Hóa đại cương chương i phổ hấp thụ phân tử uv vis 30

Chương I

Phần 1
QUANG HỌC
PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV - VIS

I Cơ sở lí thuyết
I 1 Vài nét lịch sử của phương pháp UV-VIS
Trong chiến tranh thế giới thứ II, nước Mỹ muốn qn lính của họ phải được
chăm sóc tốt nhưng các nhà khoa học vẫn chưa có ý tưởng nào về loại vitamin gì trong
thức ăn Chính phủ cần một phương pháp rẻ nhưng xác định được nhanh và hiệu quả
lạo vitamin chứa trong thức ăn Công nghệ mới của phổ UV được đề nghị nhưng các
công cụ rất đắt và phải được thực hiện bằng tay
Năm 1941, máy quang phổ khả kiến và tử ngoại Beckman DU đã được giới
thiệu và xác định sự có mặt của các vitamin trong thức ăn một cách nhanh chóng và dễ
dàng bằng cách hiện lên trên máy DU
Phổ tử hấp thụ phân tử UV-VIS là dạng phổ lâu đời nhất Nó liên quan đến phổ
của photon, sử dụng ánh sáng trong vùng nhìn thấy và vùng tử ngoại và gần hồng
ngoại (200 - 800nm)

Bánh xe màu
UV-VIS nghĩa là “ beyond violet” ( xa hơn màu tím), violet là màu của bước
sóng ngắn nhất của ánh sáng nhìn thấy Một vài bước sóng UV thường gọi ánh sáng
đen, khi nó khơng thể nhìn thấy đối với mắt người Một vài động vật bao gồm: chim,
bị sát và cơn trùng như ong có thể nhìn thấy vùng gần tử ngoại Nhiều trái cây, hoa và
hạt giống có thể chịu đựng được trong vùng tử ngoại Nhiều lồi chim có nhiều phần
trên bộ lơng của chúng khơng thể nhìn thấy ở bước sóng thường nhưng có thể thấy
được trong vùng tử ngoại

1

bước
sóng
tần số
Năng lượng
I 2 Sự hấp thụ quang UV-VIS
Các phân tử, nhóm phân tử của các chất, đơn chất hay hợp chất cũng đều được
cấu tạo từ những nguyên tử theo những cách, kiểu liên kết hoá học nhất định của các
điện tử hố trị ( các electron lớp ngồi cùng ) của các ngun tố Tuy có mn vàn các
chất khác nhau được tạo thành từ các nguyên tử nhưng trong phân tử các chất chỉ có 3
loại liên kết hố học Đó là liên kết xicma (σ), liên kết pi (π) và liên kết phối trí ( cho
nhận ) Ngoài ra nếu phân tử các chất chứa nguyên tố dị tố, như nitơ (N), oxi (O), lưu
huỳnh (S) thì ở ngun tố này có thể cịn đơi điện tử hố trị chưa tham gia liên kết, kí
hiệu là n Ví dụ trong phân tử NH3 nguyên tử N có 5 electron hố trị, mới đem 3
electron liên kết với 3 nguyên tử hiđro tạo ra 3 liên kết σ, do đó nó cịn một đơi điện tử
tự do
Trong phân tử, hay nhóm nguyên tử, các liên kết σ có năng lượng nhỏ nhất, sau
đó lớn hơn là đến liên kết pi và cao hơn cả là đôi điện tử tự do n Các phân tử, nhóm
nguyên tử của các chất ở điều kiện bình thường chúng tồn tại ở trạng thái cơ bản, trạng
thái này bền vững và nghèo năng lượng Nhưng khi có chùm sáng (chùm photon) có
năng lượng thích hợp chiếu vào nó, kích thích nó thì các điện tử hố trị trong liên kết
xicma, pi và đôi điện tử tự do n trong phân tử sẽ hấp thụ năng lượng của chùm sáng và
chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn Theo cơ học lượng tử, ở trạng
thái cơ bản của phân tử, các điện tử được sắp đầy vào các obitan liên kết σ, π, n (cặp
electron tự do) có mức năng lượng thấp trong phân tử Các điện tử hoá trị của liên kết
π này nằm trong các phân lớp p, d, f trong các liên kết loại p-p, d-d, f-f, d-p, d-f Các
electron hoá trị khi đi vào liên kết trong phân tử hình thành các loại liên kết loại σ và
π Đồng thời trong một số nguyên tử vẫn cịn các đơi điện tử tự do n Khi bị kích thích
chúng sẽ có sự chuyển lên các mức năng lượng cao như sau:
σ → σ* ; π → π *

n → σ* ; n → π*

2


Lúc này phân tử đã bị kích thích Hiệu số giữa hai mức năng lượng cơ bản và
kích thích chính là năng lượng mà phân tử đã hấp thụ được từ nguồn sáng kích thích
tác dụng vào chúng theo biểu thức :

ΔEe = E n - Eo = ν h =

hc
λ

Song trong q trình kích thích đó, cùng với sự chuyển mức năng lượng của
electron liên kết trong phân tử (electron trong liên kết xicma và pi), còn kèm theo cả
sự quay và dao động của nguyên tử trong phân tử và cả phân tử, dưới tác dụng của
nguồn sáng kích thích (năng lượng của chùm photon) Vì thế tổng năng lượng mà mà
phân tử nhận được khi bị kích thích là bao gồm 3 thành phần:

E ts = ΔEe + ΔEd + ΔEq
Tổng năng lượng này là tương ứng với năng lượng của các chùm sáng nằm
trong vùng phổ UV-VIS Vì thế phổ hấp thụ này được gọi là phổ hấp thụ phân tử UVVIS Trong 3 thành phần này thì ΔEe > ΔEd > ΔEq và chỉ có thành phần ΔEe được
lượng tử hoá, theo các mức năng lượng, các obitan của phân tử MO Vì thế phổ hấp
thụ phân tử trong vùng UV-VIS của các chất không phải phổ vạch, như phổ phát xạ
hay phổ hấp thụ của các ngun tử Nghĩa là khơng có tính đơn sắc như trong phổ phát
xạ và hấp thụ các nguyên tử ở trạng thái khí tự do, mà ở đây là phổ băng, có độ rộng từ
10-100nm, và có các giá trị cực đại và cực tiểu tại những sóng nhất định
Như vậy, phổ hấp thụ phân tử UV-VIS là phổ do có sự tương tác của các điện
tử hố trị ở trong phân tử hay nhóm phân tử với chùm tia sáng kích thích ( chùm tia

bức xạ trong vùng UV-VIS ) tạo ra Nó là phổ của tổ hợp sự chuyển mức của các điện
tử liên kết, sự quay và dao động của phân tử Vì thế nó là phổ đám, có các cực đại và
3


cực tiểu của phổ thường là nằm ở vùng sóng nhất định tuỳ theo cấu trúc và loại liên kết
của phân tử hay nhóm nguyên tử có trong hợp chất Phổ này chủ yếu nằm trong vùng
sóng từ 190-900nm Do đó được gọi là phổ hấp thụ UV-VIS ( tử ngoại và khả kiến)
của phân tử hay nhóm phân tử

Một số ví dụ về phổ UV-VIS
4


I 3 Nguyên tắc của phương pháp
I 3 1 Định luật Bouguer-Lambert
Năm 1729, Bouguer đã thiết lập sự phụ thuộc giữa sự giảm cường độ chùm
sáng đơn sắc hướng song song và bề dày của lớp dung dịch hấp thụ Năm 1760,
Lambert đã xác nhận sự phụ thuộc này và thiết lập định luật thứ nhất của sự hấp thụ
ánh sáng
Khi ánh sáng đi qua lớp dung dịch thứ nhất, cường độ dòng sáng giảm đi n lần,
nên ở cuối lớp thứ nhất cường độ ánh sáng bằng:
I0
(n>1)
I1 =
n
Chùm ánh sáng khi qua lớp thứ hai:
I1 I
I2 =
 02

nn
Chùm ánh sáng khi qua toàn bộ bề dày lớp dung dịch (nghĩa là qua b lớp):
I0
I0
 lg = b.lgn
I= b 
n
I
Đại lượng lg I0 gọi là độ hấp thụ quang của dung dịch, kí hiệu là A
A = lg I=0 b lgn = k b
I
Nội dung định luật Bouguer-Lambert được phát biểu như sau:
“ Lượng tương đối của chùm sáng bị hấp thụ bởi mơi trường mà nó đi qua
khơng phụ thuộc vào cường độ của tia tới Mỗi một lớp bề dày như nhau hấp thụ một
phần dòng ánh sáng đơn sắc đi qua dung dịch như nhau”
1 3 2 Định luật Beer
Năm 1852, Beer đã thiết lập định luật thứ hai của sự hấp thụ ánh sáng
“ Sự hấp thụ dòng quang năng tỉ lệ bậc nhất với số phân tử của chất hấp thụ
mà dòng quang năng đi qua nó ”
Hay : “ Độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu ( đại lượng mật độ quang A) tỉ lệ bậc
nhất với nồng độ của dung dịch chất hấp thụ ánh sáng”
Biểu thức:
I0
A = lg
=KC
K là hệ số tỷ lệ, C là nồng độ của hợp chất màu
1 3 3 Định luật hợp nhất Bouguer-Lambert-Beer
Thí nghiệm:

5

“Khi đi qua hệ ( dung dịch màu ) một chùm photon đơn sắc thì mức độ hấp thụ
của dung dịch màu tỷ lệ thuận với công suất chùm photon và nồng độ các phần tử hấp
thụ”
Biểu thức:

I1 =I0 10- ε b C

Từ đó suy ra:

A = lg

I0 = ε b C

Với ε là hệ số hấp thụ phân tử (l mol-1 cm-1)
Tỉ số

I0

gọi là độ truyền quang T, đặc trưng cho độ truyền của ánh sáng qua

dung dịch:
I = 10-ε b C
I0
-lgT = A = ε b C
Hay
I 4 Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp loại trừ
I 4 1 Những dấu hiệu cho biết sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch không tuân
theo định luật cơ bản về sự hấp thụ ánh sáng

Biểu thức của định luật Bouguer-Lambert-Beer là A = ε b C cho thấy A là hàm
của λ, b, C hay A = f(λ, b, C)
Dựa vào hàm A = f(λ, b, C), tại một bước sóng và đo bằng một cuvét thì
A=f(C) là hàm bậc nhất, đường biểu diễn A=f(C) là một đường thẳng Khoảng nồng
độ tuân theo định luật Beer là khoảng nồng độ mà đường biểu diễn A theo C phải
tuyến tính Đối với những khoảng nồng độ q lỗng hoặc quá đặc, đường biểu diễn sẽ
bị cong Đó là những khoảng nồng độ mà sự hấp thụ ánh sángcủa dung dịch phức màu
không tuân theo định luật Beer
Dựa vào phổ hấp thụ: phổ hấp thụ của dung dịch phức màu ở những nồng độ
khác nhau (còn các điều kiện khác như: pH, thành phân dung môi, thành phần
muối giống nhau) mà có cực đại ở cùng bước sóng thì các dung dịch đó tuân theo
định luật cơ bản của sự hấp thụ ánh sáng Những dung dịch cùng điều kiện đó mà có
λmax lệch nhau đều là những dung dịch có sự hấp thụ ánh sáng khơng tn theo định
luật cơ bản
I 4 2 Những nguyên nhân gây sai lệch định luật Bouguer-Lambert-Beer
Ảnh hưởng của ánh sáng không đơn sắc
Giả sử dịng sáng tới có cường độ là I0 khơng 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 khơng hấp thụ các tia cịn lại, thì khi ánh
sáng ra khỏi dung dịch có :
I = I01+ I2+ I03+ I04
Khi đó :
T=

6


A = lg

I0 I01 +I02 +I03 +I04
= lg
I I01 +I2 +I03 +I04

Nếu tăng nồng độ C lên I2 sẽ giảm và 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

I0 I01 +I02 +I03 +I04
= lg
= const
I I01 + I03 + I04

Đường biểu diễn A=f(C) sẽ khơng cịn tuyến tính nữa
* Cách khắc phục:
Ngừời ta dùng ánh sáng đơn sắc bằng cách cho ánh sáng đa sắc đi qua kính lọc
sáng hoặc đi qua lăng kính, hoặc đi qua cách tử nhiễu xạ
Sự thay đổi trạng thái chất hấp thụ làm thay đổi phổ hấp thụ như: (158/2)
Khi thay đổi nồng độ C có thể xảy ra sự trùng hợp hoặc khử trùng hợp phân tử
mà dạng trùng hợp và không trùng hợp hấp thụ chọn lọc ở những vùng phổ khác nhau
Thường C của chất màu khoảng 103mol/l trở nên sẽ có sự trùng hợp phân tử
Sự solvat và hyđrat hoá các phân tử chất màu xảy ra không giống nhau khi thay
đổi nồng độ chất hấp thụ
Sự tạo thành các hợp chất trung gian, phức phụ, chuyển các đồng phân, tạo hệ
keo cũng ảnh hưởng đến độ hấp thụ của dung dịch
Sự có mặt các chất điện li mạnh làm biến dạng các phân tử hoặc ion màu làm
thay đổi phổ hấp thụ
Ảnh hưởng của pH
Đa số thuốc thử trong phức màu trắc quang là muối của axit hay bazơ ( vô cơ
hoặc hữu cơ ):

X + HR

XR + H +

Như vậy điều kiện cần để chuyển hết X thành phức màu là giá trị pH của dung
dịch
HR là axit mạnh hay R là anion của axit mạnh
Phối tử R là anion của axit mạnh nên độ axit dung dịch không cản trở phản ứng
phân li của thuốc thử HR Trong trường hợp này nên tiến hành phản ứng tạo phức
trong môi trường axit, tăng độ axit sẽ tránh được sự thuỷ phân của ion kim loại Tuy
nhiên tăng axit quá sẽ gây nên các hiện tượng phụ như tăng lực ion trong dung dịch
dẫn đến làm tăng độ phân li của phức Nhưng nếu giảm độ axit ( tăng pH ) của dung
dịch thì có thể dẫn tới :
 Ion kim loại bị thuỷ phân:
XOH + H +
X + H 2O
K1 =

H + .XOH

=
X 

K H 2O
K XOH

 Phức màu XR có thể bị thuỷ phân:
XR + H 2O
K2 =

+

XOH + H + R

H + .R.XOH

=
XR

K XR K H 2O
K XOH
7


So sánh 2 biểu thức trên ta thấy K1>>K2 nên ở giá trị pH mà X khơng bị thuỷ
phân thì cũng giữ được XR không bị thuỷ phân
HR là axit yếu, R là anion của axit yếu
X + HR

HR là axit yếu nên HR
K HR =
K XR =

XR + H +

R + H (khơng chú ý đến điện tích) :
H + .R


HR

X R
XR

HR
. K HR
R

 H+ =


XR . K
X


R =

XR

Từ biểu thức trên ta có thể điều chỉnh pH của dung dịch để X đi vào phức hoàn
toàn
Trong thực tế, thuốc thử dùng trong phân tích trắc quang (HR) thường là những
chất chỉ thị pH Khi thực hiện phản ứng tạo phức thường phải dùng thuốc thử dư nên
ta phải tiến hành thí nghiệm ở pH tạo phức nào để màu của thuốc thử dư khác màu của
phức
Bằng tính tốn thấy rằng thường có khoảng cách giữa giá trị pH tạo phức với
pH bắt đầu có sự chuyển màu của thuốc thử Khoảng cách giữa hai giá trị pH này rất
có ý nghĩa quan trọng trong phân tích trắc quang, khoảng cách đó càng lớn thì càng lợi
cho việc lựa chọn pH thích hợp cho sự tạo phức và loại được ảnh hưởng của thuốc
thửu dư
Thuốc thử HR là axit yếu nên khi pH dung dịch tăng thì thuốc thử phân li dễ

dàng hơn, do đó làm tăng R, điều này có thể dẫn tới sự hình thành phức có số phối trí
lớn hơn có màu khác hẳn ( XR2, XR3 ) Mặc khác khi tăng pH, những phức kém bền
có thể bị thuỷ phân tạo thành hợp chất hydroxo ( X(OH), X(OH)2 )
Ảnh hưởng của độ phân li chất màu khi pha loãng:(33/4)
Khi pha loãng các dung dịch phức màu thì có hiện tượng phân li của các phức
màu và gây ra sự lệch khỏi định luật Bia Sau đây ta xét 3 trường hợp pha loãng dung
dịch phức màu thường gặp trong phân tích trắc quang:
Pha lỗng phức màu bằng dung mơi khơng có lượng thừa của thuốc thử
Giả sử dung dịch phức màu có nồng độ ban đầu là C, và độ điện li là α Ta pha
loãng dung dịch phức màu các lần khác nhau bằng một thể tích dung mơi như nhau
Sau lần pha lỗng thứ nhất ta có C1 và α1, thứ hai C2 và α2 cho đến thứ n có
Cn và αn
Ta có cân bằng:
XR
C

C



(1-α)C

X+R
αC

K kb
αC

Hằng số không bền của phứ là :
K kb =

X R

XR

22

2

αC αC
=
=
(1-α) C 1-α

8


Nếu phức khá bền thì α <<1 và ta có : Kkb = α2C
K kb
C

Suy ra α =

Ngoài ra ta có : Cn =

C
n

C


 αn = α n
n
Mật độ quang tỉ lệ thuận với [XR] tức là tỉ lệ với (1-α )
Dung dịch ban đầu có A = ε b C (1- α)
Dung dịch sau khi pha loãng n lần : A = ε b C (1- αn )
Gọi độ lệch của định luật Beer là Δ ta có :
2

Do đó : α C = α2n

n ) αn - α
Δ = A-A n =C.b.ε.(1-α) - C.b.ε.(1-α
=
A
C b ε (1-α)
1- α

Vì α << 1 nên ta có :
Δ = αn -α = α n-α = α( n -1)
Δ=

K kb
( n -1)
C

Nếu biểu diễn độ lệch ở dạng % ta có biểu thức trên trở thành :
Δ% =

K kb
( n -1) 100

C

Muốn làm giảm được độ lệch khỏi định luật Beer ta cần dùng phức màu bền
(β↑, Kkb↓), nồng độ dung dịch màu C khá lớn và số lần pha loãng n vừa phải Phức
càng bền thì độ lệch khỏi định luật Beer càng lớn
b Pha lỗng phức màu bằng dung mơi có lượng thừa thuốc thử ( thừa P lần )
Ta có sự phân li của phức :
XR
X
+
R
K kb
C

C



(1-α)C

αC

PC-(1- )C

Nếu α<<1 và P >>1 thìPC-(1- )C = C (P-1) = C P
Nếu nồng độ ban đầu của ion kim loại là Cx = C thì nồng độ thuốc thử CR = P C
Ta có :
K kb =

Suy ra : α =

X R

XR

22

=

αCP
(1-α) C

=αCP

K kb
CP

Ta có:

9


Δ = α n -α = nα- α = α (n-1)
K kb
Δ %=
(n -1) 100
CP
Từ công thức trên ta thấy rằng ngoài việc dùng phức màu bền (β↑, Kkb↓), nồng
độ dung dịch màu C đủ lớn và số lần pha lỗng n hợp lí thì lượng thừa thuốc thử (P) có
tác dụng làm giảm độ lệch khỏi định luật Beer Phức màu càng kém bền thì lượng

thừa thuốc thử càng phải nhiều để đảm bảo giảm đến tối thiểu sự lệch khỏi định luật
Beer
Pha loãng phức màu bằng một dung dịch thuốc thử có nồng độ hằng định :
Trong trường hợp này ta dùng một dung dịch thuốc thử CHR có nồng độ hằng
định để làm dung mơi pha lỗng phức Xuất phát từ cân bằng phân li phức :
XR
X
+
R
K kb
C

C



(1-α)C
K kb =

R =const

αC

X R

XR

=

αC

(1-α) C

R

Trong biểu thức trên vế trái Kkb là đại lượng hằng định : Kkb = α [R]
Vế phải cũng phải là đại lượng hằng định α [R] = const
Nhưng vì [R] = const nên trong trường hợp này α = const
Mặc khác : Δ = αn - α và αn = α = const nên Δ = 0
Như vậy nếu dùng một dung dịch thuốc thử có nồng độ hằng định để pha lỗng
dung dịch phức màu thì đảm bảo triệt tiêu được sự lệch khỏi định luật Beer
Ảnh hưởng của các cấu tử lạ : (46/2)
Khi phân tích các mẫu thực tế, trong mẫu phân tích ngồi chất cần chất xác định
X cịn có mặt hàng loạt các ion lạ do có sẵn trong mẫu phân tích và do đưa thêm vào
trong q trình chế hố mẫu, các chất lạ đó có thể gây ảnh hưởng cho quá trình tạo
phức XR và cho sự hấp thụ ánh sáng của nó Nhiệm vụ của người phân tích là phải tìm
được ảnh hưởng của cấu tử lạ để khơng được thêm nó vào trong q trình phân huỷ
mẫu, hoặc nếu có cấu tử lạ trong mẫu thì phải tìm cách ngăn cản ảnh hưởng của nó
trước khi tiến hành xác định
a Cấu tử lạ là các cation :
Giả sử trong dung dịch phân tích sau khi chế hố, ngồi chất cần xác định X
cịn nhiều cation lạ M1, M2, M3 …
Để định lượng X trong trường hợp này phải chọn được thuốc thử và các điều
kiện tiến hành thí nghiệm thích hợp để thuốc thử chỉ tác dụng với X tạo thành hợp chất
hấp thụ ánh sáng mà khơng tác dụng với chất lạ Đó là điều kiện lí tưởng nhất và khi
đó thuốc thử dùng có tính chọn lọc cao đối với X
Nhưng trong thực tế khó có thuốc thử nào chỉ phản ứng với một ion, mà thường
thuốc thử tạo phức màu với cả các ion lạ khác trong dung dịch Đây là một khó khăn
và gây sai số ion trong phân tích trắc quang Tuy nhiên ta có thể thiết lập điều kiện cho
phản ứng trở thành đặc trưng :
10

Giới hạn nồng độ thuốc thử, thường bằng cách điều chỉnh pH của dung dịch
Che các ion lạ bằng cách chuyển chúng thành phức không hấp thụ ánh sáng
tại bước sóng đo phức XR
- Thay đổi hố trị ion lạ
* Giới hạn nồng độ thuốc thử :
Nếu phức của ion cần xác định XR bền hơn phức của các cation lạ với thuốc
thử (MR) thì có thể thiết lập nồng độ thuốc thử để chỉ tạo thành XR mà không đủ để
tạo được các ion lạ M
-

X R

K XR =


X+R

XR

M+R

MR
MR K

=

XR
M R

MR

Trong phân tích trắc quang, phản ứng tạo phức coi như hoàn toàn khi 99% ion
cần định lượng X chuyển thành phức màu XR Nếu dung dịch có chứa ion lạ M có
nồng độ xấp xỉ bằng nồng độ của X thì có thể bỏ qua ảnh hưởng của ion M nếu trong
điều kiện đó khơng q 1% M tham gia phản ứng với thuốc thử tạo thành MR :

X 1  M 10
XR

Suyra



;
100
1MR

X
XR

K XR
[R] 100 K XR

R

K MR
100
Từ phương trình trên ta có thể loại ảnh hưởng của M nếu các hằng số KXR và KMR
khác nhau 104 lần

1
K XR
[R] = K XR K MR
[R] = 100K MR =
100
Do đó : KXR = 104 KMR
Dĩ nhiên là tính tốn trên chỉ có tính chất gần đúng Nếu là lượng ion lạ M lớn
hơn đáng kể lượng ion cần định lượng X thì chỉ có thể loại trừ ảnh hưởng của M khi
các hằng số không bền khác nhau nhiều hơn nữa Ngược lại nếu hệ số hấp thụ của MR
bé hơn của XR thì các hằng số khơng bền có thể khác nhau ít hơn
*Điều chỉnh pH của dung dịch :
Thuốc thử R thường là anion của axit yếu, do đó có thể giới hạn nồng độ R
bằng cách đơn giản thiết lập giá trị pH Có thể tính được giá trị pH cần thiết nếu biết
hằng số phân li của axit HR
*Che các cation lạ :
Ta có thể tách loại ion cản bằng cách kết tủa hay chiết hoặc chuyển chúng thành
phức không màu Như vậy ion cản được che và không tạo phức màu với thuốc thử
dùng Trong nhiều trường hợp người ta còn dùng phản ứng oxi hoá khử để chuyển hoá
trị của các ion lạ thành hố trị mà ở hố trị đó nó không phản ứng với thuốc thử
[R]

11


Thường phương pháp che được nghiên cứu một cách ban thực nghiệm vì các
tính tốn lí thuyết rất phức tạp bởi thường không biết hết các hằng số cân bằng Tham
gia cân bằng ít nhất có bốn hệ tạo phức :
- Hệ ion kim loại cần định lượng X với thuốc thử R
- Hệ ion cản M và thuốc thử R
- Hệ ion cản trở với thuốc thử dùng để che (chất che A)

- Hệ ion cần định lượng X với chất che A
Thuốc thử R và chất che A nói chung là các anion của đa axit Do đó muốn tính
ảnh hưởng của pH đến sự che cần biết dạng khác nhau của thuốc thử tham gia vào cầu
phối trí Các ion OH- trong dung dịch cũng có thể tham gia vào cầu phối trí tạo nên các
phức hiđroxo Cuối cùng với các cation có hố trị cao thường thấy hiện tượng tạo nên
phức hỗn tạp
Do hệ phức tạp và khơng biết các hằng số cần thiết nên nói chung khơng thể
tính bằng lí thuyết được Song nghiên cứu thực nghiệm có thể tìm ra được những điều
kiện thực nghiệm có thể tìm được những điều kiện tối ưu cho phản ứng che Nói chung
khơng thể tìm một chất che để có thể laọi trừ ảnh hưởng của cấu tử lạ đến phép định
lượng cấu tử X ở mọi điều kiện
Một số chất che :
Nguyên tố
Gali
Đất hiếm
Thori

Niken
Reni
Molybden
Bitmut
Gecmani

Thuốc thử
Xylenol da cam
Salixylfluoron
Morin
Ecrom.T
Asenazo III
Dimetylglioxim +

chất oxi hoá
Thioxyanat
Các thuốc thử khác
nhau
Xylenol da cam
Phenylfluron

Nguyên tố cản
Nhôm
Nhôm
Sắt
Berili
Zirconi
Đất hiếm
Zirconi

Chất che
Trietanolamin
Axit sunfosalixylic
Trietanolamin
Axetyl axeton
Xitrat
EDTA
Oxalat

Đồng

EDTA

Vonfram

Axit xitric

Zirconi

EDTA

Thiếc, sắt
Nhiều nguyên tố

Axit xitric và ascobic
EDTA

b Cấu tử lạ là các anion :
Khi có mặt một số anion có khả năng tạo phức ( như CN-, C2O42-, C4H4O62-) thì
một số phương pháp định lượng kim loại bằng trắc quang không dùng được Khi đó ta
phải tách các cation ra khỏi anion cản bằng kết tủa dưới dạng hyđroxit hay bằng trao
đổi trên ionit
Các ion Cl-, SO42-, PO43- thường có trong dung dịch phân tích, ảnh hưởng của
các anion này thường giống nhau ở chỗ chúng tạo phức với cation cần định lượng X
làm cho phản ứng tạo phức màu XR xảy ra không hoàn toàn

12


Phương pháp tổng quát để loại trừ ảnh hưởng của các anion chưa có Để loại trừ
ảnh hưởng của các anion lạ người ta thường chuyển chúng thành phức bền hơn, nhưng
cũng chỉ sử dụng khi nồng độ của ion lạ không lớn
Trong trường hợp ảnh hưởng của anion không lớn lắm, ta có loại trừ ảnh hưởng
của chúng bằng cách thêm vào dung dịch chuẩn một lượng anion lạ bằng lượng anion

lạ có trong dung dịch nghiên cứu
I 4 2 6 Ảnh hưởng của ́u tớ 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
I 4 2 7 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 khơng 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
I 4 2 8 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 khơng 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
I 4 2 9 Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ :
Một số dung mơi 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 mơi hữu cơ, như MIBK,CHCl3, CCl4,… được dùng làm dung môi
chiết trong phép đo phổ hấp thụ UV-VIS Nói chung các dung mơi 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
II Sơ đồ máy và qui trình phân tích :
II 1 Sơ đồ máy (24/1)

13


Máy quang phổ dù đơn giản hay hiện đại nó cũng cần có các bộ phận chính sau
đây :
- Nguồn cung cấp chùm tia sáng (photon) UV-VIS hay UV hoặc VIS
- Buồng đặt cuvet và cuvet chứa mẫu để đo
- Bộ đơn sắc (hệ quang học) để thu phổ, phân ly và chọn tia sáng để đo
- Detector và modul điện tử
- Máy hay trang bị ghi nhận và chỉ thị kết quả đo phổ
a Nguồn sáng :
Trong các máy đo phổ UV-VIS ( trắc quang ) thường là đèn hồ quang hiđro nặng
D2-Lamp, cho phổ ở vùng tử ngoại (UV : 190-360 nm) và đèn W-Halid cho phổ ở
vùng khả kiến (380-1000 nm), hay đèn xenon (260-600 nm) Hiện nay phổ biến nhất là
hai loại đèn D2 và W cho vùng phổ UV-VIS Các loại đèn này là các nguồn sáng
điểm Nó là nguồn năng lượng kích thích các chất sinh ra phổ hấp thụ UV hay VIS
b Bộ phận detector :
Là bộ phận nhận và phát hiện chùm sáng Trong các máy đơn giản người ta dùng tế
bào quang điện Trong các máy hiện đại có độ nhạy cao thường dùng các nhân quang
điện kiểu ống có độ nhạy cao và hiện nay một số máy đã dùng Detector Diod Array
c Hệ quang học :
Với các máy đơn giản chỉ là các bộ kính lọc màu cho một vùng phổ nhất định Cịn
trong các máy hiện đại có độ phân giải và độ nhạy cao nó phải là một bộ đơn sắc là

một cách tử phân giải cao, để có được độ chọn lọc của phổ cần đo đến đơn vị 1nm,
hơn nhỏ hơn nữa ( 0,2nm) Có hệ quang học 1 chùm tia và hệ quang học 2 chùm tia
Hệ quang học 2 chùm tia có độ ổn định cao hơn hệ quang học 1 chùm tia Bộ phân giải
(bộ đơn sắc) của các hệ quang điện nay các hãng thường dùng các cách tử loại 12001800 vạch/mm, có khi đến 2400 vạch/mm để có độ phân giải cao
d Máy hay trang thiết bị ghi nhận và hiển thị kết quả đo
Các thế hệ máy phổ hiện nay thường được nối với máy tính do đó việc ghi phổ hết
sức thuận lợi nhờ có những chương trình đo tự động theo các chế độ khác nhau Ngoài
ra cịn có thể lưu phổ, đối chiếu và so sánh khi cần thiết

14


Giải thích kí hiệu:
1 Điều khiển chọn bước sóng
2 Nút máy in
3 Điều chỉnh yếu tố nồng độ
4 Đèn đơteri
5 Bảng đọc giá trị
6 Nơi đặt mẫu
7 Điều khiển mức 0 (100%T)
8 Điều chỉnh độ nhạy
9 Công tắc ON – OFF
Để phát bức xạ tử ngoại người ta dùng đèn đơteri (D2) còn để phát bức xạ khả
kiến người ta dùng đèn W/I2 Bộ tạo đơn sắc (thường dùng lăng kính thạch anh hoặc
cách tử) có nhiệm vụ tách riêng từng dải sóng hẹp (đơn sắc) Bộ chia chùm sáng sẽ
hướng chùm sáng đơn sắc luân phiên đến cuvet đựng dung dịch mẫu và cuvet đựng
dung môi Detector sẽ so sánh cường độ chùm tia đi qua dung dịch (I) và dung mơi
(I0) Tín hiệu quang sẽ chuyển thành tín hiệu điện Sau khi được phóng đại, tín hiệu sẽ
chuyển sang bộ phận ghi để vẽ đường cong sự phụ thuộc của lg(I0/I) vào bước sóng
Dung mơi dùng để đo trong phổ UV-VIS phải thỏa mãn điều kiện không hấp

thụ ở vùng cần đo Để nghiên cứu vùng tử ngoại gần, người ta dùng dung môi như nxiclohexan, methanol, ethanol, nước là những chất chỉ hấp thụ ở vùng tử ngoại xa Khi
chỉ quan tâm đến sự hấp thụ ở vùng khả kiến thì ngồi các dung mơi kể trên, cịn có
thể dùng các dung mơi khơng màu bất kì như chloroform, dioxan, benzen Dung môi
dùng để đo phổ UV-VIS cần được tinh chế một cách cẩn thận vì một lượng rất nhỏ của
tạp chất trong đó cũng làm sai lệch kết quả đo
Người ta cũng có thể đó phổ UV-VIS của các chất ở trạng thái lỏng hoặc khí
Đối với các muối vô cơ phân li trong dung dịch thì phổ thu được là phổ của các ion
solvat hóa Để có được thơng tin về các ion khơng solvat hóa, người ta đo phổ của
chúng ở dạng rắn: hoặc dùng các đơn tinh thể hoặc dùng cách ép viên với KCl hoặc
NaCl hoặc đo ở trạng thái huyền phù…
Dưới đây là một số máy quang phổ :

15


Loại UV160-U

16


Perkin-Elmer Lambda 3B
II 2 Qui trình phân tích :
Phổ hấp thụ phân tử vùng UV-VIS (200 - 800nm) là phổ hấp thụ của các chất
tan ở trạng thái dung dịch đồng thể của một dung môi nhất định như nước, methanol,
benzen, toluen, chloroform… hay một số chất mà phân tử chất trong điều kiện bình
thường ở trạng thái hơi, như khí CH4, NH3… Vì thế muốn thực hiện được phép đo phổ
này ta phải thực hiện các bước sau:
- Nếu chất phân tích có phổ hấp thụ UV-VIS, thì phải hịa tan nó vào trong dung
mơi phù hợp, như một số chất hữu cơ: phenol, naphtalen, anthracene Các chất vô cơ
như I2, các muối cromat, pemanganat…) Còn những chất cần xác định mà chúng

khơng có phổ UV-VIS có thể cho tác dụng với thuốc thử R trong điều kiện thích hợp
để tạo hợp chất phức để tăng độ nhạy trong phép đo phổ UV-VIS, sau đó cho dung
dịch này vào cuvet đo phổ Nếu mẫu phân tích là chất khí thì phải đưa mẫu vào một
ống cuvet đóng kín để đặt vào buồng đo phổ
- Chiếu vào cuvet có dung dịch mẫu chứa hợp chất phân tích một chùm tia sáng có
năng lượng phù hợp để chất phân tích hay sản phẩm phức của nó hấp thụ bức xạ đó để
tạo ra phổ hấp thụ phân tử
- Thu chùm sáng đi qua cuvet, phân ly phổ đó và chọn một hay hai bước sóng hấp
thụ cực đại của chất phân tích và đo cường độ hấp thụ quang A của chất đó trong các
điều kiện đã chọn
- Ghi giá trị độ hấp thụ quang Việc này có thể thực hiện bằng nhiều công cụ khác
nhau như đồng hồ đo năng lượng hấp thu, máy tự ghi…
Đó chính là ngun tắc của phép đo phổ UV-VIS Từ nguyên tắc này, các trang
thiết bị đã được chế tạo và nhiều quy trình cụ thể đã được nghiên cứu xây dựng nhằm
phân tích định lượng các chất khác nhau bao gồm vô cơ, kim loại lẫn các chất hữu cơ
và các á kim trong các đối tượng mẫu của thực tế
Một ví dụ về quá trình đo phổ UV-VIS của mẫu:
17


mirror : gương
sample cuvette : cuvet chứa mẫu
reference cuvette : cuvet chứa mẫu
nghiên cứu
Slit : kẽ hở
Half mirror : gương nửa

Lens : thấu kính
Light source vis : nguồn ánh sáng trông
thấy

Light source UV : nguồn ánh sáng tử
ngoại
Differaction grating : con cách nhiễu xạ

III Các phương pháp định lượng :
1 Nguyên tắc chung :
Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích định lượng dựa trên phép đo
quang của dung dịch màu và so sánh cường độ màu (hoặc độ hấp thụ quang) của dung
dịch nghiên cứu với dung dịch chuẩn là dung dịch có nồng độ cần xác định đã biết
trước
Để tiến hành phép phân tích trắc quang phải qua các bước sau :
1 Pha chế dung dịch chuẩn của chất cần xác định dùng để pha dung dịch màu
chuẩn
2 Chọn dung mơi thích hợp để chuyển chất cần xác định trong mẫu phân tích thành
dung dịch ở dạng có khả năng tạo chất màu với thuốc thử
3 Chọn thuốc thử thích hợp dựa trên những tiêu chuẩn đánh giá thuốc thử của
A K Bapko

18


4 Thực hiện phản ứng tạo chất màu ở những điều kiện tối ưu giữa chất cần xác
định và thuốc thử đã chọn để pha chế dung dịch màu chuẩn và dung dịch màu nghiên
cứu
5 So sánh, cân bằng màu của dung dịch màu nghiên cứu và dung dịch màu chuẩn,
hoặc đo mật độ quang Anc và Ach từ đó suy ra hàm lượng của chất cần xác định theo
những phương pháp khác nhau
Đối với những chất cần xác định nhưng khơng có khả năng tạo chất màu với một
thuốc thử nào thì có thể dùng phương pháp gián tiếp sau :
1 Dùng phản ứng oxi hóa khử trong đó chất cần xác định đóng vai trị là chất oxi

hóa, nó sẽ oxi hóa thuốc thử thành chất màu
2 Dùng phản ứng phân hủy màu
3 Dùng phản ứng tạo chất màu trong đó chất cần xác định tham gia với vai trị là
chất xúc tác
4 Làm kết tủa hồn tồn chất cần xác định bằng thuốc thử dư, tách bỏ kết tủa, sau
đó xác định lượng thuốc thử cịn dư bằng phương pháp trắc quang, từ đó suy ra nồng
độ cần xác định
2 Phân tích định lượng bằng phương pháp so màu bằng mắt :
Trong phương pháp này, mắt người quan sát là công cụ để cân bằng cường độ màu
hay cường độ dòng sáng đã đi qua dung dịch nghiên cứu và dung dịch chuẩn Để cân
bằng cường độ màu và cường độ dịng sáng có thể bằng cách thay đổi nồng độ chất
màu ; thay đổi chiều dày lớp dung dịch hoặc thay đổi cường độ dòng sáng chiếu qua
lớp dung dịch chuẩn và dung dịch so sánh bằng cách thay đổi các màng chắn Nhưng
phương pháp so màu bằng mắt thông dụng là :
2 1 Phương pháp dãy chuẩn :
- Pha dãy chuẩn :
Lấy khoảng 10 ống nghiệm thủy tinh không màu, đồng cỡ và cùng chất liệu thủy
tinh có đánh số lần lượt từ 1 đến 10
Cho lần lượt vào ống nghiệm những lượng chính xác dung dịch tiêu chuẩn của chất
cần xác định theo chiều tăng dần sao cho Cch sẽ không quá lớn và gần nhau
Cho tiếp vào mỗi ống nghiệm những lượng bằng nhau của dung dịch thuốc thử,
dung dịch tạo môi trường
Sau đó cho thêm dung mơi để đưa thể tích cuối cùng của cả dãy chuẩn đến một thể
tích bằng nhau và lắc đều
- Pha dung dịch nghiên cứu :
Dung dịch màu nghiên cứu cũng được pha chế như dung dịch màu tiêu chuẩn,
nhưng phải lấy lượng dung dịch phân tích sao cho nồng độ chất cần xác định Cx trong
dung dịch nghiên cứu nằm trong thang chuẩn ở trên từ C1 đến C10 mà không vượt khỏi
thang
- Cân bằng màu :

Đặt dãy chuẩn với nồng độ lần lượt là C1, C2, C3
,C10 lên giá ống nghiệm theo
thứ tự tăng dần của Cch Đặt phía sau giá của thang một tờ giấy trắng
Tiến hành so sánh cân bằng màu của dung dịch nghiên cứu với dãy chuẩn dưới ánh
sáng khuếch tán để tìm ra ống chuẩn số n (Cn) có cường độ màu bằng với cường độ
19


màu của dung dịch nghiên cứu (Cx) Vì cường độ màu bằng nhau nên Cx= Cn Nếu như
cường độ màu của dung dịch cần nghiên cứu nằm trung gian giữa hai dung dịch chuẩn
số n và n+1 thì :
Cn + Cn+1
Cx =
2
* Ưu điểm của phương pháp dãy chuẩn là :
- Khơng địi hỏi dung dịch phải tn theo định luật Beer nghiêm ngặt
- Có thể phân tích hàng loạt mẫu một cách nhanh chóng
* Nhược điểm :
- Độ chính xác khơng cao, sai số khoảng 10%
- Thang chuẩn có thể thay đổi màu theo thời gian Để khắc phục điều này người ta
có thể dùng các dung dịch màu chất vơ cơ có màu tương ứng để thay thế cho dãy
chuẩn thực
2 2 Phương pháp chuẩn độ so màu :
* Dụng cụ cần thiết :
- Hai ống nghiệm bằng thủy tinh
không màu, đồng cỡ, cùng chất liệu
thủy tinh (Φ 2-2,5 cm, cao 25-30cm, thể
tích khoảng 50-70ml) được đặt vào giá
ống nghiệm và đặt sau giá một tờ giấy
trắng

- Hai đũa thủy tinh hồn tồn giống
nhau về kích thước dùng để khuấy đều
hai dung dịch và không được nhấc ra
khỏi mỗi ống nghiệm trong suốt thời
gian chuẩn độ
- Một microburet để chuẩn độ
Dụng cụ để chuẩn độ so màu
*Cách chuẩn độ so màu :
Trong ống nghiệm thứ nhất cho vào Vx ml dung dịch mẫu phân tích với nồng độ Cx
chưa biết, cho thêm lượng thuốc thử cần thiết và chất tạo mơi trường đưa đến thể
tích cuối cùng bằng dung môi và quấy đều
Trong ống nghiệm thứ hai cho vào những lượng thuốc thử, chất tạo mơi
trường hồn tồn giống như khi chuẩn bị dung dịch màu nghiên cứu trong ống
nghiệm thứ nhất, chỉ trừ chất cần xác định và đưa thể tích đến gần bằng thể tích của
dung dịch nghiên cứu bằng dung mơi và quấy đều
Sau đó dùng microburet để cho từ từ dung dịch chuẩn của chất cần xác định với
nồng độ Cch vào ống thứ hai cho đến khi đạt được sự cân bằng màu của hai ống trong
điều kiện thể tích hai ống bằng nhau ( phải điều chỉnh bằng dung môi và dung dịch
20


chuẩn) Lúc đó hàm lượng chất cần xác định trong hai dung dịch phải bằng nhau và
nếu kí hiệu qx là hàm lượng chất cần xác định trong Vx(ml) thì :
Vch Cch
Vx

Qx= Vch Cch hoặc Cx =

* Ưu điểm :
- Khơng địi hỏi dung dịch phải tn theo định luật Beer nghiêm ngặt

- Thường dùng để phân tích những mẫu lẻ tẻ khi khơng có nhu cầu phân tích hàng
loạt
* Nhược điểm :
- Độ chính xác khơng cao, sai số khoảng 10%
2 3 Phương pháp cân bằng màu :
a Phương pháp pha loãng :
Cân bằng màu bằng phương pháp pha loãng :
Dụng cụ cần thiết gồm hai ống nghiệm đồng cỡ, giống nhau về chất liệu thủy tinh,
có chia độ được đặt lên giá ống nghiệm có đặt sau một tờ giấy trắng và có hai đũa thủy
tinh giống nhau để quấy đều dung dịch trong mỗi ống
Pha chế dung dịch màu nghiên cứu và dung dịch màu tiêu chuẩn ở những điều kiện
tối ưu như nhau, cho mỗi loại vào mỗi ống nghiệm Sau đó cho thêm dần dung mơi
vào ống có màu đậm hơn cho đến khi có sự cân bằng màu giữa hai ống nghiệm Lúc
đó Cx= Cch và : qx = Cx Vx và qch = Cch Vch
Nên ta có :
qx =

Vx h x
q ch = q ch
Vch h ch

hx, hch là chiều cao của dung dịch trong mỗi ống có đáy bằng nhau, đo cùng đơn vị
Phương pháp này chính xác hơn hai phương pháp trên và nó cũng được dùng cho
dung dịch khơng phải tuân theo định luật Beer nghiêm ngặt
b Phương pháp sắc kế tháo :
Sự cân bằng màu bằng cách thay đổi chiều dày của lớp dung dịch
Dụng cụ cần thiết đơn giản chỉ cần hai ống nghiệm có chia độ, kích thước và chất
liệu như nhau, có vịi để tháo dung dịch như hình :
Pha dung dịch màu nghiên cứu có nồng độ chất cần xác định Cx
Pha dung dịch màu chuẩn có nồng độ chất cần xác định Cch

Cho mỗi loại dung dịch vào mỗi ống Quan sát màu từ trên xuống Điều khiển vòi
để tháo bớt dung dịch trong ống có màu đậm hơn cho đến lúc có sự cân bằng màu của
hai ống, lúc đó mật độ quang của hai dung dịch phải bằng nhau cho nên :
ε Cx lx = ε Cch lch
và

Cx =Cch

lch
lx

lx, lch là chiều cao của các lớp dung dịch nghiên cứu và dung dịch chuẩn, đo cùng
đơn vị
mắt người quan sát
21


Sắc kế tháo

c Phương pháp sắc kế nhúng :
Sự cân bằng màu của phương pháp này cũng bằng cách thay đổi chiều dày của lớp
dung dịch
Cách tiến hành hoàn toàn như sắc kí tháo, chỉ khác là thay vì tháo bớt dung dịch để
giảm chiều dày của lớp dung dịch có màu đậm hơn thì ở đây dùng trụ thủy tinh quang
học nhúng sâu vào để giảm chiều dày của lớp dung dịch ở phía dưới
Tương tự phương pháp sắc kí tháo, ta có:
Cx =Cch

lch
lx

d Phương pháp dùng các thiết bị có màng che :
Theo phương pháp này có sự cân bằng màu được thực hiện bằng màn che (hoặc
bản chắn) để làm giảm cường độ dòng sáng sau khi đi qua dung dịch so sánh Máy so
màu Punfrit hoặc FM-56 dùng phương pháp màn che để cân bằng màu Trong các loại
máy này thường dùng hai cuvet đựng dung dịch màu nghiên cứu hoặc tiêu chuẩn và
dung dịch so sánh, có hai màng che gắn với hai trụ có chia độ theo độ mở của màng
che Vì vậy tuy cân bằng màu bằng mắt nhưng máy cho phép đo T và A nên có thể xác
định các chất bằng các phương pháp khác nhau sau khi đã đo được A Ví dụ dùng
phương pháp mẫu chuẩn ta được :
Ach= ε Cch l và Ax= ε Cch l
Suy ra : Cx = Cch

Ax
A ch

3 Phân tích định lượng bằng phương pháp so màu quang điện :
Thiết bị dùng trong phương pháp này là các quang sắc kế cho ánh sáng gần như
đơn sắc, cho phép đo được mật độ quang của dung dịch nghiên cứu và dung dịch
chuẩn so sánh với dung dịch ‘không’ (hay là dung dịch so sánh) Sau đây chúng ta sẽ
tìm hiểu một số phương pháp đo quang để xác định nồng độ
22


3 1 Phương pháp so sánh :
a So sánh với một mẫu chuẩn :
Pha dung dịch màu chuẩn với Cch, pha dung dịch nghiên cứu với Cx
Đo Dx, Dch so sánh với dung dịch so sánh
Ta có : Ach= ε Cch l và Ax= ε Cx l
Khi l = const thì :

Ax Cx
=
A ch Cch

nên Cx =Cch

A
x

A ch

b So sánh với hai mẫu chuẩn thì kết quả sẽ chính xác hơn :
Pha hai dung dịch chuẩn với Cch1 và Cch2
Pha dung dịch nghiên cứu sao cho Cch1< Cx < Cch2
Lúc đó : Ach1A x -Ach1 C=x -Cch1
A ch2 - A ch1 Cch2 - Cch1

Suy ra : Cx = Cch1 + (Cch2 -Cch1 )

A x -A ch1
A ch2 - A ch1

Kết quả của phương pháp so sánh càng chính xác nếu :
- Dung dịch màu tuân theo định luật Beer
- So sánh với nhiều mẫu chuẩn
- Các đại lượng Cx và Cch(i) không xa nhau nhiều
- Cch1< Cx < Cch2
3 2 Xác định nồng độ theo giá trị trung bình của ελ :
Phương pháp này là một dạng khác của phương pháp so sánh, nhưng ở đây cần tính

trực tiếp đại lượng ε λ và từ đó tính nồng độ của dung dịch nghiên cứu Pha chế các
dung dịch màu chuẩn với Cch(i) trong đó Cch(i) phải tính theo mol/l Do Ai(ch) tương ứng
với cuvet có l(cm) Từ đó suy ra :

ε=

A ch
Cch l

ε=

ε1 +ε 2 +ε 3 +
n

+ε n

Pha dung dịch màu nghiên cứu với Cx (mol/l) và đo Ax trong cùng cuvet có l(cm) ở
kính lọc đã chọn, để có Ax ta có thể lập lại vài ba lần thí nghiệm này :

A x = ε l Cx

hay

Cx =

Ax
εl

Phương pháp này đòi hỏi dung dịch phải tuân theo đinh luật Beer

23


3 3 Phương pháp đồ thị :
Để xác định nồng độ theo phương pháp này phải dựng đường chuẩn A-C đối với
chất cần xác định ( ở những điều kiện tối ưu) Sau đó pha dung dịch nghiên cứu, đo A x
rồi dựa vào đường chuẩn hoặc phương trình đường chuẩn để xác định Cx tương ứng
* Dựng đường chuẩn :
Pha một dãy dung dịch chuẩn có Cch khác nhau khoảng 30% và thường phải có 5-8
dung dịch chuẩn đối với mỗi giá trị của Cch phải pha song song khơng ít hơn ba dung
dịch chuẩn, đo Ach của mỗi dung dịch và lấy giá trị trung bình Ach cho một điểm trên
đường chuẩn Trong trường hợp dung dịch tuân theo định luật Beer thì đường chuẩn là
một đường thẳng đi qua gốc tọa độ
Khi chọn vùng nồng độ xây dựng đường chuẩn cần lưu ý :
- Vùng nồng độ của dãy chuẩn phải bao gồm cả Cx
- Với vùng nồng độ đã chọn dung dịch phải tuân theo định luật Beer
- Các giá trị Ach ứng với nồng độ đã chọn phải sao cho khi đo trên máy có độ
lặp cao và bảo đảm sự tuyến tính A-C ( tốt nhất chỉ nên dùng những dung dịch chuẩn
có A từ 0,14-1 mà thôi)
Dung dịch nghiên cứu được pha chế giống như khi pha chế dung dịch chuẩn và
cũng lặp lại thí nghiệm khơng ít hơn ba lần để có A x
Dựa vào đồ thị A=f(Ci) để xác định trên hoành độ giá trị Cx ứng với A x
Đồ thị D=f(Ci) khi l = const là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ nên có thể viết A
= b C, trong đó b là hệ số góc của đường chuẩn :
A

A3
A2
Ax
A1

C1

Cx C2
C3
Ci
Đồ thị A=f(Ci)
Tuy nhiên, nếu phép phân tích gặp phải một sai số hệ thống nào đó thì đường
A=f(Ci) có thể khơng đi qua gốc tọa độ mà cắt trục tung ở một giá trị a nào đó ứng với
phương trình có dạng A = b C + a
Bằng phương pháp tốn học ta có thể tính a và b theo các công thức sau :
A1 = bC1 + a
A2 = bC2 + a
An = bCn + a

24


Với n là số lần thí nghiệm, Cn là nồng độ của dung dịch chuẩn, An là mật độ quang
tương ứng của dung dịch có Cn Ta có cơng thức tính a và b là :
b=

nΣCi Ai - ΣCi ΣAi
2

nΣCi - (ΣCi )2
2

a=
Trong đó Σ = Σ

ΣCi .Ai - ΣCiΣCi .Ai
2

nΣCi - (ΣCi )2

n
n-1

Từ A x dựa vào phương trình Ai = b Ci + a để tính Cx tương ứng thì kết quả sẽ chính
xác hơn nhiều
Ưu điểm : của phương pháp đường chuẩn là với một đường chuẩn cho phép phân
tích hồng lọat mẫu, dung dịch cũng khơng đòi hỏi phải tuân theo định luật Beer một
cách nghiêm ngặt ( nhưng lúc đó phải pha dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau ít
hơn 10% mà thơi) Tất nhiên độ chính xác của phương pháp khơng cao lắm
3 4 Phương pháp thêm :
Phương pháp thêm này được dùng để đơn giản bớt quá trình nghiên cứu quá trình
phân tích nhưng chủ yếu là để loại trừ ảnh hưởng cản trở của các tạp chất lạ vì nó cho
phép tạo ra những điều kiện giống nhau cho dung dịch chuẩn và dung dịch nghiên cứu
Phương pháp này được dùng rộng rãi để xác định những vi lượng của chất nghiên cứu
khi có mặt những chất cản trở Tuy vậy nó cũng chỉ áp dụng được cho những dung
dịch tuân theo định luật hấp thụ cơ bản
a Phương pháp tính :
Pha dung dịch màu nghiên cứu với Cx chưa biết
Pha dung dịch màu chuẩn cũng chính là dung dịch màu nghiên cứu có cho thêm
một lượng a của chất cần xác định để cho Cch= Cx + Ca Đo mật độ quang Axvà Ax+a
với cùng loại cuvét, so sánh với dung dịch so sánh
A x = ε Cx l
; Ax+a = ε Cx+a l = ε (Cx+Ca ) l
A x =Cx

A x+a Cx +Ca




Cx = Ca

Ax
A x+a -A x

b Phương pháp đồ thị :
Pha dung dịch màu nghiên cứu với Cx và đo Ax
Pha một dãy dung dịch chuẩn cũng chính là dung dịch nghiên cứu có cho thêm
những lượng chính xác ai của chất cần xác định để nồng độ của dãy chuẩn là Cx+a1,
Cx+a2, Cx+a3, ,Cx+ai và đo mật độ quang Ax+ai tương ứng
Dựng đồ thị Ax+ai – Cai để xác định Cx
A
A4
A3
25