Chương 3 PHÂN TÍCH CÔNG CỤ 3.1 Phân tích đo điện thế
3.2.1. Phương pháp đo chỉ số khúc xạ, đo góc quaycực
3.2.1.1. Phương pháp đo chỉ số khúc xạ
Nguyên tắc:Chỉ số khúc xạ của một chất so với khôngkhí là tỷ số giữa giá trị sin của góc tới và giá trị sin của góc khúc xạ của tia sáng truyền từ không khí vào chất đó.
Chỉ số khúc xạ còn được gọi là chiết suất thường được xác định bằng khúc xạ kế. Chỉ số khúc xạ được đo với chùm tia có bước sóng tương ứng với vạch D của Natri (589,3nm) và ở nhiệt độ 20 ± 0,5oC và được ký hiệu là: n D20
Nồng độ của dung dịch có thể xác định theo công thức: C = n, no là chỉ số khúc xạ của dung dịch và dung môi
F là độ tăng của chỉ số khúc xạ khi nồng độ tăng 1% (xác định bằng thực nghiệm)
Khúc xạ kế Abbe:
a. Nguyên tắc hoạt động: Khúc xạ kế Abbe dựa trên nguyên tắc phản xạ toàn phần. Cụ thể là xác định góc tới hạn của sự phản xạ toàn phần của tia sáng đi từ môi trường có chỉ số khúc xạ cao (như thủy tinh) vào môi trường có chỉ số khúc xạ bé hơn của chất cần đo.
b. Cấu tạo
Hình 3.3. Sơ đồ đường đi của tia sáng trong hệ lăng kính của khúc xạ kế Abbe
Bộ phận chính của khúc xạ kế Abbe gồm hai lăng kính tam giác vuông bằng thủy tinh có cùng chiết suất N. Hai lăng kính này được ghép với nhau theo mặt huyền sao cho chúng song song với nhau và giữa chúng có khoảng cách nhỏ có thể chứa lớp chất lỏng cần đo.
Khúc xạ kế còn có các bộ phận hỗ trợ khác như:
− Hệ thống thị kính có chia vạch đích (hoặc hai đường thẳng giao nhau) để quan sát, gương lấy ánh sáng, bộ phận tiêu sắc (khử hiện tượng tán sắc) để có thể dùng ánh sáng tự nhiên mà vẫn cho kết quả tốt.
− Thang chia góc tới hạn có thể qui đổi luôn sang giá trị chiết suất − Có thể có bộ phận ổn nhiệt để duy trì nhiệt độ đo.
Trước khi sử dụng cần chuẩn hóa máy bằng dung dịch có chiết suất đã biếtnhư: monobromonaphtalen (n D20 = 1,6588) hay dùng nước cất mới (nD20 = 1,3330; nD20 = 1,3325; nD20 = 1,3306)
Ngoài khúc xạ kế Abbe còn có khúc xạ kế cầm tay
c. Ứng dụng: Xác định chỉ số khúc xạ để xác định nồng độ chất tan của chất trong dung dịch cần đo thông qua việc tra bảng liên quan giữa chỉ số khúc xạ và nồng độ chất tan.
3.2.1.2. Phương pháp đo góc quay cực
Một số chất có khả năng quay mặt phẳng của các chùm tia phân cực đi qua nó. Những chất như vậy được gọi là chất hoạt quang. Hoạt tính quang học của một chất là do cấu trúc của nó quyết định. Các chất hoạt quang phải chứa ít nhất 1 cacbon bất đối. Hai đồng phân quang học là hai đồng phân có hoạt tính quang học đối nhau.
Góc quay cực của một chất là góc mà mặt phẳng phân cực bị quay đi khi ánh sáng phân cực đi qua chất đó hoặc dung dịch chất đó. Nếu góc quay theo chiều kim đồng hồ thì đó là chất hữu tuyền (+) còn lại là tả truyền (-). Góc quay cực riêng là tỷ số góc quay cực đo được khi chiếu chùm tia đơn sắc ứng với vạch D (589,3nm) của đèn natri qua bề dày 1dm ở nhiệt độ 20oC với tỷ trọng của chất lỏng (hay nồng độ của dung dịch tính bằng g/ml). Góc quay cực riêng được ký hiệu là: [α]D20
Góc quay cực của các chất lỏng hay dung dịch được đo bằng phân cực kế. Các phân cực kế được dùng đèn hơi natri.
Căn cứ vào góc quay cực đo được có thể tính ra nồng độ dung dịch. Đó là nguyên tắc định lượng của phương pháp này.
Có thể sửdụng phương pháp này để định tính, thử tinh khiết của các chất khi biết góc quay cực riêng của chúng.
Phương pháp hay được sử dụng để định lượng các dung dịch, nhất là các dung dịch đường, theo công thức tính sau:
C(kl/tt) = . 100
α là góc quay cực đo được, l là bề dày dung dịch b. Phân cực kế
Phân cực kế là thiết bị có thể cho phép đo góc quay cực của một dung dịch chất hoạt quang. Để chuyển ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực người ta dùng kính phân cực. Lăng kính nicol (đôi khi gọi tắt là nicol) là loại kính đảm bảo cho tia ló là phân cực thẳng. Lăng kính nicol được ghép từ hai lăng kính băng lan, cắt theo những góc thích hợp và gắn với nhau bằng keo canada trong suốt.
Một phân cực kế đơn giản nhất có cấu tạo. Những bộ phận không thể thiếu là nguồn sáng đơn sắc S, một lăng kính nicol P tạo ánh sáng phân cực (nicol phân cực), ống đựngdung dịch hay chất lỏng cần đo có chiều dài xác định L và một nicol A dùng để nhận biết sự phân cực của ánh sáng (nicol phân tích) cấu trúc giống hệt nicol phân cực.
Khi ống L đựng đầy chất hoạt quang (dung môi chẳng hạn) có thể quay nicol phân tích A đến vị trí Oa sao cho ánh sáng phân cực không qua được A. Thay dung môi bằng dung dịch đo mặt phẳng phân cực bị quay nên ánh sáng đi được qua A. Do đó phải quay nicol phân tích đến vị trí mới Oa’ để triệt tiêu ánh sáng. Góc aOa’ là góc quay cực đo được.
Hình 3.4. Đường đi của ánh sáng qua máy phân cực kế
Vì mắt người không thể phân biệt được được bóng đen hoàn toàn tuyệt đối. Vì vậy thay vì xác định sự triệt tiêu ánh sáng, người ta sử dụng sự cân bằng ánh sáng như trong so màu. Muốn vậy trong phân cực kế thường gắn thêm tấm Laurent, lúc đó ánh sáng nhìn thấy trong phân cực kế được phân thành hai nữa.
Lúc đó ánh sáng nhìn thấy trong phân cực kế được được phân thành hai nửa. Có hai vị trí cân bằng của hai nửa đó là cả hai cùng rất sáng và cả hai nửa đều sáng rất yếu. Vị trí của cả hai nửa sáng đều yếu được chọn để xác định vị trí nicol A triệt tiêu ánh sáng phân cực tới nó.
Nguồn sáng sử dụng trong phân cực kế thường sử dụng đèn hơi natri để tạo ra tia D sử dụng để đo.
c. Ứng dụng của phương pháp đo năng suất quay cực
Dùng để định tính, thử tinh khiết của các chất hoạt quang bằng cách đo năng suất quay cực của chúng và so sánh với các chỉ tiêu nêu trong các tài liệu.
Kỹ thuật định lượng bằng phân cực kế cũng được áp dụng dựa vào quan hệ giữa góc quay cực và nồng độ của các dung dịch chất hoạt quang. Kỹ thuật này chủ yếu áp dụng để xác định các loại đường. Một số phân cực kế dùng để đo đường nên được gọi là đường kế. Khi đó người ta chuyển góc quay thành độ đường tương ứng với:
- Độ đường quốc tế (oS): 100oS = 26,605otương ứng với góc quay của dung dịch đường saccharose 16,29% với bề dày l = 2dm
- Độ đường Wentzke (oW): 100oW = 36,657o ứng với dung dịch đường saccharose 26% với bề dày 2dm