Tổng hợp lý thuyết Hóa phân tích

PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ 2 ĐỊNH NGHĨA – NGUYÊN TẮC  Phân tích quang học là các phương pháp phân tích dựa trên sự tương tác chọn lọc giữa chất cần phân tích với năng lượng bức xạ thuộc v

HÓA PHÂN TÍCH

Hệ đào tạo: DHCQ Lớp: DHHO12

Số tín chỉ: 4 Năm học: 2017-2018

4.1 PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ

2

ĐỊNH NGHĨA – NGUYÊN TẮC

 Phân tích quang học là các phương pháp phân tích dựa trên

sự tương tác chọn lọc giữa chất cần phân tích với năng

lượng bức xạ thuộc vùng tử ngoại, khả kiến hoặc hồng

ngoại

 Nguyên tắc của phương pháp quang học là dựa vào hiệu

ứng của ánh sáng khi chiếu qua chất cần phân tích để định

tính hoặc định lượng chất cần phân tích

4.1 Các phương pháp phân tích quang phổ (12t)

4.1.1 Đại cương về phương pháp quang phổ 4.1.2 Phương pháp phổ hấp thu phân tử UV-VIS 4.1.3 Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử AAS

4.1.1 Đại cương về phương pháp quang phổ

Tính chất của bức xạ điện từ

Sóng điện từ

Các bức xạ (ánh sáng

nhìn thấy, tia hồng ngoại,

tia tử ngoại, tia rơnghen,

sóng radio) đều là có bản

chất sóng và hạt

5

 Bước sóng : là khoảng cách giữa hai điểm dao động đồng

pha gần nhất, đơn vị đo là A0, m, , nm (1nm=10A0=10

-9m)

Các đại lượng đặc trưng của bức xạ điện từ

6

4.1.1 Đại cương về phương pháp quang phổ

 Tần số sóng : số lần bước sóng truyền qua một điểm trong

không gian trong một đơn vị thời gian

 trong đó tốc độ ánh sáng c trong chân không bằng 3.108 m/s

 Khi hấp thu ánh sáng nội năng của phân tử tăng từ mức

cơ bản E0 đến mức E1 cao hơn Phần năng lượng hấp thu là năng lượng của photon, nó tỉ lệ với tần số ánh sáng:

hcE=

Các đại lƣợng đặc trƣng của bức xạ điện từ

Tương tác của bức xạ điện từ với vật chất

 Hấp thu là quá trình mà nguyên tử hoặc phân tử khi hấp thụ năng lượng từ tia bức xạ chuyển lên một trạng thái năng lượng mới, không bền vững gọi là trạng thái kích thích

Tương tác của bức xạ điện từ với vật chất

14

 Vật chất ở dạng nguyên tử hay phân tử, nhận năng

lượng bức xạ thích hợp, chuyển từ mức năng lượng

thấp (bền) lên mức năng lượng cao hơn (kém bền), có

khuynh hướng trở về mức năng lượng thấp hơn và có

Vi sóng 10 -1 – 10 -3 ν = 0,1 – 10 cm -1 Thay đổi trạng thái

quay của phân tử

Hồng ngoại (IR) 10 -3 – 10 -6 ν = 10 – 13000 cm -1 Thay đổi trạng thái

dao động của phân tử

Vùng thấy được

(VIS) 10 -6 – 10 -8

λ = 750 – 400 nm Thay đổi trạng thái

electron hóa trị Vùng tử ngoại (UV) λ = 400 – 200 nm

Vùng tia X (X – Ray) 10 -8 – 10 -10 E = 0,1 – 100 KEv Thay đổi trạng thái

electron lớp bên trong

Vùng tia γ 10 -10 – 10 -13 E = 0,01 – 10 MEv Phản ứng hạt nhân

* EPR – phương pháp cộng hưởng thuận từ electron

Tương tác chọn lọc giữa năng lượng bức xạ điện từ và vật

chất

17

Phân loại các phương pháp quang phổ

Các phương pháp phân tích quang học

Các phương pháp phân tích quang phổ phân tử

Các phương pháp phân tích quang phổ nguyên tử

 PP quang phổ hấp thu UV-VIS

 PP khối phổ cảm ứng plasma MS)

(ICP-4.1.2 Phương pháp phổ hấp thu phân tử UV-VIS

4.1.2.1 Nguyên lý của phương pháp

4.1.2.2 Các đại lượng thường dùng trong trắc quang

4.1.2.3 Định luật hấp thu Lambert - Beer

4.1.2.4 Các phương pháp định lượng dùng trong trắc quang

4.1.2.5 Sơ đồ thiết bị UV-VIS

 Phương pháp trắc quang là phương pháp hấp thụ phân tử vùng UV - VIS dựa trên việc đo cường độ dòng ánh sáng

bị chất màu hấp thụ chọn lọc

 Dung dịch mẫu có nồng độ càng cao, khả năng hấp thu quang của mẫu càng mạnh, cường độ ánh sáng đến mắt càng yếu, dung dịch có màu càng sẫm

4.1.2.1 Nguyên lý của phương pháp

Orbital phân tử và các bước chuyển

21

Vùng hấp thụ của các bước chuyển điện tử

22

4.1.2.2 Các đại lượng thường dùng trong trắc quang

Xét trường hợp: Chiếu bức xạ đơn sắc có bước sóng I có

cường độ I0 qua dung dịch chứa cấu tử khảo sát có nồng độ

C Bề dày dung dịch là l Tại bề mặt cuvet đo, một phần bức

26

 Độ truyền quang T (Transmittance)

 Độ hấp thu quang A (Absorbance) hay mật độ

quang OD (optical density)

: độ hấp thu phân tử, độ hấp thụ mol - biểu thị độ hấp thu

quang của dung dịch có nồng độ chất tan là 1M được đựng

trong bình dày 1cm, có đơn vị là l.mol-1cm-1;

l: bề dày của dung dịch, cm;

C: nồng độ dung dịch màu, M

C l I

I

A  lg 0  

có thể áp dụng dễ dàng định luật Lambert – Beer

vào việc xác định nồng độ các chất tan bằng cách

đo độ hấp thu A của chúng

A

A=f(C)

C y=a.x

A=f(C)

A

C y=a.x+b

Cường độ dòng ánh sáng I0 sau khi đi qua lớp

dung dịch có chiều dày 1 cm giảm 25% Tính mật độ

quang của dung dịch sau khi ánh sáng đi qua cũng chính

dung dịch này nhưng sử dụng cuvet dày 4cm

độ hấp thu A=0,45 dùng cuvet đo có l = 0,5 cm

a) 2,14.10-6 M; b) 1,94.10-4 M;

c) 1,43.10-4 M; d) 1,14.10-5M;

32

Bài tập:

Tính hệ số hấp thu phân tử gam của

KMnO4, biết rằng độ hấp thu quang của dung

dịch chứa 0,12mg Mn trong 100 mL dung dịch ở

 Tính cộng của mật độ quang hay độ hấp thu A: “Ở một

bước sóng đã cho mật độ quang của một hỗn hợp các cấu

tử không tương tác hóa học với nhau bằng tổng mật độ quang của các cấu tử riêng biệt”

 Mật độ quang đo được khi chất phân tích được hòa tan

trong dung môi:

Ađo = AX + Adm

Để A phản ánh đúng AX thì Adm rất nhỏ ( 0) Để thoả

mãn điều kiện này, ta nên chọn dung môi có phổ hấp thu

rất xa phổ hấp thu của chất tan

4.1.2.3 Định luật hấp thu Lambert - Beer

đo nhưng không chứa chất màu phân tích

Khi đó giá trị mật độ quang đo được chỉ là của chất nghiên cứu

4.1.2.3 Định luật hấp thu Lambert - Beer

Bài tập: P và Q tạo phức với thuốc thử X, tạo thành PX và QX có

hai cực đại hấp thụ ở 400nm và 500 nm,  tương ứng với mỗi

nguyên tố như sau:

400 nm 500 nm

PX 1.104 l.cm-1.mol1 1.103 l.cm-1mol1

QX 1.103 l.cm-1mol1 1.104 l.cm-1mol1

Hoà tan hoàn toàn 0,10g mẫu, thêm chất che và thuốc thử rồi

định mức đến 100 ml Đo độ hấp thụ quang (A) ở hai bước sóng

400 nm và 500 nm, được các số liệu sau:

Công thức

Đơn vị Yếu tố phụ

thuộc

Yếu tố không phụ thuộc

Tính chất

Không có tính cộng tính

I0,C,l Đặc trưng cho độ nhạy của phản ứng trắc quang

0

IT=

I

λ λ A

ε = Cl

0 I A=lg I

38

Trong phương pháp đo quang, để giảm cường độ

dòng sáng sau khi đi dung dịch có nồng độ 7,9.10-5

M xuống 10 lần thì chiều dày của cuvet chứa dung

dịch là bao nhiêu? Biết rằng hệ số hấp thụ phân tử

đối với bức xạ trên thì phải cân bao nhiêu gam aniline (C6H5NH2) nguyên chất, (dùng cuvet đo có l = 1cm)

a 3,4.10-2 g; b 3,4.10-3 g;

c 3,4 g; d 34 g

40

Bài tập:

Phức [Fe(Phen)3]2+ màu vàng cam có λmax=508nm

và  = 1,1.104 L.mol-1.cm-1 Tính khối lượng muối

Mohr (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O (M=392,14, p=99,5%)

cần dùng để pha 100mL dung dịch Fe(II) Biết dung

dịch này sau khi tạo phức [Fe(Phen)3]2+ có độ hấp thu

A=0,785 (cuvet có l = 1cm)

a 9,18 mg; b 2,81 mg;

c 2,81 g; d 1,96 g

41

Điều kiện dung dịch màu tuân theo định luật Lamber - Beer

 Có sự trùng khít các đường phổ  -  đối với các dung dịch

Các nguyên nhân dẫn đến sự không tuân theo định

luật Lamber - Beer

 Mức độ đơn sắc của ánh sáng:

Chất màu hấp thụ cực đại ở max, chỉ ở max mới có

sự tuyến tính giữa Aimax – Ci và đồ thị Aimax – Ci là một đường thẳng, khi đó mật độ quang là cực đại

Ánh sáng không đơn sắc thường dẫn đến độ lệch

âm Mức độ đơn sắc càng lớn, khả năng tuân theo định luật Lambert – Beer càng lớn

Các nguyên nhân dẫn đến sự không tuân theo định

luật Lamber - Beer

 Mức độ đơn sắc của ánh sáng:

Ảnh hưởng của bức xạ không đơn sắc đến định luật Beer

45

Các nguyên nhân dẫn đến sự không tuân theo định

luật Lamber - Beer

• Nồng độ lớn của dung dịch khảo sát: Nồng độ của dung dịch lớn sẽ xảy ra tương tác điện, đại lượng  thay đổi, thông thường khi tăng nồng độ dung dịch, giá trị  giảm Sự sai lệch khỏi định luật Lambert – Beer thường là sai số âm

46

Các nguyên nhân dẫn đến sự không tuân theo định

luật Lamber - Beer

 Các quá trình hóa học: Các quá trình hóa học có thể là

sự kết hợp – phân ly, sự solvat hoá hay hydrat hoá xảy ra

khi thay đổi nồng độ chất hấp thu; sự tạo thành các hợp

chất trung gian, phức phụ, các hợp chất đồng phân, tạo

hệ keo hay sự có mặt của các chất điện ly mạnh, pH đều

có khả năng làm thay đổi độ hấp thụ của dung dịch, làm

sai lệch khỏi định luật Beer

So sánh 1 chuẩn

 Pha một dung dịch chuẩn có Cst;

 Tiến hành đo A của dung dịch chuẩn so với dung dịch so

sánh (dung dịch không có thêm chất chuẩn) thu được Ast;

 Chuẩn bị dung dịch mẫu với nồng độ cần xác định CX;

 Tiến hành đo A của dung dịch mẫu so với dung dịch so sánh

thu được AX

x st

 Pha 2 dung dịch chuẩn có C st1 < C X < C st2đo mật độ quang

so sánh với mẫu trắng được A st1, A st2

 Đo A của dung dịch mẫu so với dung dịch so sánh (mẫu trắng) thu được AX

) A (A A A

C C C

st1 st2

st1 st2 st1

 Dung dịch cần xác định và dung dịch tiêu chuẩn phải nằm

trong khoảng tuân theo định luật Lambert – Beer

 Thuận lợi khi số lượng mẫu ít

 Để kết quả chính xác thì Cst1,Cst2 và Cx phải có nồng độ gần

bằng nhau

 Không loại được ảnh hưởng của nền mẫu

Phương pháp so sánh

Bài tập: Để định lượng Pb trong mẫu thực phẩm, ta tiến hành

cân 5,000 g mẫu, hoà tan thành dung dịch, sau đó tiến hành tạo phức với thuốc thử dithizon, dạng phức Pb – ditizon tan trong CHCl3 Tiến hành chiết bằng CHCl3, dung dịch sau khi chiết được định mức thành 25 mL Dung dịch chuẩn được chuẩn bị tương tự như mẫu, chứa 10 g Pb2+ trong thể tích dung dịch đem đo là 20,00 mL Mật độ quang của chuẩn và mẫu ở  =

Phương pháp đường chuẩn

 Pha một loạt dung dịch chuẩn có Cst tăng dần một cách đều

đặn (thường 5 – 8 Cst), các dung dịch chuẩn phải có cùng

điều kiện như dung dịch xác định;

 Tiến hành đo A của dãy chuẩn ở  đã chọn;

 Dựng đồ thị A = f(Cst) Viết phương trình hồi quy tuyến tính

của đường chuẩn;

 Đo A của mẫu;

 Căn cứ vào phương trình hồi quy tuyến tính của dãy chuẩn

và AX mà xác định nồng độ của chất X trong mẫu

+ Vùng nồng độ của dãy chuẩn phải bao gồm cả CX;

+ Với vùng nồng độ đã chọn dung dịch phải tuân theo

định luật Lambert – Beer;

+ Các giá trị Ast ứng với nồng độ đã chọn phải sao cho

có độ lặp lại cao và bảo đảm sự tuyến tính

Bài tập: Để xác định hàm lượng sắt tổng trong mẫu nước sông

người ta tiến hành xây dựng đường chuẩn như sau:

Nồng độ của dãy chuẩn lần lượt là:

Phương trình đường hồi quy tuyến tính là:

Bài tập: Trong phương pháp đo dãy chuẩn của một dung dịch

màu cho kết quả:

Nếu mẫu phân tích có A = 0,672 thì nồng độ dung dịch là:

Có 2 cách thực hiện:

- Thêm 1 chuẩn (dùng công thức tính toán)

- Thêm nhiều chuẩn (dùng đồ thị biểu diễn)

Phương pháp thêm chuẩn

Thêm một chuẩn

Chuẩn bị dung dịch chứa chất cần xác định (có hàm

lượng rất nhỏ) Sau đó tiến hành pha 3 dung dịch như sau:

(Blank)

Bình 2 (x)

Bình 3 (x+a)

x a

x

A A

A C

C





 ) (Trong đó:

A(x+a): mật độ quang của dung dịch có thêm chuẩn;

Ax: mật độ quang của dung dịch cần phân tích;

Ca: nồng độ dung dịch chuẩn của chất phân tích;

Cx: nồng độ của chất X trong dung dịch phân tích

62

Ví dụ 1: Hút 5 mL dung dịch mẫu chứa Fe3+ cho vào

bình định mức 50mL, tiến hành phản ứng tạo màu, định

mức đến vạch và đo độ hấp thụ quang ở bước sóng thích

hợp thu được Ax=0,45

Lấy 5mL mẫu khác cho vào bình định mức 50mL, thêm

0,1mg Fe3+ chuẩn, sau đó tiến hành phản ứng tạo màu, định

mức đến vạch và đo độ hấp thu quang ở bước sóng như trên

thu được Ax+a=0,85 Biết rằng cả hai dung dịch màu đã

được pha chế trong những điều kiện giống nhau, đo A ở λ

và l như nhau Tính hàm lượng Fe3+ (mg/100mL) có trong

mẫu ban đầu

a) 1,125 (mg/100mL); b) 22,25 (mg/100mL);

c) 2,25 (mg/100mL); d) 0,225 (mg/100mL); 63

Phương pháp thêm chuẩn

Thêm một chuẩn

Ví dụ 2: Lấy 20,00 mL dung dịch mẫu có chứa sắt cho tạo

phức với thuốc thử thích hợp rồi pha loãng thành 50,00mL dung dịch đó Đo độ hấp thu quang của dung dịch ở  = 510

nm được giá trị A = 0,225 (sử dụng cuvét có l = 1cm)

Lấy 20,00 mL dung dịch mẫu chứa sắt khác thêm vào 4

mL dung dịch sắt chuẩn 10 mgFe/L cho tạo phức với thuốc thử thích hợp rồi pha loãng thành 50,00mL dung dịch đo Đo

độ hấp thu quang của dung dịch ở  = 510 nm được giá trị A = 0,358

Tính nồng độ ppm của dung dịch mẫu sắt ban đầu

64

Phương pháp thêm chuẩn

Thêm nhiều chuẩn

Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn cũng chính là

dung dịch cần phân tích có cho thêm những lượng chính

xác ai của chất cần xác định để nồng độ của dãy chuẩn là

CX + Ca1, CX+ Ca2… ít nhất là 3 dung dịch và một dung

dịch so sánh Đo mật độ quang A tương ứng

65

Phương pháp thêm chuẩn

Thêm nhiều chuẩn

Hãy biểu diễn Cxtheo a và b

Phương pháp thêm chuẩn

Ưu, nhược điểm của phương pháp

 Ưu điểm

 Phương pháp thêm chuẩn thường được áp dụng khi

nồng độ chất phân tích rất nhỏ (vi lượng)

 Có thể loại được ảnh hưởng của nền mẫu

 Có thể dùng để kiểm tra độ lặp lại của phương pháp

 Yêu cầu:

Chỉ áp dụng đối với những dung dịch tuân theo

định luật Lambert – Beer

4.1.2.5 Thiết bị đo trong vùng phổ UV – VIS

4.1.2.5 Thiết bị đo trong vùng phổ UV – VIS

3- Cách tử (Grating)

72

Vật liệu: thủy tinh, thạch anh hay các tinh thể muối

của các kim loại kiềm Tùy theo vùng phổ mà sư dụng loại lăng kính cho phù hợp:

-- Vùng tử ngoại (cả khả kiến): Lăng kính thạch anh

(200 -2500 nm)

-- Vùng khả kiến: lăng kính thủy tinh (300 – 2500 nm)

-- Vùng hồng ngoại: lăng kính muối (1000 – 15000 nm)

74

Lăng kính

Bộ đơn sắc

 Quá trình tán xạ dựa vào hiện tượng khúc xạ

Ít được sử dụng trong các máy quang phổ hiện đại do sự tán

xạ và thường có độ phân giải không tuyến tính

Lăng kính

Bộ đơn sắc

mỏng SiO2 trên bề mặt nhôm để bảo vệ kim loại khỏi bị oxy

hóa, điều này có thể làm giảm khả năng phản xạ của nó

 Dùng cách tử bức xạ được phân giải theo các bước sóng

1 cách tuyến tính, hiệu quả tạo ánh sáng đơn sắc cao hơn lăng kính

 Giá thành cũng thấp hơn lăng kính

80

Bộ đơn sắc

81

Cuvet

Một số loại detector thường dùng:

1- Phototube (ống quang) 2- Photomultiplier tube (PMT) ống nhân quang 3- Photodiode array

Tế bào quang điện

82

Mặt lõm của bề mặt catot được phủ một lớp vật liệu quang điện (kim loại kiềm hay các oxit kim loại) Các vật liệu quang điện có xu hướng phát xạ electron khi bị kích thích Khi một điện áp được đặt vào các điện cực, các electron chạy theo anot (dạng dây), tạo ra một dòng điện

có thể dễ dàng được khuếch đại, hiển thị và ghi lại

Phototube (ống quang)

Photomultiplier tube

Ống nhân quang

85

Photomultiplier tube Ống nhân quang

86

Bề mặt catot về thành phần không khác bề mặt catot của tế bào quang điện phát ra các electron khi chiếu sáng Nhân quang điện còn chứa các điện cực phụ được kí hiệu từ 1 đến 9 gọi là các dinot Hiệu thế trên dinot 1 dương hơn 90V so với trên catot, do vậy mà các electron được tăng tốc theo hướng đó Khi đập lên dinot mỗi electron gây ra sự phát xạ một số electron bổ sung, đến lượt electron này lại hướng đến dinot 2 mà hiệu thế của nó dương hơn 90V so với hiệu thế của dinot 1 Một lần nữa cứ mỗi một electron đập lên bề mặt phát ra một số electron Khi quá trình này lặp lại 9 lần thì cứ mỗi photon nhận được 106 – 109 electron Tập hợp các electron này cuối cùng hướng tới anot, dòng điện được tăng cường nhận được này đi qua điển trở R, sau

đó có thể khuyếch đại bổ sung và được đo

89

4.1.3.1 Cơ sở lý thuyết của sự hấp thu

Bức xạ đặc trưng: định lượng chọn lọc một nguyên tố

khi có mặt các nguyên tố khác

4.1.3.1 Cơ sở lý thuyết của sự hấp thu Đặc điểm của các nguyên tử ở trạng thái hơi:

- Có khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ của các bức xạ

mà nó có khả năng phát ra trong quá trình phát xạ

- Bức xạ nguyên tử phát xạ càng nhạy thì cường độ hấp thụ càng cao, bức xạ đó gọi là bức xạ cộng hưởng

M + hν → M*

4.1.3.1 Cơ sở lý thuyết của sự hấp thu 4.1.3.1 Cơ sở lý thuyết của sự hấp thu

Quang phổ hấp thụ và phát xạ của Hydro

93

Phép đo AAS: đo sự suy giảm cường độ bức xạ điện

từ do hơi đơn nguyên tử hấp thu để nó chuyển từ trạng thái

cơ bản sang trạng thái kích hoạt

4.1.3.1 Cơ sở lý thuyết của sự hấp thu

94

Nồng độ trong dung dịch (C)

mật độ hơi đơn nguyên tử (N)

cường độ hấp thu (A)

Sự phụ thuộc của mật đô quang và số nguyên tử ở trạng thái hơi cũng tuân theo định luật Lambe Bear:

A = lg (I0/I) = K1.N.L

Số nguyên tử ở trạng thái hơi tỉ lệ với nồng độ chất trong dung dịch: N = K2.Cb

Trong vùng nồng độ nhỏ của chất phân tích b=1

Suy ra: A = a.C, với a = K 1 L.K 24.1.3.1 Cơ sở lý thuyết của sự hấp thu

- Thu chùm bức xạ đi ra khỏi đám hơi nguyên tử, phân ly, chọn chùm bức xạ đặc trưng và đo cường độ

4.1.3.1 Cơ sở lý thuyết của sự hấp thu

97

Phương pháp phân tích phổ hấp thu của

nguyên tử bao gồm các bước như sau:

quá trình hóa hơi và

nguyên tử hóa mẫu

MP

rắn, bột, dung dịch

4.1.3.1 Cơ sở lý thuyết của sự hấp thu

98

4.1.3.1 Cơ sở lý thuyết của sự hấp thu

Cấu tạo máy AAS gồm các bộ phận sau:

- Nguồn bức xạ;

- Bộ phận hóa hơi hay nguyên tử hóa;

- Bộ phận đơn sắc hóa;

- Bộ phân phát hiện và khuếch đại

4.1.3.1 Cơ sở lý thuyết của sự hấp thu

Nguồn phát bức

xạ liên tục được biến điệu

NGUỒN BỨC XẠ

phép đo phổ hấp thụ nguyên tử trong ngọn lửa (F-AAS: Flame Atomic Absorpt Ion Spectrophotometry)

phép đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (Electro-Thermal Atomizat Ion Atomic Absorpt Ion Spectro-photometry: ETA- AAS)

AAS không ngọn lửa

1 ppt 1 ppb 1 ppm 0.1% 100%

104

Nguyên tử hoá bằng ngọn lửa

Đèn nguyên tử hóa: gồm hỗn hợp thu được khi trộn 2 hỗn hợp

sau với các tỉ lệ khác nhau:

Khí đốt: hỗn hợp butan, propan, acetylen Khí oxy hóa: không khí, oxi, N2O

BỘ PHẬN NGUYÊN TỬ HÓA

Nguyên tử hóa không dùng ngọn lửa: Mẫu được đưa vào

cuvet bằng graphit đặt trong lò đốt bằng nguồn điện có công

suất lớn trong dòng khí trơ

Hệ đơn sắc và ghi đo chùm tia bức xạ

 Hệ chuẩn trực: có nhiệm vụ nhận và tạo ra chùm sáng song

song để hướng vào hệ tán sắc để phân li thành phổ

 Hệ thống tán sắc: phân li (tán sắc) chùm sáng đa sắc thành

các tia đơn sắc, tức là phân li một nguồn sáng phức tạp nhiều bước sóng khác nhau thành một dải phổ của chúng theo từng sóng riêng biệt lệch với những góc khác nhau

 Hệ buồng tối: hội tụ các tia sáng có cùng bước sóng sau khi đi

qua hệ phân li lại với nhau tạo ra ảnh của khe máy trên mặt

đỉnh b, và thường không có màu

hoặc có màu xanh rất nhạt

Phần c: có nhiệt độ thấp, ngọn lửa

có màu vàng và thường xảy ra nhiều

phản ứng thứ cấp không có lợi cho

phép đo phổ hấp thụ nguyên tử

Cấu tạo ngọn lửa

110

Ƣu và nhƣợc điểm của phép đo AAS

 Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc tương đối cao ⇒ xác định lượng vết các kim loại vi lượng trong các đối tượng mẫu y học, sinh học, nông nghiệp, kiểm tra các hóa chất có độ tinh khiết cao; ít tốn nguyên liệu mẫu, tốn ít thời gian, không cần phải dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu mẫu; tránh được sự nhiễm bẩn mẫu khi xử lí qua các giai đoạn phức tạp

 Xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu và lưu lại được kết quả phân tích Các kết quả phân tích lại rất ổn định, sai số nhỏ

111

 Hệ thống máy AAS tương đối đắt tiền

 Sự nhiễm bẩn rất có ý nghĩa đối với kết quả phân tích hàm

lượng vết Vì thế môi trường không khí phòng thí nghiệm

phải không có bụi Các dụng cụ, hóa chất dùng trong phép đo

phải có độ tinh khiết cao

 Chỉ cho biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân

tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong

mẫu

Ƣu và nhƣợc điểm của phép đo AAS

112

Phạm vi ứng dụng của AAS

Xác định trực tiếp các kim loại trong các mẫu quặng, đất,

đá, nước khoáng, các mẫu của y học, sinh học, các sản phẩm nông nghiệp, rau quả, thực phẩm, nước uống, các nguyên tố vi lượng trong phân bón, trong thức ăn gia súc

Xác định gián tiếp các anion, các á kim, các chất hữu cơ halogen, lưu huỳnh, photpho (không có phổ hấp thụ nguyên tử) thông qua một kim loại có phổ hấp thụ nguyên tử nhạy nhờ một phản ứng hóa học trung gian có tính chất định lượng, như phản ứng tạo kết tủa không tan, tạo phức, đẩy kim loại, hay hoà tan kim loại, v.v giữa kim loại đo phổ và chất cần phân tích

Mẫu phân tích được hòa tan trong một pha động Pha này

có thể là chất khí, chất lỏng hoặc chất lỏng siêu tới hạn

được cho qua pha tĩnh một cách liên tục và không hòa lẫn

với nó Pha tĩnh được cố định trong cột hay trên bề mặt chất

rắn Các chất tan là tan là thành phần của mẫu sẽ di chuyển

qua cột theo pha động với tốc độ khác nhau tùy thuộc vào

tương tác giữa pha tĩnh và chất tan Nhờ tốc độ di chuyển

khác nhau các thành phần của mẫu sẽ tách riêng biệt, làm

cơ sở cho phân tích định tính và định lượng

4.2.1.1 Các khái niệm cơ bản về phương pháp sắc ký

4.2.1 Đại cương về phương pháp sắc ký

Ete Sắc ký

Thí nghiệm năm 1903 do Mikhail Tsvet thực hiện

4.2.1.1 Các khái niệm cơ bản về phương pháp sắc ký

117

4.2.1 Đại cương về phương pháp sắc ký

Sắc ký là quá trình tách liên tục từng vi phân hỗn hợp

các chất do sự phân bố không đồng đều của chúng giữa pha tĩnh và pha động khi cho pha động đi qua pha tĩnh

4.2.1.2 Phân loại các phương pháp sắc ký

 Phân loại theo cơ chế của quá trình tách

121

 Sắc ký phân bố (distribution chromatography)

Sự tách dựa vào sự phân bố khác nhau giữa các chất với pha tĩnh và pha động

• Pha tĩnh: là chất lỏng (được giữ bởi chất mang rắn)

4.2.1.2 Phân loại các phương pháp sắc ký

 Phân loại theo cơ chế của quá trình tách

 Phân loại theo tính chất của pha động

123

4.2.1.2 Phân loại các phương pháp sắc ký

Sắc ký khí (gas chromatography-GC)

Sắc ký lỏng (liquid chromatography- LC)

 Thời gian lưu (t R -Retention time): là thời gian từ lúc

tiêm mẫu đến lúc ghi nhận được cực đại các mũi sắc ký 

V R : thể tích lưu

 Thời gian lưu chết (t M ): là thời gian một chất hoàn toàn

không tương tác với pha tĩnh (không bị pha tĩnh giữ lại) đi

qua cột Đó cũng là thời gian di chuyển của pha động từ

đầu cột đến cuối cột, còn gọi là thời gian chất phân tích

được lưu giữ trong pha động  V M : thể tích lưu chết

125

Thời gian lưu và thể tích lưu

 Thời gian lưu hiệu chỉnh (t ’

R ): là thời gian chất bị lưu giữ

trong pha tĩnh

t’R = tR – tM (đơn vị: giây hoặc phút)

t’R

Tín hiệu

thời gian

t’R

Tín hiệu

t’Rt’Rt’R

Tín hiệu

thời gian 126

Thời gian lưu và thể tích lưu

 Nếu trục hoành của sắc ký đồ là đơn vị thể tích pha

động ta sẽ có thể tích lưu

V’R = VR - VM

o Thời gian chất phân tích được giữ trong pha động: giống

nhau;

o Thời gian chất phân tích được giữ trong pha tĩnh: khác

nhau (do tương tác giữa các chất với pha động là khác

nhau)

Thời gian mà chất phân tích bị lưu giữ trên

pha tĩnh đặc trưng cho mỗi chất và là thông

số thường dùng để định danh

127

Thời gian lưu và thể tích lưu

Hệ số phân bố: là tỉ số giữa nồng độ chất tan trong pha tĩnh và

pha động

Trong đó:

CS,i : nồng độ của chất tan trong pha tĩnh

CM,i : nồng độ của chất tan trong pha động

 K phụ thuộc vào bản chất của chất tan, bản chất của pha tĩnh

và pha động, nhiệt độ Không tùy thuộc vào đặc tính của cột sắc ký (kích thước hạt, chiều dài cột)

S,i

M,i

C

K = C

128

Hệ số phân bố, hệ số chứa

 Là đại lượng đặc trưng cho cân bằng động của chất phân

tích trong hai pha

 Tương tác giữa chất phân tích và pha tĩnh càng mạnh thì

K càng lớn, chất bị giữ lại càng lâu (thời gian lưu, thể

Tương tác giữa chất phân tích và pha tĩnh phụ thuộc

vào ái lực giữa chúng: “ Các chất giống nhau thì có ái lực với

nhau”

 Chất phân cực có ái lực với chất phân cực

 Chất không phân cực thì có ái lực với chất không phân cực

 Chất kỵ nước có ái lực với chất kỵ nước và ngược lại

Hệ số chứa K’ (hệ số dung lượng, dung lượng cột, hệ số lưu)

nS: lượng chất trong pha tĩnh;

nM: lượng chất trong pha động;

t’R: thời gian lưu hiệu chỉnh;

 K’ là đại lượng biểu diễn mối tương quan giữa thời gian của chất tan lưu lại trong pha tĩnh so với thời gian chất tan lưu trong pha động

 K’ nhỏ, cấu tử xuất khỏi cột sớm, nghĩa là tách kém

 K’ lớn tách tốt hơn nhưng thời gian phân tích kéo dài và peak bị giãn rộng

Hệ số phân bố, hệ số chứa

Hệ số chứa K’ (hệ số dung lượng, dung lượng cột, hệ số lưu)

Giá trị tối ưu của K’ thường nằm trong khoảng:

 Hỗn hợp đơn giản (ít cấu tử): 1 < K’ < 5

 Hỗn hợp phức tạp (nhiều cấu tử): 1 < K’ < 10

 Hỗn hợp rất phức tạp (rất nhiều cấu tử):1< K’ < 20

133

Hệ số phân bố, hệ số chứa

Hệ số chứa K’ (hệ số dung lượng, dung lượng cột, hệ số lưu)

 K’ tùy thuộc vào bản chất của chất tan, pha tĩnh, pha động,

nhiệt độ và đặc tính của cột sắc ký (kích thước cột, chiều dài

Hệ số chứa K’ (hệ số dung lượng, dung lượng cột, hệ số lưu)

 Đĩa lý thuyết là một lát mỏng của cột sắc ký (gồm từ 2 – 3

lớp hạt) Trong mỗi một đĩa thiết lập một cân bằng giữa các

pha tĩnh và pha động

 Số đĩa lý thuyết N là số đo hiệu năng của cột Giữa hai đại

lượng có mối liên hệ:

Trong đó: L là chiều dài cột, H chiều cao đĩa lý thuyết

L

N = H

 Khi tăng hiệu quả cột thì H giảm đi có nghĩa là H càng

bé thì càng nhiều số đĩa lý thuyết

Số đĩa càng lớn thì hiệu năng tách càng cao

+ Sắc ký lỏng: N < 20000 + Sắc ký khí: N > vài trăm ngàn

: phụ thuộc vào pha tĩnh, pha động và bản chất chất tan

 =1  K2=K1 , K’2 = K’1 tR2 = tR1: hai chất phân tích vào

và ra cùng lúc (cột sắc ký đó không có tính chọn lọc đối với

M A R

B R

A R

t t

t t t

) ( '

) (

' ) (

