Cơ sở lý thuyết và phân loại các phương pháp cực phổ

phương pháp cực phổ là gì; nguyên lý của phương pháp cực phổ; đường cực phổ hoặc sóng cực phổ là gì; chất điện hoạt là gì; ưu điểm của phương pháp cực phổ; nhược điểm của phương pháp cực phổ; dòng khuếch tán; dòng điện di; tính chất của dòng điện di; cách loại bỏ dòng điện di trong phương pháp cực phổ; dung dịch nền là gì; các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp cực phổ; dòng dư; chất điện li trơ; thế bán sóng trong phương pháp cực phổ là gì; tính chất của thế bán sóng trong phương pháp cực phổ; phân loại các phương pháp cực phổ: cực phổ cổ điển, cực phổ hiện đại, phương pháp cực phổ xung biến đổi đều, phương pháp cực phổ xung vi phân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC TIỂU LUẬN MƠN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HĨA ĐỀ TÀI: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP CỰC PHỔ NỘI DUNG TRÌNH BÀY GIỚI THIỆU CHUNG PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP CỰC PHÁP PHỔ GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 • Tổng quan • Nguyên tắc • Ưu điểm nhược điểm phương pháp cực phổ • Dịng khuếch tán, dịng điện di • Các yếu tố ảnh hưởng đến dòng khuếch tán • Phương trình sóng cực phổ thuận nghịch 1.6 • Thế bán sóng tính chất bán sóng 1.7 1.8 • Cách thể đường cong cực phổ • Ứng dụng phương pháp cực phổ 1.1 TỔNG QUAN [1] • Phương pháp nhà bác học người Tiệp Khắc Heyrovsky phát minh vào năm 1922 Là phương pháp điện hóa dựa truyền khối khuếch tán • Đây phương pháp sâu sắc mặt lý thuyết ứng dụng rộng rãi Phát minh đóng góp lớn vào ngành hóa học, việc xác định hàm lượng vết Phương pháp ngày cải tiến nhằm nâng cao độ nhạy độ chọn lọc Nhà bác học người Tiệp Khắc Heyrovsky 1.2 NGUYÊN TẮC [2] • Nguyên lý phương pháp cực phổ nghiên cứu đường biểu diễn phụ thuộc cường độ dòng điện (I) vào biến thiên (E) áp vào điện cực nhúng dung dịch chất điện hoạt • Đường biểu diễn phụ thuộc gọi đường Von-Amper hay gọi đường cực phổ sóng cực phổ • Chất điện hoạt chất có hoạt tính điện cực, có khả tham gia vào phản ứng oxi hóa khử bề mặt điện cực khoảng sử dụng Máy cực phổ giới Heyrovsky chế tạo năm 1922 1.3 ƯU & NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP CỰC PHỔ [3]  Ưu điểm phương pháp : Định tính định lượng hầu hết ion vơ cơ, hàng loạt hợp chất hữu -5 nồng độ khoảng 10-3 M đến 10 M Nhanh chóng , rẻ tiền Trang thiết bị tương đối đơn giản, tốn hóa chất mà phân tích nhanh với độ nhạy độ xác cao Trong nhiều trường hợp xác định hỗn hợp chất vô hữu mà không cần tách riêng chúng Xác định nhiều đại lượng hóa lí quan trọng hệ số khuếch tán , linh độ ion… 1.3 ƯU & NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP CỰC PHỔ [5]  Nhược điểm phương pháp cực phổ Không thể xác định nồng độ nhỏ 10-5M Khó khăn việc xác định hai sóng cực phổ bán sóng chúng nhỏ hởn 200mV Độ xác phương pháp phụ thuộc chủ yếu vào đồng điều kiện ghi phổ cho chuẩn ghi phổ cho mẫu, điều kiện làm việc mao quản, nhiệt độ phân tích , cực phổ… 1.4 DỊNG KHUẾCH TÁN [1],[4] • Cường độ dịng đạt tất ion chất phân tích đưa đến lớp sát cực khuếch tán bị phóng điện hết gọi dịng giới hạn dịng khuếch tán • Dịng khuếch tán tỉ lệ thuận với nồng độ ion cần xác định dung dịch( nồng độ ion bề mặt catod gần khơng giá trị dịng khuếch tán đạt ) • Bề mặt hoạt động dịng thủy ngân thay đổi theo thời gian tăng từ giá trị khơng đến cực đại với chu kì giọt ti khuếch tán khơng phải hồn tồn trạng thái dừng Nên đại lượng dòng khuếch tán giới hạn thay đổi theo thời gian, theo định luật parabôn với số lũy thừa 1/6 1.4 DỊNG KHUẾCH TÁN, DỊNG ĐIỆN DI -Dịng điện di : dòng điện sinh ion tham gia phản ứng điện hóa bề mặt điện cực di chuyển đến điện cực nhờ tác dụng điện trường - Tính chất dịng điện di: ngun tố khơng tích điện khơng chịu ảnh hưởng dịng điện di dịng điện di khơng thể kiểm sốt - Loại bỏ dòng điện di cách ghi đường dòng chất xác định dung dịch - Dung dịch dung dịch chứa chất điện ly trơ có nồng độ cao nhiều so với nồng độ chất điện hoạt 1.4 DÒNG KHUẾCH TÁN [5] Dịng khuyếch tán tinh theo phương trình Ilkovic: Id = 0,732.n.F.D1/2.m2/3.t1/6.C Với Id : Cường độ dòng khuyếch tán cực đại (mA) t : Chu kì giọt (s) m: Lượng thủy ngân chảy từ mao quản (mg/s) D : Hệ số khuyếch tán (cm2/s) C : Nồng độ chất khử cực (mol/cm3) Cơ sở lý thuyết Nội dung Ưu điểm nhược điểm • Trong phương pháp cực phổ xung biến đổi , đường biểu diễn I – E có dạng tương tự cực phổ cổ điển , có độ nhạy cao • Nếu chọn điện áp khởi điểm tương ứng với chân sóng cực phổ cổ điển, dịng Faraday thực tế khơng, q trình điện phân thuận nghịch • Trong phương pháp , điện cực thị giọt Hg ( điện cực làm việc) phân cực điện áp chiều chọn trước giữ cho không đổi suốt trình đo Điện áp gọi điện áp khởi điểm , tương ứng chân sóng phương pháp cổ điển Trong chu kỳ giọt, điện cực bổ sung xung vng góc có khoảng tồn ngắn (40 đến 100ms) đưa vào trước giọt rơi Sau thời gian dó xung bị ngắt trở với điến áp khởi điểm Biên độ xung tăng dần theo thời gian • Cường độ dòng cực phổ ghi lại theo hai cách :  Dòng ghi thời điểm định sau đặt xung, thường 17ms trước xung ngắt  Cường độ dòng ghi lại hai lần Lần 17ms trước đặt xung Lần 17ms trước ngắt xung • Ưu điểm  Độ nhạy cao – lần so với phương pháp cổ điển (2.10-7M cho trình thuận nghịch khơng thuận nghịch)  Có thể phân tích hợp chất hữu hợp chất khơng thể ghi sóng cực phổ rõ ràng phương pháp cực phổ cổ điển • Nhược điểm:  Hiệu không cao đối tượng vơ phức táp độ phân giải Cơ sở lý thuyết Nội dung phương pháp Ưu điểm nhược điểm phương pháp Trong phương pháp điện cực thị (Điện cực giọt Hg) phân cực điện áp chiều tuyến tính với tốc độ chậm (1-2 mV) Cường độ dòng cực phổ ghi lần, lần thời điểm T1 = 17 ms trước nạp xung lần thời điểm T2 = 17 ms trước ngắt xung Kết ghi hiệu hai cường độ dòng, đường cực phổ có dạng cực đại Trong phương pháp điện cực thị (Điện cực giọt Hg) phân cực điện áp chiều tuyến tính với tốc độ chậm (1-2 mV/s) vào chu kỳ giọt ( khung điện áp biến đổi chiều người ta đặt thêm xung vuông góc vơi biên độ, thay đổi khoảng 10-100 mV, độ dài xung từ 40-100 ms (tùy theo tiêu chuẩn nước) Cường độ dòng cực phổ ghi lần, lần thời điểm T1 = 17 ms trước nạp xung lần thời điểm T2 = 17 ms trước ngắt xung Kết ghi hiệu hai cường độ dịng, đường cực phổ có dạng cực đại nồng độ chất điện ly lớn nồng độ chất phân tích 25-50 lần để loại trừ ảnh hưởng điện chuyển, để loại trừ ảnh hưởng độ dẫn điện thấp nồng độ nhỏ nên thường phải sử dụng hệ đo điện cực • Ưu điểm : Độ nhạy lớn (10-8M) cho hợp chất vô hữu có q trình thuận nghịch lẫn bất thuận nghịch Rất hiệu phân tích hợp chất hữu cơ, dược phẩm, độc tố , chất có hoạt tính sinh học Tiết kiệm thời gian Dễ thực q trình tự động hóa ( phân tích 200 – 300 mẫu ca làm việc) • Nhược điểm : Giới hạn cực tiểu xác định thấp cực phổ cổ điển nên ảnh hưởng Ảnh hưởng dòng tụ điện nên độ nhạy phương pháp đạt 10-4 ÷ 10-5 THIẾT BỊ DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP • Điện cực giọt Hg  Giọt Hg treo (HMDE) : giọt Hg tạo thành treo mao quản suốt q trình qt kích thước giọt khơng đổi suốt q trình qt  Giọt Hg ngồi : giọt Hg tạo giữ đỉnh mao quản kích thước giọt khơng đổi suốt trình quét  Điện cực Hg giọt rơi (DME) ; giọt Hg thay đổi liên tục , tránh tượng hấp phụ nên kết lập lại cao dung dịch bị khuấy trộn nên kết dòng khuếch tán bị ảnh hưởng  điện cực Hg giọt tĩnh (SMDE): giọt thủy ngân tương tự phương pháp DME giọt thủy ngân tạo thành giữ ổn định THIẾT BỊ DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP • Điện cực rắn Điện cực vi sợi carbon : điện cự sử dụng phương pháp điện di mao quản đường kính khoảng 6𝜇𝑚 diện tích điện cự nhỏ 1,1 mm2  Điện cực đĩa trơ : điện cực thuộc nhóm kim loại quý (pt, SMDE) ngồi cịn có điện cacbon THIẾT BỊ DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP Voltammetry Maximum compliance voltage ±30 V Maximum current output ±1 A Maximum polarisation voltage ±15 V A/D converter 16 bits Scanning performance Measurement period 500 às Max scan rate 20 V/s Ohmic Drop Compensation Dynamic Impedance Driven up to 100 mV/s Static manual & Static auto up to V/s Feedback manual & Feedback auto up to 20 V/s Tên thiết bị: Máy cực phổ (Electrochemical General Power supply 115/230 Vac +15-18% 47.5-63 Hz 170 VA Size 485 x 300 x 88 mm Weight 13 kg VoltaLab 50 (230 V) R21V016 VoltaLab 50 (115 V) R21V015 Thông số kĩ thuật laboratory) Ký mã hiệu: PST050 Hãng sản xuất/ nước sản xuất: Voltalab, Pháp THIẾT BỊ DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP Electrode voltage or Tên Potential range thiết bị: Máy cực phổ 02 ± 5V (Electrochemical laboratory) Compliance voltage ± 12V Ký mã hiệu: EcochemieHãng sản xuất/ nước Maximum current ±80mA Current ranges 10mA, 1mA, 100mA, 10mA, 1mA, 100nA, 10nA Potentiostat bandwidth 500KHz Computer Interface USB Control software Electrochemical techniques GPES DC techniques, AC voltammetry Thông số kĩ thuật sản xuất: Metrohm, Thuỵ Sỹ THIẾT BỊ DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP • Điện cực • Điện thế: • ống mao dẫn: Làm thuỷ tinh • Điện áp hợp lý: ±12V 135 x 6mm lỗ 0,1 mm • Điện cực ngược: Dây Platin • kim loại 5x1mm • Điện cực so sánh : Ag-AgCl với KCl bão hồ • Dịng điện ra: 10 mA • Thời gian trả lời: ±10mS • Bộ phận chuyển tín hiệu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dương Quang Phùng, Một Số Phương Pháp Phân Tích Điện Hóa, NXB Đại Học Sư Phạm, 2009 (trang 165 -206) [2] Lê Đức, Giáo trình Một Số Phương Pháp Phân Tích Mơi Trường, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2004 (trang 37- 46) [3] Lê Thị Mùi, Bài giảng Phân tích cơng cụ, Đại học Đà Nẵng, 2008 (trang 53- 76) [4] Hoàng Minh Châu, Cơ sở hóa học phân tích, NXB Khoa học kỹ thuật, 2007 (trang 229250) [5] PGSTS.Trần Tử An, Hóa Phân Tích Tập Phân Tích Dụng Cụ, , NXB Y Học, 2008 (trang 264-292) [6] Hóa lý Tập 3, Điện Hóa Học – Mai Hữu Khiêm, Dương Thành Trung, 2004 ... trinh điện cực PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP CỰC PHỔ 2.1 PHƯƠNG PHÁP CỰC PHỔ CỔ ĐIỂN Sơ đố , cấu tạo phận máy cực phổ cổ điển Cơ sở lý thuyết phương pháp Nội dung phương pháp Ứu dụng phương pháp GỒM... phản ứng Cực Phổ Đồ Máy Cực Phổ Phương pháp cực phổ xung biến đổi Phương pháp cực phổ xung vi phân Cơ sở lý thuyết Nội dung Ưu điểm nhược điểm • Trong phương pháp cực phổ xung biến đổi , đường... cao đối tượng vơ phức táp độ phân giải Cơ sở lý thuyết Nội dung phương pháp Ưu điểm nhược điểm phương pháp Trong phương pháp điện cực thị (Điện cực giọt Hg) phân cực điện áp chiều tuyến tính