CHƯƠNG 8 KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ

CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ CÁC PP PHÂN TÍCH PHỔ Người soạn: Lâm Hoa Hùng SƠ ĐỒ CHUNG VỀ CÁC PPPT HÓA LÝ MẪU (đối tượng) Thiết bị phân tích Ghi nhận sự thay đổi tham số hóa lý Định tính Định lượng Các nhóm PPPT hóa lý: 1/ PPPT phổ nghiệm: Biểu diễn KQ dạng phổ 2/ PPPT điện hóa: liên quan đến trình điện hóa 3/ PPPT sắc ký: liên quan đến trình phân tách sắc ký 4/ Các phương pháp khác: nhiệt, phóng xạ… CÁC PP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA PP ĐO ĐỘ DẪN ĐIỆN PP VOLT AMPERE CÁC PP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA - PP trực tiếp - PP chuẩn độ độ dẫn - PP chuẩn độ với dòng cao tần PP ĐO THẾ - PP đo thế trực tiếp: * đo pH * chọn lọc ion - PP chuẩn độ điện thế - PP cực phổ (xoay chiều, chiều, xung…) - Chuẩn độ ampere PP ĐIỆN PHÂN VÀ ĐO ĐIỆN LƯỢNG - PP điện khối lượng - PP nội điện phân - PP đo điện lượng CÁC PP PHÂN TÍCH SẮC KÝ PP SẮC KÝ Quá trình phân tách cho hỗn hợp chuyển dịch qua lớp pha tĩnh tác động pha động chứa hỗn hợp Pha Tĩnh Lớp chất bất động trạng thái rắn hay trạng thái lỏng tẩm chất mang rắn Pha Động Có thể lỏng hay rắn • PP sắc ký đại: Sắc ký khí, sắc ký lỏng cao áp • PP sắc ký đơn giản: sắc ký giấy, cột, mỏng CÁC PP PHÂN TÍCH SẮC KÝ PHÂN LOẠI PP SẮC KÝ • PP sắc ký đại: Sắc ký khí, sắc ký lỏng cao áp • PP sắc ký đơn giản: sắc ký giấy, cột, mỏng Theo chế trình tách: Theo trạng thái liên hợp • Sắc ký hấp phụ pha động pha tĩnh • Sắc ký phân bố • Sắc ký khí • Sắc ký trao đổi ion • sắc ký lỏng • Sắc ký rây phân tử Đa số PP sắc ký tiến hành theo chế pha đứng yên pha chuyển động SƠ ĐỒ CHUNG CỦA PPPT QUANG PHỔ Bức xạ Đối tượng nghiên cứu - Hấp thu - Phát xạ - Tán xạ - Nhiễu xạ Định tính Khảo sát Tương tác Định lượng CÁC PPPT QUANG PHỔ PHÁT XẠ - Nguyên tử (ngọn lửa, ICP…) - Lân quang - Huỳnh quang HẤP THU TÁN XẠ - Nguyên tử (ngọn lửa…) - Phổ tán xạ tổ hợp - Phân tử * Thấy (Visible - VIS) * Tử ngoại (Ultra Violet - UV) * Hồng ngoại (Infrared Red - IR) BỨC XẠ ĐIỆN TỪ (BXĐT) BẢN CHẤT & CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG ¾ Bước sóng λ (độ dài sóng) (m, cm, nm, A0) : Khoảng cách hai cực đại (tiểu) nối tiếp Điện trường ¾ Chu kỳ T(s): T/gian truyền hai cực đại nối tiếp ¾ Tần số ν ( s – ): Số dao động s ¾ Số sóng σ (cm–1, nm–1, ): số bước sóng cm ¾ Vận tốc truyền = vận tốc ánh sáng = 3.108 m/s σ= λ ; c ν = = = c.σ T λ Bản chất sóng BXĐT dạng lượng truyền không gian với vận tốc lớn theo dạng sóng hình sin ⇒ có tượng giao thoa, nhiễu xạ BỨC XẠ ĐIỆN TỪ BẢN CHẤT & CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG Bản chất hạt Bức xạ điện từ: dòng hạt photon mang lượng E lan truyền với vận tốc ánh sáng có lượng tỷ lệ với tần số xạ E = hν = h c λ = hc σ • h (HS Planck) = 6,626.10–34 J.s = 6,626.10–27 erg.s = 6,59 eV.s • E đo eV, kcal / mol, (1kcal / mol =4,34.10 – eV) Bước sóng nhỏ lượng lớn BỨC XẠ ĐIỆN TỪ CÁC VÙNG BỨC XẠ ĐIỆN TỪ Mỗi loại xạ (UV, VIS, IR, …) gồm nhiều xạ có bước sóng khác Mỗi “sắc” xạ VIS lại gồm xạ có bước sóng sai khác cỡ – 0,1 nm lăng kính, cách tử xạ đa sắc (photon có E khác nhau) xạ đơn sắc (một loại photon ) BỨC XẠ ĐIỆN TỪ TƯƠNG TÁC GIỮA BXĐT VỚI VẬT CHẤT Eq : Năng lượng chuyển động quay xung quanh trục (tần số νq ) phân tử Nội E phân tử E = Eq + Edđ + Eđt Edđ : Năng lượng dao động hạt nhân nguyên tử xung quanh vị trí cân (tần số νdđ) Eđt: Năng lượng chuyển dời e từ orbitan phân tử đến orbital phân tử khác (tần số νđt ) 10 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER CƯỜNG ĐỘ HẤP THU Tán xạ IR I0 IT IA Hấp thu b Độ hấp thu (absorbance) I0 A = lg IT % Hấp thu I − IT 100 A% = I0 Độ truyền suốt (transmittance) IT T = I0 % Truyền suốt IT 100 T% = I0 34 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER PHÁT BiỂU ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER Từ thực nghiệm, Lambert chứng minh I0 A = lg = − lg T % = k b IT Sau đó, Beer tìm mối liên A C A = k 2C Kết hợp hai biểu thức ⇒ định luật Lambert - Beer A = ε b C • ε - hệ số hấp thu mol (mol–1.cm–1.L) hay hệ số hấp thu riêng (g– 1.cm–1L ) ε không phụ thuộc vào b, C, mà phụ thuộc vào chất chất hấp thu, bước sóng BX bị hấp thu nhiệt độ • Khi ε.b = const, A với C có mối quan hệ tuyến tính 35 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER Định lượng cấu tử - Phương pháp trực tiếp Phép đo trực tiếp Đo Am dd mẫu, tra bảng → εLT, biết bề dày chậu đo b ⇒ nồng độ cấu tử Cm mẫu Cm Phép so sánh Am = εb xác εTT ≠ εLT • Pha DD chuẩn CC ⇒ độ hấp thu AC • Xác định độ hấp thu Am DD mẫu Cm với chậu đo Nếu εm= εC b giống C m = C C Am AC 36 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER Định lượng cấu tử - Phương pháp trực tiếp Phép lập đường chuẩn Pha n DD chuẩn có CC1, CC2,… CCn xác định Đo độ hấp thu dãy chuẩn AC1, AC2,…, ACn Vẽ đường A = f( C) Đo Am mẫu ⇒ nồng độ Cm A AC2 AC1 CC1 CC2 C (theo PP đồ thị bình phương cực tiểu) • Cho phép kiểm tra sai số ngẫu nhiên • Tìm khoảng nồng độ thích hợp để A tuyến tính theo C 37 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER Định lượng cấu tử - Phương pháp trực tiếp Phương pháp thêm chuẩn Mẫu chứa cấu tử ảnh hưởng đến phép đo Sai số Sử dụng PP thêm chuẩn ⇒ giảm bớt sai số không đồng DD mẫu chuẩn Kỹ thuật thêm chuẩn vào mẫu so sánh DD mẫu M (Cm) → Am = ε b Cm DD mẫu M’ (Cm + lượng chuẩn Cc) → Am’ = ε b (Cm+ Cc) Cm = CC Am A m' − A m 38 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER Định lượng cấu tử - Phương pháp trực tiếp Phương pháp thêm chuẩn Kỹ thuật thêm chuẩn vào mẫu sử dụng đường chuẩn Lập dãy chuẩn giống PP đường chuẩn ⇒ A = f(C) xác định Am mẫu (giả sử nồng độ Cm) Thêm lượng chuẩn xác định vào mẫu (Cm + Cc) ⇒ Am’ Từ đồ thị hay bình phương cực tiểu ⇒ Cm Cm’ Tính f CC f = ' Cm − Cm f = → Cm ( thật) = Cm (đo) f ≠ → Cm ( thật) = Cm (đo) f 39 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER Định lượng cấu tử Phương pháp chuẩn độ đo quang Chuẩn độ X C theo PTPƯ: X + C→ D + E A Nếu cấu tử có khả hấp thu xạ Đo độ hấp thu DD chuẩn độ bước sóng thích hợp Vtđ VC Từ giản đồ A = f ( VC ) ⇒ điểm tương đương 40 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER Định lượng nhiều cấu tử Nếu DD khảo sát chứa n cấu tử có khả hấp thu xạ Dựa vào tính chất cộng độ hấp thu định lượng cấu tử mà không cần tách Tiến hành thành lập hệ PT giải hệ PT ứng với n cấu tử ⇒ nồng độ cấu tử dd 41 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER Định lượng nhiều cấu tử Định luật cộng độ hấp thu Xét DD chứa cấu tử I (λ1) II (λ2), nồng độ CI CII chưa biết Đo độ hấp thu A1 A2 DD λ1 λ2 chậu đo b Ta có mối liên hệ A1, A2 với CI CII sau Aλ1 = AIλ1 +AIIλ1 = εIλ1 b CI + εII λ1 b CII Aλ2 = AIλ2 +AIIλ2 = εIλ2 b CI + εII λ2 b CII εI1 , εI2 : hệ số hấp thu cấu tử I λ1 λ2 ; εII1 , εII2 : hệ số hấp thu cấu tử II λ1 λ2 Giải hệ phương trình trên, suy CI CII 42 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER GiỚI HAN SỬ DỤNG ĐL LAMBERT – BEER ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ VÀ SỰ PHA LOÃNG 1/ Nồng độ cấu tử khảo sát phải < 0,01M 2/ Cần lưu ý, pha loãng ⇒ thay đổi pH, lực ion v.v ⇒ Dạng cần đo thay đổi đặc trưng hấp thu Ví dụ: Khi pha loãng, Cr2O72- (λCĐ = 455 nm; ε = 1800 mol-1cm-1L ) chuyển thành CrO42- (λCĐ = 370 nm; ε = 4900 mol-1cm-1L ) theo CB Cr2O72- + H2O ⇄ HCrO4- ⇄ CrO42- + H+ 43 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER GiỚI HAN SỬ DỤNG ĐL LAMBERT – BEER ẢNH HƯỞNG CỦA BỨC XẠ VÀ ĐỘ RỘNG CỦA KHE ĐL Lambert – Beer nghiệm với BX đơn sắc Khe hẹp cường độ vào detector không đủ lớn BX đơn sắc tốt BX đơn sắc tín hiệu Cần chọn điều kiện tối ưu Tín hiệu nhận đủ mạnh mà ĐL Lambert – Beer nghiệm 44 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER GiỚI HAN SỬ DỤNG ĐL LAMBERT – BEER ẢNH HƯỞNG DO SỰ NHIỄU (ỒN – NOISE) CỦA MÁY Tín hiệu S (signal) đầu Thông tin thật mẫu Tín hiệu nhiễu N (noise) (do môi trường, nguồn, detector,…) Gây ảnh hưởng lên • Độ xác kết • Giới hạn phát LOD ( limit of detector) 45 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER GiỚI HAN SỬ DỤNG ĐL LAMBERT – BEER ẢNH HƯỞNG DO SỰ NHIỄU (ỒN – NOISE) CỦA MÁY Tín hiệu nhiễu N (noise) định ba giai đoạn Chỉnh 0% T chỉnh 100% T đo % T Tổng N ba giai đoạn tập trung vào % T đo sau sai số nồng độ C phụ thuộc vào sai số xác định T 46 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER GiỚI HAN SỬ DỤNG ĐL LAMBERT – BEER ẢNH HƯỞNG DO SỰ NHIỄU (ỒN – NOISE) CỦA MÁY Với máy quang phổ UV – VIS rẻ tiền Máy quang phổ có độ phân giải có giới hạn Khi đo %T = 65 – 15 % ( A từ 0,20 – 0,80) ⇒ sai số C khoảng 1% (A = 0,434 sai số bé nhất) Với máy quang phổ UV – VIS chất lượng cao (sử dụng detector ống nhân quang) Khi đo %T = 65 – % ( A từ 0,20 – 2,5) ⇒ sai số C khoảng 1% (A = 0,434 sai số bé nhất) 47 ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER GiỚI HAN SỬ DỤNG ĐL LAMBERT – BEER ẢNH HƯỞNG DO SỰ NHIỄU (ỒN – NOISE) CỦA MÁY Với máy quang phổ UV – VIS, IR có điện áp thật ổn định sử dụng kỹ thuật chia chùm tia Khi %T = 25 % ( A ≈ 0,62) ⇒ sai số C khoảng 1% Khi A tăng đến ⇒ sai số giảm nhanh Cần lưu ý: Khi A nhỏ (T lớn (90-95%)) ⇒ nồng độ đo có sai số lớn (12-25%) 48