vào buồng ion hóa thì các e bắn ra từ catot cách các phân tử khí một khoang cách nhỏ hơn 0,5A0 thì các e bắtđầu truyền năng lương cho phân tử khí, các phần tử khí nhận năng lượng bị[r]
(1)BÀI LUẬN MƠN PHÂN TÍCH VẬT LÝ
SINH VIÊN:VŨ VĂN THỦY LỚP : HOÁ K3 LT – CĐ - ĐH
(2)(3)(4)(5)Bố cục trình bày:
I.Sự hình thành phổ khối lượng
II Nguyên tắc chung phương pháp
phổ khối lượng
III PHÂN LOẠI CÁC ION ( LOẠI)
IV Kĩ thuật thực nghiệm
V Sơ đồ cấu tạo khối phổ kế
VI Hình anh số máy phổ khối lượng
(6)VIII Cơ chế phân mảnh ion
IX Một số dạng phổ số chất
X) Ứng dụng phổ khối lượng
(7)I Sự hình thành phổ khối lượng
khái quát phương pháp phổ khối lượng
Đây phương pháp nghiêm cứu cấu trúc cuả
chất cách đo xác khối lượng phân tử chất dựa nguyên tắc khối lượng phân tử chất tổng khối lượng phân tứ mảng ion tạo thành trình phá vỡ phân tử
Phương pháp phổ khối lượng Phương pháp vât
lý nghiên cứu cấu trúc phân tử hợp chất sở xác định xác khối lượng phần tử toàn phân tử toàn phân tử
Hợp chất mẫu trước hêt phải chuyển sang
(8)Phương thức tiến hành:
chuyển chất nghiên cứu thành trạng thái
(9)2.Ứng dụng Phương pháp phổ khối lượng:
phổ khối lượng: kĩ thuật dùng để
đo đạc tỉ lệ khối lượng-trên-điện tích
ion; dùng thiết bị chuyên dụng khối
(10) Xác định hợp chất chưa biết cách dựa
vào khối lượng phân tử hợp chất hay phần tách riêng
Xác định kết cấu chất đồng vị thành phần
trong hợp chất
Xác định cấu trúc hợp chất cách
quan sát phần tách riêng
Định lượng lượng hợp chất mẫu dùng
các phương pháp khác (phương pháp phổ khối vốn định lượng)
Nghiên cứu sở hóa học ion thể khí (ngành
hóa học ion chất trung tính chân khơng)
(11)II Nguyên tắc chung phương pháp phổ khối lượng:
A phương pháp ion hóa va chạm
electron:
Cho chất nghiên cứu trạng thái khí
tương tác với dịng electron có lượng cao , phân tử trạng thái khí bật electron để
(12) M + 1e- M+ + 2e-→ (va chạm)
M + 1e- M++ + 3e → M + 1e- M-→
Quá trình biến phân tử trung hòa thành
ion gọi ion hóa
Chất có cơng thức ABD:
ABD + 1e- ABD+ + 2e-→ → AB+ + D + 2e-
(13)(14)+1e-Xét toàn q trình:BCDE
a.q trình ion hóa :
BCDE + e BCDE+ +2e→
b trình bẻ gẫy ion dương:
BCDE+ B+ +CDE→ ˙
BDE+ BC+ +DE→ ˙
BC+ C→ ˙ + B+
(15) d trình bắt cộng hưởng:
BCDE + e BCDE-→
e trình phản ứng ion- phân tử:có
nhiều trường hợp phổ có số khối lớn khối lượng chất nghiên cứu :
(16)Loại ion ABCD+ , ABC+ , CDE˙ ,…
gọi ion gốc hay ion phân tử
Khi ion phân tử va
chạm với chùm e- có lượng cao chúng bị phá vỡ thành nhiều mảnh ion
;gốc tự , phân tử trung hịa gọi q trình phân mảnh
Năng lượng
(17)(18) Xác suất có mặt mảnh ion phụ
thuộc chủ yếu vào lượng va chạm phân tử
Phân tác mảnh ion theo sơ
đồ khối phương pháp thích hợp , ghi lại phổ băng giấy gọi
phổ khối lượng
Dựa vào thông tin thu từ
(19)B.Bản chất trình.
Ban đầu phân tủ mẫu or dạng khí đưa
vào buồng ion hóa e bắn từ catot cách phân tử khí khoang cách nhỏ 0,5A0 e bắtđầu truyền lương cho phân tử khí, phần tử khí nhận lượng bị kích thích làm cho điện tử phân tử chuyển sang
(20)Khi lượng dòng e tăng lên
tồn ion phân tử bị kích thích lan
truyền tồn mặt vị trí liên kết yếu cuả ion phân tử bị gãy liên kết phụ thuộc vào lượng dòng
(21)III- PHÂN LOẠI CÁC ION ( LOẠI)
Ion phân tử:
Ion phân tử ion có số khối lớn
và khối lượng phân tử chất mẫu(M+)
Qui tắc Nitơ: khối lượng ion phân tử
là số chẵn phân tử khơng chứa Nito chứa số chẵn nguyên lần nguyên tử Nito Nếu khối lượng ion phân tử lẻ phân tử chứa lẻ lần
(22)2.Ion đồng vị:
Trong tự nhiên tồn loại đồng vị khác
nhau nguyên tố , đồng vị tồn tự nhiên theo tỷ lệ đồng vị định hợp chất hóa học đồng vị tn theo tỷ lệ không đổi
VD:
( C12 : 100%; C13:1.12) (Cl35 :100%; Cl37:32.399)
Trong phổ khối lượng tỷ lệ đồng vị xuất
(23)(24)ion mảnh
Các ion mảnh phá vỡ phân tử sinh
va chạm với electron, tùy theo lượng va chạm lớn hay nhỏ mà phân tử vỡ thành nhiều mảnh , thông thường lượng va chạm
khoảng 70eV
Khi lượng dịng e từ 5-12eV
khơng có mảnh ion mà có ion phân tử tăng lượng dòng e phổ bắt đầu xuất pic tương ứng với ion mảnh có số khối nhỏ số khối ion phân tử Khi lượng từ 50-80eV bắt đầu xuất nhiều ion
(25)Ion metastabin
Các ion phải có thơi gian sống định
thì ghi lại , số ion
xuất bước trung gian ion có khối lượng m1 m2 có thời gian sống ngắn 10-5s khơng ghi nhận đầy đủ phổ cường độ vạch phổ , phát có mặt gọi ion metastabin
Kí hiệu : m*
m*=mE2/mA
mA: khối lượng ban đầu ion
(26)Ứng dụng:
ion metastabin xuất bước
trung gian sử dụng để nghiên cứu đường phân cắt phân tử xảy theo hướng từ xác định phân tử ion mảnh trước vỡ cấu trúc
VD: Ion mảnh có số khối
m*
m1 m2→
(27)IV Kĩ thuật thực nghiệm
Khối phổ kế : J.Thompson( người
Anh) chế tạo năm 1912
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo chung khối
(28)(29)(30)1 Hóa khí mẫu :
Chuyển mẫu cần phân tích dạng
bằng cách đưa tồn mẫu vào buồng hóa khí tới giảm áp xuất
buồng hóa khí tới 10-5-10-7 mmHg
nhiệt độ 300oC điều kiện tất chất hóa khí
Mẫu sau hóa khí dẫn sang
(31)2, ion hóa.
Đây q trình quan trọng định độ
nhạy độ xác phương pháp
Có nhiều phương pháp ion hóa khác nhau: Phương pháp va chạm electron
Phương pháp ion hóa nhờ điện trường Phương pháp ion hóa nhờ đốt nóng
Phương pháp ion hóa nhờ tương tác
ion khác
Trong thực tế người ta dùng phương pháp ion
(32)a , Phương pháp va chạm electron.
Đây phương pháp phổ biến dễ thực
Mẫu chất dạng dẫn vào buồng ion hóa
dịng e mang lượng cao chuyển động vng góc với mẫu xảy va chạm chúng biến phân tử
trung hòa thành phân tử nhỏ ion mảnh ( lượng chùm e khoảng 10-100eV) Sau dịng ion
được tạo chạy qua điện trường e để tăng tốc độ chuyển động, điện trường gọi tăng tốc :u
Sự xuất dịng e: buồng ion hóa có catot
(33)(34)(35)(36)b , Phương pháp ion hóa điện trường,
b , Phương pháp ion hóa điện
trường,
Trong buồng ion hóa người ta đặt điên
trường mạnh`bằng cách đặt chênh lệch điện lên cực điện trường cỡ
107-108 v/cm
Dưới tác dụng điện trường mạnh
(37)(38) Ion hóa điện trường mạnh điện
(39)c, Phương pháp ion hóa hóa học.:
Cho dòng ion chọn trước va chạm với
(40)d Phương phát ion hóa va chạm phô ton.
Để làm bật e khỏi phân tử mẫu trung
hịa cần cung cấp lượng cỡ 10 ev tương ứng vối lương chum xạ
(41)3 phân tách ion theo số khối
Để tách ion sau ion hóa ngyên tắc
có hướng :
dựa vào điện tích ion
dựa vào khối lượng ion
Các ion hình thành có số
(42)Thiết bị phân tách ion hội tụ kép ,hội tụ đơn , thiết bị tứ cực
Các mảnh ion buồng ion hóa chuyển vào
bộ phận tách chủ yếu ion mang điện tích dương (+) có số khối tính (m/e) với m:khối lượng mảnh ion, e:điện tích ion
Tỉ số (m/e) đươc gọi số khối mảnh ion Trong q trình tách có phân tư trung
(43)a.Thiết bị hội tụ đơn
Thiết bị dùng từ trường đồng với từ tường
của nam châm hình quạt có từ trường B
Phương trình phép đo khối phổ :
+) Động ion có khối lượng m
điện tích e tăng tốc điên u :
e.u =1/2(m v2) (1) v:vận tốc e-
+) Khi ion chuyển động từ trường Bo
tác dungj góc phải phương chuyển động buộc phải chuyển động theo mơi trường trịn bán kính r:
(44) Từ (1) (2):
m/e = B2 v2 / u
( phương trình phép đo MS)
Và xác định số khối z= m/e
Như ta có cách sử dung phổ sau:
Giữ Bo, r định , thay đổi tăng tốc u Giữ Bo, u định , thay đổi tăng tốc r Giữ u , r định , thay đổi tăng tốc Bo
Thực tế người ta chọn hướng tách ion thay đổi giá trị u , quét từ 600 ~800 v ion có số khối nhỏ trước độ lệch cao , số khối lớn sau
(45)(46)b Thiết bị phân tách hội tụ kép
Thiets bị bao gồm điện trường E
từ trường B đặt nối tiếp
- ion qua điện trường chụi lục tác dụng (e.E) vng góa với hướng chuyển động kết
quả ion chuyển động theo quỹ đạo trịn mà bán kính xác định theo biểu thức : e v = mv2 /re => re = (m v2) / (e E) => re = 2.u/ E
v:vận tốc chuyển động
(47)(48)(49) Các ion chuyển động theo hướng trục z dao
động hai hướng x y vng góc với hướng
Đa số ion va đập vào cực giao động
chỉ số e- thảo mãn phương trình : m =(0,316 u )/( ro2 f2) đến detecto
m:là khối lượng ion, u: tăng tốc , ro:nửa
khoảng cách hai cực đối diện , f tần số dao động
tần số f không đổi thiết bị lượi loc khối
lượng, thay đổi f dẫn đến quét phổ khối lượng
thiết bị rẻ tiền ổn định khơng có từ
(50)(51)Đe tec tơ:
Các ion khỏi phận tách có cường độ
nhỏ (cỡ nano ampe nA) nên cần
(52)(53)Ghi tin hiệu:
tín hiệu từ khéch đại truyền
(54)(55)(56)Từ nguyên tắc chung phương pháp ta
chia khối phổ kế làm phận chính:
1, hóa khí mẫu :các chất rắn hay lỏng ,
khí đưa vào buồng mẫu có áp suát thấp (10-6) nhiệt độ thích hợp , mẫu
biến dạng khí (thương cho từ 0,1 ~1 mg)
2, ion hóa :dẫn dịng phân tử khí dịng e
có hương vng góc với qua diện trường u để tăng tốc
(57)(58) Nguyên tắc hoạt động chung:chất nghiên cứu
được dưa vào buồng nạp mẫu ( buồng hóa khí ) qua buồng ion hóa catot làm w Re bị đốt nóng bứt chum e co lượng cao chuyển động phái anots va chạm với phân tử khí đường tùy thuộc vào lượng
chùm e phân tử mẫu bị ion hóa sau bị phá vỡ thành mảnh hướng vào khe vào
phận phân tách từ nam châm điện , mảnh ion dược phân tách theo số khối di qua khe gặp detectơ có nhiệm vụ thu nhận phat mảnh ion tùy theo số khối tương ứng
(59)(60)(61)(62)(63)(64)VII) Độ phân giải cách xử lý tín hiệu
1 Năng suất phân giải :để đánh giá chất
lượng khối phổ kế người ta đưa khái
niệm độ phân giải R: R = m / m▲
m: khối lượng ion, m:hiệu khối ▲
lượng hai ion liền kề tách khỏi , giá trị R lớn máy tốt
Tách hồn tồn:hai pic sóng tách hồn
(65)(66)2 cách xử lý :
:vẽ lại phổ, sau ghi phổ mẫu
trước hết ta xác định chiều cao pic sóng cho 100%, đỉnh cịn lại tính dựa vào chiều cao tương ứng đỉnh so với đỉnh cao
(67)(68)(69)(70)(71)(72)(73)(74)(75)(76)1 Tách ankyl(E1):
ankal ankyl + gốc tư do→
CnH2n+2 +1e ( CnH2n+2 )+→ 2+ + +׳e
( CnH2n+2 )+׳ + + + +→ ( Cn-1H2n-1 )+
+ CH3׳
Nếu ankyl co nhom chức trước tiên
(77)(78)(79)(80)(81)(82)(83)(84)(85)10 chuyển vị Mclaferty:
(86)(87)(88)Chú ý:
khi viết chế phân mảnh cần :
các ion mảnh hinh
thành từ ion phân tử ion lớn , không từ phân tử trung hòa
bảo đảm bảo cân điện tích hai
vế phương trình
(89)(90)(91)(92)(93)X) Ứng dụng phổ khối lượng:
Phổ khối lượng cho ta nhiều thông tin hợp chất hữu Người ta sử dụng
(94)1, Phân tích định tính.
Q trình đồng chất: Phương pháp phổ khối
lượng đo xác khối lượng ion phân tử khối lượng ion phân tử khối lượng hợp chất
- Để xác định khối lượng phân tử xác thường phải xác
định xác pic ion phân tử M+ , bên cạnh pic ion phân tử thường có pic ion phân tử M+1, M2+ Vấn đề ta phải xác định pic hợp chất chứa đồng vị so với cường độ tương đối ion phân tử, từ xác định số nguyên tử nguyên tố đồng vị chứa phân tử
- Để thực trình đồng chất người ta
tiến hành ghi phổ khối lượng chất tiêu chuẩn mẫu
(95)2, Xác định công thức cấu tạo.
Khi biết công thức phân tử xác
định cơng thức cấu tạo hợp chất cách nghiên cứu kĩ mảnh ion đường phân cắt phân tử từ dự đốn cơng thức cấu tạo hợp chất trước bị phá vỡ
Thông thường người ta xác định theo
bước sau:
Xác định công thức phân tử M+ sau
xuy M
(96) Xác định hiệu khối lượng ion phân tử
với ion để tìm xem ion phân tử bị vỡ mạch để:
Xác định mảnh ion đặc trưng
Tìm pic M+1, M2+ có từ xác
định số nguyên tử nguyên tố đồng vị có hợp chất
Thông thường hợp chất hữu
(97)Phân tích định lượng
Dựa sở phụ thuộc vào
cường độ vạch phổ : I= k*C
Người ta chọn lấy vạch phổ đặc trưng
trong phổ khối lượng chất tiêu chuẩn biết nồng độ so sánh cường độ vạch phổ chất nghiên cứu áp
(98)XI Bảng số mang ion thường gặp SỐ KHỐI MẢNH ION CHẤT CÓ THỂ 14 CH2 meetyl
15 CH3
16 O, NH2 amin,anilin
17 OH, NH3 rượi, phenol, amin 18 H2O,NH4 r, pheenol, 19 F
20 HF
26 CN,C2H2, 27 C2H3,
(99) 32 S 33 SH 34 H2S 35 CL 36 HCL 39 C3H3
40 CH2CN,Ar 41 C3H5,CH2CO 42 C3H6,CH2CO 43 CH3CO
44 CH2CHO,CO2
45 CH3CHOH,CH2CH2OH, CH2CHOH 46 NO2
(100) ion hợpchất khốilượng phân tử đồngvị