cấu tạo electron phân tử mà lượng kích thích đòi hỏi lón hay nhỏ ứng với tia sáng hấp thụ có bước sóng ngắn hay dài khác nằm vùng quang phổ tử ngoại hay khả kiến (từ 200 - 800nm), vùng tử ngoại chân không (200nm) Mặt khác, phân tử hấp thụ lượng ứng với bước sóng xảy trình quay phân tử làm dao động nguyên tử phân tử Các trình quay phân tử dao động nguyên tử xảy không hoàn toàn giống với trình xét chương 5, mà xảy với trình kích thích electron phân tử Vì thế, số trường hợp, đường cong hấp thụ quang phổ tử ngoại có cực đại hấp thụ ứng với trình kích thích electron mà có pic hấp thụ ứng với quay hay dao động phân tử Phương pháp cộng hưỡng spin electron Phương pháp phổ cộng hưởng spin electron (Electron Spin Resonance, (ESR)) có tên gọi phổ cộng hưởng thuận từ electron (Electron Paramagnetic Resonance, EPR) tên gọi phổ cộng hưởng từ electron (Electron Magnetic Resonance EMR) Các chất thuận từ hấp thụ xạ kích thích có tần số nằm vùng vi sóng dẫn đến bước chuyển mức lượng electron có spin không cặp đôi Sự phân tách mức lượng từ thực nhờ sử dụng từ trường tĩnh Các nguyên tử có số lẻ electron hay ion có vỏ electron bên lấp đầy phần, phân tử có momen electron gây tượng cộng hưởng spin electron Phổ ESR sử dụng để nghiên cứu gốc tự có electron không cặp đôi hình thành đồng li phân tử SVTH: Trương Hoàng Phục 116 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Phương pháp đo phổ tia X ( tia Rơnghen ) Năm 1895, nhà bác học người Đức Rơntghen Wilhelm Konrad (1845 — 1923) phát minh tia Rơnghen (tia X) Do phát minh này, năm 1901, Rơnghen nhận giải thưởng Nobel Rơnghen nhận thấy rằng: Từ ống phát tia âm cực có phát loại xạ điện từ có khả đâm xuyên qua số chắn kim loại, làm đen phim ảnh ông đặt tên loại xạ điện từ tia X Tia X có bước sóng 0,1 — 100Å Trong phép đo phổ tia X, người ta phân phương pháp: - Phương pháp hấp thụ tia X (X Ray - Absorption Spectroscopy); - Phương pháp huỳnh quang hay phát quang tia X (X Ray — Fluorescence Spectroscopy); - Phương pháp nhiễu xạ tia X (X Ray - Diffraction Spectroscopy) Phép đo phổ phát xạ tia X - Phép đo phổ phát xạ tia X (X - Ray / ES = X - Ray Emission Spectrometry) Các phương pháp quang phổ có ứng dụng quan trọng rộng rãi Hoá học Phân tích ngành khác Trong trình giảng dạy, thân người giáo viên nên đưa thông tin số phương pháp phân tích quang phổ ưng dụng nó, song song với trình giảng dạy loại quang phổ, tia hồng ngoại tia tử ngoại, tia X… Không người giáo viên nên làm rõ nội dung học mà cần lồng ghép số phương pháp phân tích quang phổ ứng dụng phương pháp nhiều ngành khoa học, kĩ thuật, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, y dược, địa chất, hóa học… học sinh biết thêm, làm cho học sinh say mê khoa hoc từ lúc học phổ thông Việc giảng dạy lồng ghép trở thành cách làm hữu hiệu phổ biến Vấn đề người giáo viên sử dụng nội dung lồng ghép nào, mức độ nghệ thuật lồng ghép để phát huy tính tích cực học tập SVTH: Trương Hoàng Phục 117 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn lòng say mê khoa học điều mà giáo viên phấn đấu cố gắng hoàn thành mục tiêu giáo dục nhằm tạo người có ích cho xã hội Vì chưa có đủ thời gian nên đề tài nghiên cứu phương pháp đo phân tích quang phổ, ứng dụng phương pháp đo mà chưa khảo xác dụng cụ đo kĩ thuật đo Nếu có thời gian nghiên cứu thêm nhiều phương pháp đo phổ thêm nửa khảo xác dụng cụ đo kĩ thuật đo để hoàn chỉnh cho đề tài SVTH: Trương Hoàng Phục 118 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồ Viết Quý: Cơ sở hóa học phân tích đại Tập 1: Các phương pháp phân tích hóa học Tập 2: Các phương pháp phân tích lí - hóa, NXB Đại học Sư phạm, 2002 Hồ Viết Quý: Các phƣơng pháp phân tích công cụ hóa học đại NXB Đại học Sư phạm Nguyễn Đình Triệu: Các phƣơng pháp phân tích vật lí hóa học Tập 1, NXB Khoa học Kĩ thuật, 2001 Phạm Luận: Phƣơng pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Đình Triệu: Các phƣơng pháp vật lí ứng dụng Hóa học NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, 1999 Từ Văn Mặc: Phân tích hóa lí Phƣơng pháp phổ nghiệm nghiên cứu cấu trúc phân tử NXB Khoa học Kĩ thuật, 2002 Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà: Ứng dụng số phƣơng pháp phổ nghiệm nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Giáo dục, 1999 Trần Tứ Hiếu: Phân tích trắc quang (Phổ hấp thụ UV- VIS) NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2003 http://thuvienvatly.com/ 10 http://violet.vn/main/ SVTH: Trương Hoàng Phục 119 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn MỘT SỐ KÍ HIỆU VIẾT TẮT TIẾNG ANH Instrumental Methods of Analysis (IMA): Các phương pháp phân tích công cụ Fourier Transformation (FT): Biến đổi Fourier Infrared/s (IR/S): Phổ hồng ngoại Raman/S (Raman/S): Phổ Raman; FT/Raman/S Mass Spectroscopy MS: Phổ khối lượng Nuclear Magnetic Resonance (NMR): Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Ultravolet Visble Spectrophotometry (US - Vis/S): Phổ tử ngoại - Khả kiến Molecular Fluorescene Spectrometry (MFS): Phổ huỳnh quang phân tử Phosphorescence Spectrometry ( PS) : Phổ lân quang 10 Atomic Emission Spectrometry (MES): Phổ phát xạ nguyên tử 11 Atomic Absorption Spectrometry (AAS): Phổ hấp thụ nguyên tử 12 Atomic Fluorescene Spectrometry (AFS): Phổ huỳnh quang nguyên tử 13 Electron Spin Resonance (ESR) = Electron Paramagntic Resonance (EPR) = Phổ cộng hưởng Spin electron 14 X-Ray Absorption Spectroscopy (XAS): Phổ hấp thụ tia X 15 X-Ray Fluorescence Spectroscopy (XFS): Phổ huỳnh quang tia X 16 X-Ray Diffration Spectroscopy (XDS): Phổ nhiểu xạ tia X 17 X-Ray Emission Spectroscopy (XES) Phổ phát xạ tai X 18 Radioactivation Aanalysis (RAA): Phân tích kích hoạt phóng xạ 19 Inductively Coupled Plasma Spectrometry (ICP/S): Phổ Plasma cảm ứng tổ hợp 20 Combined Techniques (CT): Các kĩ thuật tổng hợp 21 Gas chromatograply (Gc): Sắc ký khí; (Gc-IR; Gc-MS) 22 Liquiq chromatograply (Lc): Sắc ký lỏng:(Lc-IR; Lc-MS) 23 Extraction Method (EM): Phương pháp chiết SVTH: Trương Hoàng Phục 120 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn 24 Extraction - Spectrophotomentic Method (ESM): Phương pháp chiết trắc quang 25 Extraction-Atomic Absorption Spectrophotomentic (EAAM): Chiết hấp thụ nguyên tử 26 Extraction-Atomic Fluorescence Spectrophotomentic (EAFM): Chiết huỳnh quang nguyên tử 27 Extraction-Atomic Emission Spectrophotomentic (EAES): Chiết - phát xạ nguyên tử 28 Extraction - polarography (EP): Chiết - cực phổ 29 Thermogravimetry (TG): Nhiệt khối lượng 30 Differential Thermal Analysis (DTA): Phân tích nhiệt vi phân 31 Differential Scanning Calorrimetry (DSC): Phân tích nhiệt quét vi phân 32 Thermomechanical Analysis (TMA): Phân tích nhiệt học 33 Evolved Gac Analysis (EGA): Phân tích khí thoát 34 Flow Injection Analysis (FIA): Phương pháp tiem mẫu vào dòng chảy SVTH: Trương Hoàng Phục 121 MSSV: 1100345 [...]... 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Chƣơng 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO QUANG NGUYÊN TỬ VÙNG PHỔ UV-VIS 1 Đặc điểm chung của nhóm phƣơng pháp đo quang nguyên tử vùng UV-VIS Ngày nay, để thực hiện phép đo phân tích nguyên tố (tức phương pháp xác định một nguyên tố), người ta thường dùng sự chuyển đặc trưng cho nguyên tố đó hoặc một số phương pháp phân tích vật lí... 001% (hoặc thấp hơn) Phương pháp này có ưu điểm nổi trội là: một lần phân tích có thể xác định đồng thời được nhiều nguyên tố và phân tích được các đối tượng phân tích ở xa dựa vào ánh sáng phát xạ từ các đối tượng đó 2.2 Sự tạo thành phổ phát xạ nguyên tử SVTH: Trương Hoàng Phục 22 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Phương pháp phổ phát xạ nguyên.. .Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu Số TT 3 Vùng bức xạ GVHD: Lê Văn Nhạn Phương pháp phân điện từ X, cm E,eV tích phổ Tia tử ngoại và Phổ hấp thụ electron khả kiến vùng UV-VIS 4 Tia hồng ngoại Phổ hồng ngoại (IR) 5 Tia vi sóng Phổ IR vi song 6 Sóng vô tuyến Phổ NMR, ESR >100 2 Các phƣơng pháp quang phổ (Spectroscopy methods) Từ bảng 2.1... có liên quan đến sự hấp thụ của các nguyên tử lạnh hơn ở bờ ngọn lửa Trong phương pháp ghi độ đen vạch phát xạ trên kính ảnh, cặp vạch phân tích và so sánh: SVTH: Trương Hoàng Phục 29 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn ΔS = Snc - Sss = a + b.lgCnc ( 2.9) Đây là phương trình cơ bản của phương pháp phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử định lượng... UV-VIS bởi các phân tử hay ion chất nghiên cứu Nhóm 1 gồm các phƣơng pháp phân tích sau: - Phổ hấp thụ electron vùng UV-VIS: Phép phân tích này được giới hạn ở vùng bước sóng 200 - 800nm Phần lớn các hợp chất ―có màu‖ mà mắt ta quan sát được đều nằm trong vùng phổ này - Phép đo phổ huỳnh quang và lân quang phân tử: Các phương pháp đo phổ huỳnh quang và lân quang phân tử mặc dù không được phổ biến như... nguyên các yếu tố này và tiêu chuẩn hoá tốt các điều kiện tạo huyền phù Đó là những khó khăn thực sự để ổn định huyền phù Do vậy 2 phương pháp này có độ đúng, độ chính xác, độ lặp không cao Chỉ dùng 2 phương pháp này khi không có các phương pháp khác để xác định các ion SVTH: Trương Hoàng Phục 8 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Nhóm 2 là nhóm đo quang. .. có sự kết hợp hữu cơ giữa các phương pháp phân chia, làm giàu và phương pháp xác định hàm lượng cấu trúc SVTH: Trương Hoàng Phục 16 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Có một số phương pháp tổ hợp sau: - Sắc kí khí - FT/IR (Gc - FT/IR) - Sắc kí khí - FT/MS (Gc - FT/MS) Tương tự có sự kết hợp giữa sắc kí lỏng và các phương pháp khác: - Lc - FT/IR -... được sai số chủ quan của người phân tích v.v 2.3.2 Phép đo phổ nguyên tử SVTH: Trương Hoàng Phục 10 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Trong vùng phổ UV-VIS ta có thể tiến hành 3 phương pháp phân tích nguyên tử: - Phép đo phổ phát xạ nguyên tử (AES = Atomic Emission Spectroscopy) (vùng bước sóng 400 ÷ 800nm) - Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS =... nhiên liệu Ở đây, dung dịch phân tích được bơm phun sương vào ngọn lửa, tạo điều kiện tối ưu cho quá trình nguyên tử hoá mẫu Trong ngọn lửa nhiệt độ cao lần lượt xảy ra các quá trình sau: SVTH: Trương Hoàng Phục 19 MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn + Quá trình phun sương dung dịch phân tích tạo ra các hạt nhỏ như sương mù; + Sự bay hơi các phân. .. việc dùng các tính chất hạt nhân của một số nguyên tố phóng xạ các tia SVTH: Trương Hoàng Phục 15 hay MSSV: 1100345 Các phương pháp phân tích quang phổ cho khoa học vật liệu GVHD: Lê Văn Nhạn Kho tài li u mi n phí c a Ket-noi.com blog giáo d c, công ngh Có 2 phương pháp kích hoạt phóng xạ: phương pháp kích hoạt phóng xạ trực tiếp và phương pháp kích hoạt phóng xạ gián tiếp 2.11 Các phép đo phổ dùng