định luận Lambert-Beer
Ta biết biểu thức của định luật bouguer lambert-beer là: A = lC cho thấy A là hàm của , l, C (tức là A= f(, l, C)). Nếu ta đo bằng một cuvet có bề dày l cm không đổi thì những yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch phức màu là:
1. Do ánh sáng không đơn sắc:
Giả sử dòng sáng tới có cường độ là I0 không phải là tia đơn sắc mà là một chùm tia, giả sử có 4 tia I01, I02, I03, I04 thì I0 = I01 +I02 +I03 + I04. Nếu chất nghiên cứu chỉ hấp thụ I02, không hấp thụ các tia còn lại, thì khi ánh sáng ra khỏi dung dịch ta có I = I01 + I2+ I03 + I04. Khi đó:
A = lg I I0 = lg 04 03 2 01 04 03 02 01 I I I I I I I I + + + + + +
Nếu tăng nồng độ C lên I2 sẽ giảm và nếu tăng C tới mức độ hấp thụ hoàn toàn I02 tức là I2 = 0, khi đó độ hấp thụ quang A của dung dịch không đổi mặc dù C tăng.
A = lg 04 03 01 04 03 02 01 I I I I I I I + + + + + = const
Đường biểu diển A = f(C) sẽ không tuyến tính nữa.Vì vậy các máy đo quang chính xác phải có nguồn sáng cung cấp được dải sóng tập trung quanh một bước sóng nhất định. Tốt nhất là chọn các bước sóng thích hợp tại pic hấp thụ của chất nghiên cứu.
2. Các điều kiện đo A, như bề dày cuvet, độ trong suốt của bề mặt cuvet không thật đồng nhất, bề mặt cuvet gây các hiện tượng quang học phụ, như tán xạ hấp phụ …
3. Các yếu tố làm sai lệch nồng độ C thực của chất cần đo độ hấp thụ quang, nguyên nhân của các sai lệch này có thể:
• Sự phân li của các phân tử chất đo quang. Vì độ phân li = f(C) nên khi C khác nhau thì khác nhau. Vì thế để khắc phục yếu tố này các hợp chất đo quang phải là hợp chất, hay các phức rất bền, tức là sự phân li của chúng rất nhỏ, không đáng kể và
càng nhỏ càng tốt.
• Môi trường pH của dung dịch màu. Vì yếu tố này ảnh hưởng đến sự hình thành, độ bền và sự tồn tại của các hợp chất trong dung dịch, nhất là các hợp chất có chứa các gốc axit hay bazơ yếu. Ví dụ như phức Fe(CNS)3 chỉ bền và tồn tại trong môi trường axit 0,01M đến 2M. Nếu pH>3 thì phức này bị thủy phân cho muối bazơ và Fe(OH)3. lúc này dung dịch mẫu sẽ là một hỗn hợp của phức Fe(CNS)3, Fe(OH)3 và
26
muối bazơ của Fe, Fe(OH)(CNS)2, Fe(OH)2(CNS),…..các chất phụ này làm kết quả đo sai lớn.Như vậy mỗi hợp chất phức màu chỉ bền trong những điều kiện nhất định, có thành phần xác định, giá trị nhất định và tồn tại ổn định trong một vùng pH thích hợp mà thôi. Điều này có liên quan chặt chẽ đến hằng số phân li Ka hay Kb của thuốc thử R. Nếu R là gốc của các axit hay bazơ càng yếu thì ảnh hưởng của pH (nồng độ H+) đến sự hình thành phức phức XnRm càng mạnh. Thuốc thử R thường là các axit yếu, do đó có thể giới hạn nồng độ R bằng cách đơn giản là thiết lập giá trị pH. Có thể tính được giá trị pH cần thiết nếu biết hằng số phân li của axit HR.
• Sự tồn tại lượng dư nhiều hay ít của thuốc thử tạo phức sinh ra hợp chất cần đo quang. Khi cho một thuốc thử R tác dụng với một chất phân tích X để tạo ra chất sản phẩm XnRm có khả năng hấp thụ quang, muốn cho phản ứng xảy ra hoàn toàn người ta thường phải thêm dư thuốc thử R. nhưng nếu dư quá nhiều thì lại có thể xảy ra phản ứng phụ sinh ra chất khác làm mất chất phân tích, hay tạo ra nhiều hợp chất phức có thành phần khác nhau và gây ra sai số lớn cho phép định lượng.Do đó trong mỗi trường hợp cần phải khảo sát cụ thể để biết cần thêm dư bao nhiêu lượng thuốc thử là tốt nhất cho phản ứng đó.
• Sự có mặt của các ion, chất lạ khác có trong dung dịch mẫu, các chất lạ đó có khả năng gây ảnh hưởng cho quá trình tạo phức của XR và cho sự hấp thụ ánh sáng của nó. Ảnh hưởng đó thể hiện qua các hiện tượng sau: chính nó có phổ hấp thụ chen lấn, cũng tạo phức tương tự chất phân tích và có phổ gần phức chính ta cần đo, lấy hay giữ chất phân tích không cho hingf thành phức cần đo, làm tăng khả năng phân ly của phức chính. Để loại trừ chất có phổ ảnh hưởng đến phổ của chất phân tích, ta có thể thực hiện các biện pháp sau:
- Thêm chất che (chất phụ gia) vào mẫu để làm mất khả năng hấp thụ của chất gây ảnh hưởng, hay chuyển dịch sự hấp thụ của chất đó ra vùng xa vùng phổ của chất phân tích cần đo, để tại điểm đó không có phổ của chất nhiễu nữa. Các chất che vào có thể tạo ra những phản ứng: Tạo phức, kết tủa để lọc bỏ hay dùng phản ứng oxi hóa khử để thay đổi dạng ion tồn tại của chất, để tạo ra những chất có hóa trị khác không gây ảnh hưởng.
- Chọn pH. Thay đổi môi trường pH của dung dịch mẫu, để hạn chế sự hấp thụ của các chất khác.
- Đổi dung môi hòa tan mẫu. Thay đổi dung môi hòa tan mẫu đo phổ, như chiết chất phân tích hay phức của nó vào một dung môi khác…
27
- Chọn vùng đo khác. Khi chọn vùng đo khác của chất phân tích có thể có độ hấp thụ kém, nhưng không có ảnh hưởng của phổ của chất khác có trong mẫu.
• Nếu bằng tất cả các biện pháp trên mà vẫn không có kết quả tốt, thì bắt buộc ta phải tách bỏ các chất ảnh hưởng ra khỏi mẫu trước khi xác định nó.
4. Ảnh hưởng của yếu tố thời gian:
Có nhiều hợp chất phức màu có độ hấp thụ UV-VIS tăng theo thời gian, và đến một lúc thì hằng định. Song cũng có những chất sau một thời gian thì giảm nhanh. Có chất vừa sinh ra hấp thụ tốt, song chỉ sau một thời gian ngắn khả năng hấp thụ đã mất. Vì thế phải chọn thời gian đo phù hợp đối với mỗi chất cụ thể. Muốn thế ta phải khảo sát sự phụ thuộc của mật độ quang A vào thời gian t. Rồi từ đó chọn thời gian đo là bao nhiêu sau phản ứng tạo phức màu.
5. Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Nhiệt độ cũng có ảnh hưởng đến cường độ sự hấp thụ UV-VIS của các chất, nhưng ảnh hưởng này không lớn. Nhiều chất trong vùng nhiệt độ từ 25-400C thường có phổ hấp thụ UV-VIS ổn định, lúc đầu nhiệt độ tăng, độ hấp thụ có tăng theo nhưng chậm và đến một giá trị nhất định thì không đổi, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì khả năng hấp thụ có khi bị mất. Yếu tố ảnh hưởng của nhiệt độ, chủ yếu và thường là gắn liền với độ bền của các hợp chất phức. Vì khi nhiệt độ tăng các phức, nhất là các phức của ion kim loại với các phối tử hữu cơ thường dễ bị phân hủy, hay thay đổi dạng. Vì thế phải khống chế nhiệt độ không đổi. 6. Ảnh hưởng của chất nền của mẫu:
Các chất nền trong một số trường hợp cũng ảnh hưởng đến độ hấp thụ quang của chất phân tích hay hợp chất phức đo quang. Sự ảnh hưởng này thường thể hiện qua hai yếu tố:
• Tạo ra phổ nền và gây nhiễu làm giảm độ nhạy của chất chính.
• Có phổ chen lấn với phổ của chất chính cần đo quang, làm việc đo khó khăn và có khi không thể đo được ở vùng có sự hấp thụ nhạy. Trong trường hợp này, chúng ta phải tìm cách che chất nền, hay phải tách chúng ra khỏi mẫu phân tích, để loại trừ ảnh hưởng. 7. Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ:
Một số dung môi hữu cơ cũng có tác dụng nhất định đến sự hấp thụ quang của các chất, đặc biệt là các dung môi chiết được các hợp chất phức cần đo quang. Các dung môi này thường làm tăng độ nhạy của phép đo và tính chọn lọc của sự hấp thụ. Vì thế nhiều dung
28
môi hữu cơ, như MIBK, CHCl3, CCl4, … được dùng làm dung môi chiết trong phép đo phổ hấp thụ UV-VIS. Nói chung các dung môi hữu cơ có tác dụng:
• Để chiết các hợp chất phức cần đo quang.
• Tạo ra sự hấp thụ chọn lọc và tăng độ nhạy, loại trừ chất cản trở.