1.5.1. Phương pháp phổ hồng ngoại
Theo vật lý lượng tử, một phân tử có ba dạng chuyển động cơ bản là: chuyển động của các electron, chuyển động dao động và chuyển động quay của các nguyên tử và nhóm nguyên tử [1]. Để thực hiện các chuyển mức dao động, phân tử phải hấp thụ những bức xạ trong vùng hồng ngoại.
Khi bị chiếu bởi một chùm bức xạ hồng ngoại đa sắc, vật chất thường hấp thụ một phần của vùng sóng này, dẫn đến cường độ chùm tia đi ra I thường nhỏ hơn chùm tia tới Io. Tỷ số I/Io gọi là độ hấp thụ ánh sáng, nếu vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ ánh sáng vào một đại lượng đặc trưng cho bản chất ánh sáng, chẳng hạn số sóng ν(cm-1), ta sẽ thu được một đường cong phức tạp, với những cực đại và cực tiểu. Đường cong này gọi là phổ hấp thụ hồng ngoại của chất nghiên cứu [1].
Những quan sát phổ thực nghiệm của một lượng lớn các hợp chất chứa cùng một số nhóm nguyên tử giống nhau cho thấy rằng các nhóm này đều thể hiện những dải hấp thụ với tần số gần như giống nhau, từ đó người ta thống kê lại các tần số dao động này để
hay Bảng thống kê tần số dao động của các nhóm nguyên tử, ta có thể nhận biết sự có mặt hay không của một nhóm chức nào đó ở chất nghiên cứu [1].
Phổ IR của bazơ Schiff được đặc trưng bởi dải hấp thụ với cường độ mạnh ở vùng 1590 – 1630 cm-1. Dải này được quy gán cho dao động hoá trị của liên kết C=N bazơ Schiff. Thường các bazơ Schiff no có υC=N nằm ở số sóng cao hơn các bazơ Schiff thơm.
Liên kết C-H trong nhóm bazơ Schiff cho bước sóng hấp thụ trong khoảng 2840-2900 cm-1 với cường độ từ yếu đến trung bình. Khi bazơ Schiff được khử hoá thì trên phổ sẽ xuất hiện dải hấp thụ ở khoảng 3000 cm-1 và 1250-1020 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết N-H và C-N. Nếu có liên kết phối trí giữa ion kim loại và bazơ Schiff hay dẫn xuất của chúng thì những dải đặc trưng đó sẽ bị dịch chuyển về phía số sóng thấp hơn.
1.5.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
Hạt nhân nguyên tử gồm các proton và các notron. Số lượng tử spin của proton cũng như của notron đều bằng 1/2. Tuỳ thuộc vào việc spin của các hạt nucleon đó có cặp đôi hay không mà spin hạt nhân I của nguyên tử sẽ bằng không hoặc khác không. Nếu spin của tất cả các hạt nucleon đều cặp đôi thì số lượng tử spin hạt nhân I = 0, nếu ở hạt nhân có một spin không cặp đôi thì I = 1/2 , nếu có nhiều spin không cặp đôi thì I 1 [9].
Một hạt nhân có I 0, khi được đặt trong một từ trường ngoài Ho sẽ tách thành (2I + 1) mức năng lượng khác nhau. Mức năng lượng thấp nhất sẽ có mật độ phân bố lớn nhất. Thực nghiệm cho thấy hiệu số giữa các mức năng lượng này bằng năng lượng của các bức xạ điện từ thuộc vùng sóng vô tuyến. Do vậy khi kích thích các hạt nhân bằng bức xạ vô tuyến tương ứng, một số hạt nhân sẽ hấp thụ năng lượng để chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích. Thiết bị NMR sẽ ghi nhận sự hấp thụ này và sau khi xử lý sẽ in ra phổ tương ứng [1].
Sự chênh lệch giữa mức năng lượng ở trạng thái kích thích và cơ bản phụ thuộc vào từ trường tổng tác động lên hạt nhân. Từ trường tổng này bao gồm từ trường ngoài Ho và từ trường phụ (từ trường cảm ứng). Từ trường phụ được gây ra bởi lớp vỏ điện tử xung quanh hạt nhân (sự chắn tại chỗ) và của các electron ở các nguyên tử bên cạnh (sự chắn
từ xa). Các hạt nhân nằm trong môi trường có mật độ electron khác nhau sẽ cần các năng lượng khác nhau để đạt trạng thái cộng hưởng [6]. Trong phương pháp NMR truyền thống (phương pháp NMR sóng liên tục), từ trường Ho được giữ cố định, chỉ thay đổi tần số vô tuyến (quét tần số). Các proton không tương đương nhau, sẽ cộng hưởng ở các tần số khác nhau nên cần một thời gian quét sao cho toàn bộ proton lần lượt cộng hưởng.
Phương pháp NMR sử dụng đại lượng “độ dịch chuyển hóa học”, ký hiệu δ, để đặc trưng cho các loại hạt nhân khác nhau. Đối với phổ 1H-NMR, người ta chọn chất chuẩn là tetrametylsilan Si(CH3)4, với quy ước δcủa Si(CH3)4 bằng 0. Những proton cộng hưởng ở mức năng lượng thấp (cộng hưởng ở trường yếu) sẽ có độ dịch chuyển hóa học cao.
Các độ chuyển dịch hóa học của proton và các hạt nhân khác trong các “môi trường hóa học” khác nhau được tập hợp thành Bảng trong các tài liệu tra cứu. Bằng cách sử dụng nguồn tư liệu này, kết hợp thêm một số tương quan kinh nghiệm khác, ta có thể rút ra nhiều kết luận quan trọng về cấu tạo phân tử.
Trên phổ 1H-NMR của các bazơ Schiff thường xuất hiện tín hiệu cộng hưởng nằm trong khoảng từ 9-10 ppm đặc trưng cho proton ở liên kết -CH=N. Thông thường proton này cho tín hiệu ở dạng singlet với cường độ mạnh, tuỳ thuộc vào nhóm thế trong phân tử bazơ Schiff mà độ dịch chuyển hoá học của proton này khác nhau chút ít.
1.5.3. Phương pháp phổ khối ESI-MS
Phổ khối lượng được ghi trên máy LC-MSD-Trap-SI tại Viện Hóa học- Viện Khoa học Việt Nam, với dung môi là metanol.
Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân tử trung hòa thành ion phân tử và các ion mảnh có số khối A = m/z (m là khối lượng, z là điện tích ion), sau đó phân tách những ion này theo số khối. Dựa vào phổ khối lượng có thể xác định phân tử khối và cấu tạo phân tử của chất nghiên cứu [6].
Quá trình ion hóa phụ thuộc chủ yếu vào 3 yếu tố: cấu tạo của phân tử, phương pháp bắn phá, năng lượng bắn phá. Có thể thực hiện quá trình này bằng nhiều phương
pháp ion hóa phun điện tử (ESI: electrospray ionization), phương pháp ion hóa hóa học (CI: chemicalionization).ESI là phương pháp ion hóa phổ biến dùng cho nghiên cứu phức chất và phù hợp với các hợp chất kém bay hơi. Phương pháp này có đặc điểm là quá trình ion hóa xảy ra êm dịu. Trong kỹ thuật ESI, các ion dương tạo thành có thể gắn thêm một proton và các ion âm tạo thành có thể mất bớt một proton, do vậy ion dương [M+H]+có khối lượng lớn hơn khối lượng phân tử một đơn vị và ion âm [M – H]-có khối lượng nhỏ hơn khối lượng phân tử một đơn vị. Trong nhiều trường hợp các ion dương được tạo thành do kết hợp với các cation có sẵn trong dung dịch như Na+, K+, NH tạo nên các ion +4
dương [M+ Na]+, [M+ K]+, [M + NH4]+. Đối với phức chất chứa các phối tử mang điện tích âm linh động như các halogenua X-, ion dương [M – X]+ có thể tạo thành khi các phối tử này bị tách ra khỏi phân tử.
1.6. Đối tƣợng, mục đích và nội dung nghiên cứu