DAI CUONG VE PHAN TICH QUANG HOC

Thành phần điện trường E của bức xạ điện từ tương tác với các nguyên tử hoặcphân tử gây nên hiệu ứng phổ hấp thụ nguyên tử hay phân tử cũng như một số hiệu ứngkhác đối với nguyên tử và p

ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH QUANG HỌC

1.Bản chất và các đại lượng đặc trưng của bức xạ điện từ

1.1. Tính chất sóng của bức xạ điện từ

Bức xạ điện từ là những dao động lan truyền theo một phương với vận tốc của ánhsáng trong chân không với hai thành phần là điện trường (E) và từ trường (H) Hai thànhphần này dao động vuông góc với phương truyền của bức xạ trong hai mặt phẳng vuônggóc với nhau

Thành phần điện trường (E) của bức xạ điện từ tương tác với các nguyên tử hoặcphân tử gây nên hiệu ứng phổ hấp thụ nguyên tử hay phân tử cũng như một số hiệu ứngkhác đối với nguyên tử và phân tử

Tính chất sóng của bức xạ điện từ được đặc trưng bởi các đại lượng sau:

Bước sóng (λ): là khoảng cách ngắn nhất giữa 2 điểm dao động cùng pha

Tần số sóng (ν): là số dao động mà bức xạ điện từ thực hiện trong 1 giây Tần sốsóng tính theo công thức:

-1

c

ν = (s = 1Hz) λ

Khi năng lượng của bức xạ điện từ phù hợp với chênh lệch năng lượng giữa các trạngthái năng lượng của phân tử hoặc nguyên tử, khi đó nguyên tử hoặc phân tử hấp thụ sốnguyên lần photon năng lượng thì sẽ xuất hiện các hiệu ứng thích hợp Thực tế đã chứngminh được, để có hiệu ứng thì bước sóng của bức xạ điện từ phải thoả mãn phương trình:

ΔE = = h.ν λ

Trong đó: ∆E là hiệu của hai mức năng lượng

h là hằng số Planck (6,63.10-34J.s)

c là vận tốc ánh sáng (3.108m/s)

λ là bước sóng ánh sáng (m)

Nhận xét: Bức xạ điện từ có bước sóng khác nhau thì năng lượng khác nhau; bước

sóng càng dài thì năng lượng càng nhỏ

Trong đó k là hệ số hấp thụ của môi trường

Bỏ qua năng lượng tán xạ và phản xạ, lấy tích phân hai vế:

o

-kl o

Đường cong biểu diễn khả năng hấp thụ của một chất theo bước sóng (tần số hay sốsóng) được gọi là đường cong hấp thụ hay phổ hấp thụ của chất đó.

2.1.2. Môi trường có hệ số hấp thụ âm

Thông thường, hệ số hấp thụ của môi trường là dương, ánh sáng bị yếu đi khi qua môitrường này

Một số môi trường có hệ số hấp thụ âm đối với một số bước sóng ánh sáng Khi đócường độ ánh sáng tăng lên khi đi vào môi trường này – môi tường này gọi là môi trườngkhuếch đại ánh sáng Đây là cơ sở để thực hiện máy phát lượng tử ánh sáng

Ví dụ:

+ Hồng ngọc (tinh thể Al2O3 lẫn tạp chất Cr3+): khuếch đại bức xạ λ=694,4nm

+ Hỗn hợp khí (He, Ne – tỷ lệ PHe/PNe=5÷10) ở P = 0,5mmHg khi được chiếu sáng cókhả năng khuếch đại 3 bức xạ ở bước sóng: λ=3390nm; 1150nm và 632,8nm

2.1.3. Sự giải toả năng lượng sau khi hấp thụ ánh sáng

Hạt sơ cấp (nguyên tử, ion hay phân tử) ở trạng thái cơ bản (M), có năng lượng thấpnhất; khi hấp thụ photon năng lượng, nó chuyển lên trạng thái kích thích Thời gian tồntại ở trạng thái kích thích (M*) rất ngắn (10-9-10-6 giây), sau đó nguyên tử phát nănglượng để trở về trạng thái năng lượng ban đầu

M + hν → M*

Năng lượng phát ra có thể theo các cách:

+ Truyền năng lượng dưới dạng nhiệt cho các tiểu phân ở môi trường xung quanh + Phân huỷ quang hoá hợp chất hoặc phát huỳnh quang

+ Phát xạ (huỳnh quang hoặc lân quang), phục hồi có bức xạ

2.2. Màu sắc của ánh sáng và một số biện pháp tạo chùm tia đơn sắc

2.2.1. Màu của ánh sáng

Các bức xạ nằm trong vùng khả kiến (giữa tử ngoại và hồng ngoại) có thể nhìn thấyđược với các màu sắc khác nhau Mỗi màu ứng với một chùm các tia sáng có bước sónggần nhau Vùng khả kiến bao gồm 7 màu chính với các dải bước sóng mà tổ hợp củachúng tạo nên ánh sáng trắng

Ánh sáng trắng là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc (có bước sóng xác định)

Các nguồn bức xạ điện từ thường chứa nhiều tia với bước sóng khác nhau, do vậymuốn có tia đơn sắc cần phải sử dụng thiết bị đơn sắc hoá (cách tử, lắng kính, kính lọcmàu, )

2.2.2. Màu phụ nhau và kính lọc màu

Vật có màu A hấp thụ mạnh các tia màu B và ngược lại, vậy có màu B thì hấp thụmạnh các tia màu A Khi một cặp màu có tính chất như hai màu A và B thì chúng hìnhthành một cặp màu phụ nhau hay cặp màu bổ sung.

Theo nguyên tắc này, trong các thiết bị đo quang đơn giản để tạo ra nguồn bức xạ có

độ đơn sắc tương đối người ta dùng kính lọc màu với kính lọc có màu phụ với màu củadung dịch cần đo Để đo được nhiều dung dịch có màu sắc khác nhau các thiết bị nàyđược trang bị một bộ kính lọc, mỗi kính lọc cho phép làm việc ở một khoảng bước sóngkhoảng vài chục nanomet

2.2.3. Hiện tượng tán sắc và tạo tia đơn sắc bằng lăng kính

Thí nghiệm tán sắc ánh sáng của NewtonDựa trên hiện tượng này, người ta sử dụng các lăng kính với các chất liệu thích hợp đểtạo ra các chùm tia đơn sắc trong các máy quang phổ

2.2.4. Nhiễu xạ qua khe hẹp và tạo tia đơn sắc bằng cách tử

Khi cho ánh sáng đi qua một khe hẹp dài vô tận, thì ảnh nhiễu xạ của nguồn là một hệvân sáng tối xen kẽ (90% cường độ sáng toàn phần tập trung ở cực đại trung tâm)

Một màn chắn mang N khe hẹp dài vô tận có cùng độ rộng a, đặt song song và cáchđều nhau những khoảng ao Hệ thống như vậy gọi là cách tử, khoảng cách a + ao được gọi

là khoảng lặp hay hằng số cách tử

Nếu chiếu lên cách tử một chùm sáng tạp sắc thì cực đại chính đối với bức xạ có bướcsóng khác nhau được quan sát với những góc khác nhau hoặc hội tụ tại các điểm khácnhau trên mặt tiêu của thấu kính hội tụ Như vậy, cách tử có thể phân tích một chùm sángtạp sắc thành quang phổ, gọi là quang phổ cách tử

Cách tử trên thực tế thường có số khe rất lớn Tuỳ theo vùng quang phổ phải khảo sát

mà số khe trên 1mm theo bề ngang có thể từ vào chục đến vài trăm cho vùng hồng ngoại,khoảng 500 cho miền khả kiến, và khoảng 1200-1800 cho miền tử ngoại

Để chế tạo cách tử dùng mũi dao bằng kim cương vạch trên mặt thủy tinh những rãnhnhỏ song song Khi rọi ánh sáng qua cách tử đó, những khoảng bằng phẳng giữa các rãnh

để cho ánh sáng truyền qua và nhiễu xạ về mọi phương chúng đóng vai trò các khe củacách tử, còn các rãnh là những phần không trong suốt của cách tử nhiễu xạ Cách tử đógọi là cách tử truyền qua Cách tử truyền qua dùng để nghiên cứu các ánh sáng thấyđược Nó không dùng để nghiên cứu các tia tử ngoại vì các tia này bị thủy tinh hấp thụmạnh

Để nghiên cứu các tia tử ngoại, người ta dùng cách tử phản xạ Cách tử phản xạ làmột mặt kim loại phẳng và nhẵn bóng trên đó người ta dùng mũi dao kim cương vạch nênnhững rãnh nhỏ cách đều nhau Khi rọi ánh sáng lên mặt cách tử, ánh sáng sẽ nhiễu xạtrên những dải bằng phẳng giữa các rãnh và gây ra hình nhiễu xạ Còn các rãnh sẽkhuyeech tán ánh sáng không đều, pha của các tia khuyeech tán đó thay đổi hỗn loạn, do

đó chúng không gây ra hình nhiễu xạ

Rọi ánh sáng trắng lên cách tử Mỗi ánh sáng đơn sắc của ánh sáng trắng sẽ cho một

hệ thống các cực đại chính Tại điểm chính giữa F, các ánh sáng đơn sắc đều cho cực đạichính, F là một vệt sáng trắng Tập hợp các cực đại chính đó hợp thành một quang phổ.Trong mỗi quang phổ, vạch tím nằm ở phía trong, vạch đỏ nằm ở phía ngoài Ra xa vânsáng giữa, các quag phổ bậc khác nhau có thể chồng lên nhau Các quang phổ cho bởicách tử được gọi là các quang phổ nhiễu xạ

Cách tử được dùng để đo bước sóng của ánh sáng Một ánh sáng phức tạp rọi vàocách tử sẽ cho cách vạch quang phổ Căn cứ vào vạch quang phổ có thể biết được thànhphần của ánh sáng tới

2.3. Sự hấp thụ nguyên tử

2.3.1. Điều kiện để có hấp thụ nguyên tử

Ở điều kiện thường (trạng thái cơ bản, bền vững và nghèo năng lượng nhất) nguyên tửkhông thu hay phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ

Ở trạng thái hơi (trạng thái tự do), khi chiếu chùm tia sáng vào nguyên tử đó, nguyên

tử sẽ hấp thụ các bức xạ (chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích) có bướcsóng xác định ứng với các tia bức xạ mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ

Quá trình trên được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử Phổ sinh ra

trong quá trình này gọi là phổ hấp thụ nguyên tử.

Khi nguyên tử hấp thụ năng lượng sẽ làm thay đổi năng lượng của các electron trong

nguyên tử nên phổ nguyên tử cũng là phổ electron Electron trong nguyên tử tham gia

hấp thụ hay phát xạ là các electron lớp ngoài cùng vì nó dễ bị kích thích nhất

Năng lượng nguyên tử hấp thụ:

h.c

ΔE = λ

Như vậy, mỗi giá trị năng lượng ∆E mà nguyên tử hấp thụ sẽ ứng với một độ dài sóngxác định Do giá trị ∆E mà nguyên tử hấp thụ khá chênh lệch nên các bước sóng tươngứng của bức xạ điện từ không liên tục Do đó phổ hấp thụ nguyên tử là các vạch hấp thụtại các bước sóng tương ứng

Nguyên tử không hấp thụ tất cả các bức xạ mà nó có thể phát ra trong quá trình phát

xạ Quá trình hấp thụ chỉ xảy ra với các vạch phổ nhạy, các vạch đặc trưng và các vạchcuối cùng của nguyên tố

2.3.2. Ứng dụng của hấp thụ nguyên tử trong phân tích

Tuỳ thuộc vào giá trị ∆E dương hay âm mà quá trình phát xạ hay hấp thụ xảy ra Quátrình huỳnh quang xảy ra khi nguyên tử ở trạng thái kích thích bị mất một phần nănglượng trước khi trở về trạng thái cơ bản kèm theo sự phát xạ ra các bức xạ có năng lượngthấp hơn của các bức xạ mà nó nhận được để chuyển lên trạng thái kích thích Như vậyđiều kiện cụ thể của nguồn năng lượng dùng để nguyên tử hoá mẫu sẽ quyết định quátrình nào xảy ra chính

Ứng dụng của phổ hấp thụ nguyên tử có thể được phân loại theo nguồn năng lượngđược nguyên tử hấp thụ (bức xạ, nhiệt, tia lửa điện, ) và quá trình hấp thụ, phát xạ hayhuỳnh quang

Các phương pháp được áp dụng trong phân tích:

+ Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) (Atomic absorption spectropy)

+ Quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) (Atomic emission spectropy)

+ Quang phổ phát xạ nguyên tử với nguồn plasma (ICP)

+ Quang phổ huỳnh quang nguyên tử (Atomic fluorescence spectrometry)

2.4. Sự hấp thụ phân tử

2.4.1. Sự hình thành các mức năng lượng khác nhau trong phân tử

Năng lượng tổng của phân tử bao gồm nhiều năng lượng thành phần: năng lượngchuyển động tịnh tiến của phân tử (Et), năng lượng của electron (Ee), năng lượng của cácdao động (Ev) và năng lượng chuyển động quay (Er).

Etổng = Et + Ee + Ev + Er.Trong đó năng lượng Ee lớn hơn rất nhiều so với Ev, và Ev lớn hơn nhiều so với Er:

Nhiều bức xạ có bước sóng khác nhau nhưng rất gần nhau được hấp thụ ứng với các

sự chuyển mức năng lượng khác nhau Trên thực tế số mức năng lượng dao động còn lớnhơn nhiều, nghĩa là có thể có nhiều vạch phổ đưng liên tiếp cạnh nhau tạo nên các dải hấpthụ hay đỉnh hấp thụ trong phổ hấp thụ phân tử

2.4.2. Ứng dụng của sự hấp thụ phân tử trong phân tích

Ứng với sự hấp thụ bức xạ tử ngoại (UV) có năng lượng lớn có thể dẫn đến sự chuyển

từ mức năng lượng Eo lên mức năng lượng E2; sự hấp thụ bức xạ khả kiến ứng với sựchuyển mức năng lượng lên mức E1 Nói cách khác sự hấp thụ bức xạ tử ngoại – khả kiếnlàm thay đổi mức năng lượng electron Ee và là nguồn gốc của phổ UV-VIS, do đó phổUV-VIS là phổ electron

Sự hấp thụ năng lượng của tia hồng ngoại (IR) chỉ dẫn đến thay đổi các mức nănglượng dao động và chuyển động quay (Ev và Er) Vì vậy phổ IR thường gọi là phổ daođộng

Huỳnh quang phân tử là sự phát ra bức xạ của các phân tử đã được kích thích bằngbức xạ điện từ thích hợp trong quá trình hồi phục Cũng như hiện tượng huỳnh quangnguyên tử, phân tử ở trạng thái kích thích bị mất một phần năng lượng trước khi về trạngthái cơ bản Do đó bức xạ phát ra trong huỳnh quang phân tử cũng có năng lượng thấphơn năng lượng của bức xạ kích thích nó, nghĩa là huỳnh quang có bước sóng dài hơnbước sóng của bức xạ kích thích

Ứng dụng phổ biến của phổ phân tử trong phân tích:

- Quang phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (UV-VIS)

- Quang phổ hồng ngoại (IR)

- Quang phổ huỳnh quang

3.Ứng dụng và ảnh hưởng của một số hiện tượng quang học khác với phân tích

3.1. Sự tán xạ ánh sáng

3.1.1. Điều kiện của sự truyền thẳng và sự tán xạ ánh sáng

Trong môi trường trong suốt và đồng tính, ánh sáng truyền theo đường thẳng, ngượclại, môi trường không đồng tính ánh sáng bị tán xạ

3.1.2. Nguyên nhân tán xạ ánh sáng

Môi trường tán xạ là môi trường không đồng tính quang học Sự không đồng tínhquang học của môi trường có nhiều nguyên nhân khác nhau Một số nguyên nhân gây nênhiện tượng tán xạ ánh sáng thường gặp:

- Tán xạ do môi trường vẩn (tán xạ Tyndal)

Hiện tượng Tyndal luôn có mặt trong các dung dịch keo hay trong dung dịch có cáctiểu phân rắn như các dung dịch mẫu đo được chuẩn bị từ các chế phẩm viên gây sai sốcho phép đo quang

- Một số nguyên nhân gây tán xạ khác

+ Tán xạ phân tử

+ Tán xạ Mandelstam – Brillouin

+ Tán xạ tổ hợp

3.2. Hiện tượng giao thoa ánh sáng

Hiện tượng giao thoa ánh sáng qua khe Young:

Khe Young là một dụng cụ gồm một nguồn sáng O đặt trước một màn không trongsuốt P có đục hai lỗ nhỏ O1 O2 Sau P đặt một màn quan sát E Ánh sáng phát ra từ Otruyền đến O1 , O2 Theo nguyên lý Huyghen, O1 và O2 trở thành hai nguồn thứ cấp vì từmột nguồn tách thành hai nên O1 và O2 là hai nguồn kết hợp và các sóng phát ra từ O1 và

O2 là các sóng kết hợp Nếu thay O1 và O2 bằng khe hẹp đặt song song với nhau và O lànguồn khe thì trên màn E đặt song song với O1O2 ta được hệ vân sáng, vân tối, chính giữa

là một vân sáng Nếu O1O2 rất bé và màn E dặt cách xa O1O2 thì vân giao thoa là các đoạnthẳng song song cách đều Nếu O là ánh sáng trắng thì tại điểm chính giữa là vân sángtrắng

Hiện tượng hai sóng cùng tần số, có hiệu số pha ban đầu không đổi kết hợp với nhautạo ra những miền sóng luôn dao động với biên độ cực đại xen kẽ với những miền luôn

có cường độ cực tiều được gọi là giao thoa ánh sáng

Hai sóng cùng tần số và có hiệu số pha không đổi gọi là hai sóng kết hợp

Sóng kết hợp chỉ là điều kiện cần vì sóng kết hợp từ hai nguồn sáng độc lập dù cócùng chu kì nhưng hiệu pha ban đầu thay đổi nhanh ⇒ không kịp quan sát vân giao thoa

do cơ chế phát sáng quá nhanh và có nhiều tâm phát sáng trong mỗi nguồn sáng Do đómọi sơ đồ giao thoa đều phải thực hiện việc tách sóng xuất phát từ một tâm thành haichùm, sau đó cho chúng gặp nhau

Hiện tượng giao thoa ánh sáng được ứng dụng trong chế tạo thiết bị đo chiết suất củachất khí, kiểm tra sự gồ ghề của các mặt quang học, bề dày của bản mỏng, vv

3.3. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

Hiện tượng nhiễu xạ qua một lỗ trong nhỏ

Cho ánh sáng từ nguồn O truyền qua một lỗ tròn nhỏ trên màn P Sau màn P dặt mànquan sát E, trên màn E nhận được vệt sáng ab Theo nguyên lý truyền thẳng của ánh sáng,nếu ta thu nhỏ lỗ tròn thì vệt sáng ab cũng thu nhỏ lại Khi thu nhỏ lỗ tròn tới một mứcnào đó thì trên màn E xuất hiện nhiều vân tròn sáng tối nằm xen kẽ nhau Ngoài vùng ab

ta cũng quan sát được các vân sáng, còn trong vùng ab cũng có các vân tối, tùy theo kíchthước của lỗ tròn và khoảng cách từ màn quan sát đến lỗ tròn

Hiện tượng nhiễu xạ xảy ra khi phương truyền của sóng bị thay đổi do hình thành cáctâm phát sóng thứ cấp tại các lỗ nhỏ hay khe hẹp Hiện tượng nhiễu xạ làm xuất hiện cácvết sáng tối xen kẽ hai bên vệt sáng chính được tạo ra theo nguyên lý truyền thẳng củaánh sáng

Hiện tượng nhiễu xạ được ứng dụng để tán sắc nhằm tạo ra các chùm tia đơn sắc từánh sáng tạp sắc

3.4. Hiện tượng phân cực của ánh sáng

Ánh sáng thông thường không có phương dao động ưu tiên, trong bất kì mặt phẳngnào đi qua tia sáng cũng chứa các dao động vuông góc với phương truyền Chùm sángnhư vậy được gọi là ánh sáng tự nhiên

Hiện tượng ánh sáng tự nhiên khi đi qua một số vật liệu đặc biệt chỉ giữ lại mộtphương giao động được gọi là hiện tượng phân cực ánh sáng Ánh sáng có tính chất nhưvậy gọi là ánh sáng phân cực

Một số chất quang hoạt có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực của ánhsáng phân cực Dựa vào tính chất này người ta có thể định tính và định lượng chúng

3.5. Hiện tượng quang điện

Khi rọi một bức xạ điện từ vào bề mặt một tấm kim loại làm bắn ra các eletron Cácelectron gọi là quang electron.Khi rọi một chùm sáng điện từ thích hợp vào catot của

tế bào kim loại (bề mặt Ce) trong mạch xuất hiện dòng quang điện trở bởi điện kế G.vôn kế khác 0 Electron tự do trong kim loại nhận bức xạ điện từ là các hạt mang nănglượng photon Mỗi electon hấp thụ một photon nào đó được truyền thêm một nănglượng E = hv Năng lượng này một phần chuyển thành công thoát Ath thắng được lựchút của các ion kim loại Một phần còn lại chuyển thành động năng ban đầu củaelectron Động năng ban đầu càng lớn khi electron càng gần bề mặt kim loại, độngnăng ban đầu sẽ cực đại đối với các quang electron ở sát mặt ngoài kim loại Chỉnhững bức xạ nào có năng lượng lớn hơn công thoát mới gây ra hiện tượng quangđiện

Phổ tử ngoại khả kiến thường được chia thành các vùng: tử ngoại xa, tử ngoại gần vàkhả kiến

b)Vùng tử ngoại gần và khả kiến (UV -VIS)

Bước sóng bức xạ vùng từ ngoại gần: 200- 400nm; vùng khả kiến: 400 – 800nm.Năng lượng các bức xạ vùng này có thể làm thay đổi năng lượng electron trong phântử

2.Sự chuyển mức năng lượng electron với hấp thụ bức xạ UV-VIS

Các bức xạ UV-VIS có năng lượng khá lớn nên có thể thay đổi mức năng lượng củaelectron từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích

Các electron có thể tham gia vào hiệu ứng này có thể là:

- Các electron σ trong các liên kết đơn

- Các electron π trong các liên kết bội, hệ thống vòng thơm,

- Các electron n của cặp electron không liên kết,

3.Định luật Lambert-Beer và hệ số hấp thụ

a/ Độ truyền qua (T-transmittance)

Khi chiếu một chùm tia đơn sắc có cường độ Io qua một dung dịch có chiều dày l (cm) Saukhi bị dung dịch hấp thụ, cường độ chùm tia đi ra có cường độ I Độ truyền qua (T) được

được biểu diễn qua nồng độ và một hệ số khác

Biểu thức định luật Lambert-Beer:

o

I

lg = ε.l.C I

Trong đó: ε là hệ số hấp thụ, phụ thuộc vào bản chất dung môi và λ

l là bề dày của dung dịch (cm)C: nồng độ dung dịch (M)

Nội dung định luật: Khi chiếu một chùm tia photon đơn sắc đi qua hệ (dung dịch

màu) thì mức độ hấp thụ của dung dịch màu tỷ lệ thuận với công suất chùm photon và nồng độ các phân tử hấp thụ

• Các hệ số hấp thụ

Trong quang phổ UV-Vis người ta thường sử dụng nồng độ mol và nồng độ %, vàtương ứng với chúng có các hệ số hấp thụ sau:

+ Hệ số hấp thụ mol:

được gọi là hệ số hấp thụ riêng, còn được kí hiệu là A (1%, 1cm).

* Hệ số hấp thụ mol hay được sử dụng trong mô tả tính chất quang phổ của các hợpchất hữu cơ, còn trong phân tích kiểm nghiệm thường dùng hệ số hấp thụ riêng

1%

1cm

E

4.Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp thụ UV-VIS

4.1.Cấu trúc phân tử chất tan

Cấu trúc phân tử có ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp thụ UV-VIS của phân tử Cácyếu tố ảnh hưởng có thể là hiệu ứng cảm ứng, liên hợp và hiệu ứng không gian

a) Nhóm mang màu và nhóm trợ màu

- Nhóm mang màu (chromophore): làm cho phân tử có thể hấp thụ các bức xạ có bước

sóng dài hơn trong UV-Vis Khi phân tử có chứa nhóm này, có khả năng hấp thụ bức xạ >200nm

- Nhóm trợ màu (auxochrome): là nhóm ít có khả năng hấp thụ bức xạ vùng UV-Vis nhưng

có ảnh hưởng tới nhóm mang màu Nhóm trợ màu thường là các nguyên tử hay nhómnguyên tử có một hay nhiều cặp electron tự do như –OH, -OR, -NR2, Hal, vv

Sự có mặt của nhóm trợ màu làm thay đổi vị trí cực đại hấp thụ của phân tử: chuyểndịch về phía sóng dài hơn gọi là chuyển dịch bathochromic; chuyển dịch về phía sóngngắn hơn gọi là hypsochromic

Nhóm trợ màu cũng ảnh hưởng lên cường độ hấp thụ: nếu làm tăng cường độ hấp thụđược gọi là hiệu ứng hyperchromic; nếu giảm cường độ hấp thụ thì được gọi là hiệu ứnghypochromic

b)Ảnh hưởng của vị trí không gian

Vị trí của các liên kết bội ảnh hưởng nhiều đến sự hấp thụ của phân tử đặc biệt là các

hệ liên hợp Vị trí liên kết đôi trong các hệ liên hợp cũng làm thay đổi vị trí cực đại hấpthụ và hệ số hấp thụ phân tử

4.2.Yếu tố môi trường

a)Dung môi

Dung môi là các hợp chất hoá học nên cũng có khả năng hấp thụ bức xạ UV-VIS.Các dung môi dùng để đo phổ UV-VIS có những bước sóng giới hạn (λcutoff) khácnhau mà dưới bước sóng đó dung môi hấp thụ đa phần các bức xạ chiếu qua nó

Khi chọn dung môi chuẩn bị dung dịch đo phổ UV-VIS, ngoài việc dựa vào độ tan củachất cần nghiên cứu còn phải tính đến khả năng hấp thụ của chính dung môi Trongquang phổ UV-VIS, dung môi thường dùng là etanol 95° hoặc metanol

Sử dụng các dung môi khác nhau còn có thể làm sai khác vị trí cực đại trên phổ hấpthụ của các chất Vì vậy, thông số về khả năng hấp thụ UV-VIS của các chất thường đưa

ra kèm với tên dung môi được dùng để đo

b)Tương tác lưỡng cực (dipole - dipole)

Khi sử dụng các dung môi phân cực như nước, axetonitril, metanol, ; nếu chất tannghiên cứu cũng phân cực sẽ xuất hiện tương tác lưỡng cực Tương tác này làm chokhoảng cách π→π* ngắn lại, kết quả là cực đại hấp thụ chuyển dịch về phía sóng dài(hiệu ứng bathochromic); đồng thời làm cho dịch chuyển n→π* dài ra (hiệu ứnghypsochromic)

pH của môi trường có thể gây ra sự hỗ biến làm thay đổi cấu trúc của phân tử và do

đó kéo theo sự thay đổi của khả năng hấp thụ của chất đó

e)Nồng độ và các tương tác khác trong dung dịch

Khả năng hấp thụ UV-VIS của dung dịch chỉ tỷ lệ tuyến tính với nồng độ dung dịchtrong một khoảng thích hợp Khi dung dịch quá loãng hay quá đặc sẽ gây sai lệch về mặthoá học do sự phân ly (ion hoá) hay tạo các sản phẩm trùng hợp (dime hoá, trime hoá, )

mà chúng có độ hấp thụ khác nhau dạng phân tử hay đơn phân tử

Sai lệch hoá học còn có thể xảy ra hoặc tăng lên theo nồng độ do phản ứng của chấtnghiên cứu với các chất lạ hay tạo phức với các ion trong dung dịch

4.3.Yếu tố thiết bị

Định luật Lambert-Beer chỉ hoàn toàn đúng với chùm tia đơn sắc vì mỗi một chất ởbước sóng khác nhau có hệ số hấp thụ khác nhau.

Phụ thuộc vào thiết bị tạo tia đơn sắc có thể phân biệt thiết bị đó là máy đo quang haythiết bị quang phổ Trong một số máy đo quang, bộ phận đơn sắc hoá có thể chỉ là cáckính lọc hoạt động trên nguyên tắc màu phụ nhau, vậy nên độ đơn sắc của chùm tia chỉ

có tính tương đối

Khả năng phát hiện độ chênh lệch cường độ của chùm tia tới và chùm tia đi qua mẫucủa thiết bị có thể bị thay đổi theo thời gian sử dụng Các thông số kĩ thuật của thiết bịsau quá trình sử dụng có thể bị thay đổi làm ảnh hưởng đến kết quả phân tích

4.4.Yếu tố quang học khác

Khi chiếu chùm tia qua mẫu đo, ngoài phần ánh sáng truyền theo đường thẳng còn cóphần ánh sáng bị chuyển hướng do hiện tượng phản xạ, khuếch tán, đặc biệt là hiệntượng tán xạ do dung dịch không đồng nhất về mặt quang học Do vậy, dung dịch đo phảitrong suốt để hạn chế hiện tượng tán xạ, phản xạ, khuếch tán ánh sáng, vv

=>Điều kiện áp dụng định luật Lambert-Beer

- Thiết bị phải có khả năng tạo ra chùm tia có độ đơn sắc nhất định Độ đơn sắc càng caocàng tốt

- Chất thử phải bền trong dung dịch và bền dưới tác dụng của tia UV-VIS

- Dung dịch phải nằm trong khoảng nồng độ thích hợp

- Dung dịch phải trong suốt để hạn chế tối đa hiện tượng quang học

5.Các ứng dụng của quang phổ UV-VIS

Định lượng là ứng dụng chủ yếu và khá phổ biến của quang phổ UV-VIS được áp dụngtrong phân tích dược Phương pháp này có ưu điểm là nhanh và có độ chính xác cao.Trong một số trường hợp, phương pháp UV-VIS cũng được dùng để định tính các chất

Ví dụ:

- Vitamin B12 có 3 cực đại hấp thụ ở các bước sóng 278 ± 1nm; 361 ± 1nm và 550 ±2nm; tỷ lệ D361/D278 nằm trong khoảng 1,7 ÷ 1,9 và D361/D550 nằm trong khoảng 3,15

a) Kỹ thuật đường chuẩn

- Đo mật độ quang của các mẫu chuẩn có nồng độ khác nhau, sau đó vẽ đồ thị biểu diễnmối quan hệ giữa mật độ quang và nồng độ các dung dịch chuẩn

- Trường hợp các dung dịch đo thoả mãn các điều kiện của định luật Lambert-Beer thìđường chuẩn thẳng Việc xác định nồng độ Cx nào đó có thể sử dụng đồ thị hoặc phươngtrình toán học của đồ thị dạng D = aC + b

Trường hợp các dung dịch không tuân theo định luật Lambert-Beer (đường chuẩnkhông thẳng) thì phải pha nhiều dung dịch chuẩn hơn và các dung dịch chuẩn có nồng độgần nhau hơn Khi đó cần xác định vùng tuyến tính là khoảng nồng độ cho đoạn đườngchuẩn có hệ số tương quan R>0,99