Quang phổ UV-VIS pdf

Quang phổ UV-VIS
Sinh viên:

Nội dung
1. Phổ hấp thụ và nguyên lý
2. Các định luật cơ bản
3. Độ chính xác khi đo phổ hấp thụ
4.Sai số phép đo
5. Phương pháp định lượng
6. Hệ đo Phổ UV-VIS
7. Ứng dụng
I.Phổ hấp thụ UV-VIS

1.Đặc điểm
• Đồ thị biểu diễn A = f( λ ) (hoặc ε =f( λ ) hoặc lg ε
= f( λ )) gọi là phổ hấp thụ ánh sáng của dung
dịch.
• Phổ hấp thụ thường được biểu diễn dưới dạng
một đường cong cho thấy sự phụ thuộc độ hấp
thụ của một chất bất kì ở trạng thái dung dịch vào
bước sóng của ánh sáng chiếu tới.
• Phổ hấp thụ của một chất được đặc trưng bởi
bước sóng 
max
mà tại đó sự hấp thụ là lớn nhất

2. Nguyên lý của phổ hấp thụ
• Khi chiếu một chùm bức xạ điện từ tác động
lên khối vật chất thì sự hấp thụ của khối vật
chất đó phụ thuộc vào bản chất của nó, như
vậy đo lượng tia bức xạ bị hấp thụ ta có thể

xác định được tính chất của vật liệu.
• Phổ hấp thụ ứng dụng tốt nhất đối với những
nguyên tử hoặc phân tử nhỏ.

• Khi ánh sáng tương tác
với các phân tử khí xảy
ra 3 quá trình khác
nhau:
- Quá trình hấp thụ
- Quá trình phát xạ tự
phát
- Quá trình phát xạ kích
thích.
Đối với phổ hấp thụ
chúng ta chỉ xét 2 quá
trình: Hấp thụ và phát
xạ tự phát.

II.Các định luật cơ bản
1.Định luật Lambert

Ta có:   



 
Bỏ qua phần năng lượng tán xạ, phản xạ. Lấy tích phân hai
vế:












     

 
Suy ra:
  




Nội dung: Khi độ dày của lớp môi trường tăng theo cấp số
cộng thì cường độ sáng giảm theo cấp số nhân.


2. Định luật Beer

Cak .
Cba
I
I
log
0


lg3,2ln 
HÖ sè hÊp thô %
Nång ®é (g/l)

§é nghiªng =a.b
A=a.b.C
1
2
HÖ sè truyÒn qua (%)
Nång ®é (g/l)
0
20
40
60
80
100
Hệ số hấp thụ và hệ số truyền qua phụ thuộc vào nồng độ


Kortum và Sieler cho thấy định luật Beer chỉ
áp dụng được khi nồng độ thấp.
Hệ số hấp thụ riêng a phụ thuộc vào chiết
suất môi trường và nồng độ.



Tại C=10exp (-3) chiết suất không thay đổi.
Như vây, khi phân tích dung dich ở nồng độ
cao cần có hiệu chỉnh

22
0
)2( 

n
n
aa
III. Độ chính xác khi đo phổ hấp thụ

Cấp chính xác cho biết kết quả đo gần bằng giá trị
chấp nhận. Còn sai số mô tả tính lặp lại của phép đo.
Cấp chính xác thờng đợc xác định bằng cách so sánh
thông năng dI qua khẩu độ gắn vào mẫu và đợc đóng
mở tại các điểm khác nhau trong quá trình hiệu chỉnh.
Các thông số của hệ đo ảnh hởng tới cấp chính xác là:


- Độ rộng khe: nếu khe rộng quá, giải thông sẽ rộng
hơn giá trị thực. Còn nếu quá hẹp sẽ khó phân biệt
tín hiệu với mẫu.
- Tốc độ quét quá nhanh cũng gây ra lỗi, đỉnh của
phổ sẽ bị dịch về vùng bớc sóng thấp.
- Cấp chính xác của bớc sóng, cần phải hiệu chỉnh
trớc khi đo để đạt đựơc bớc sóng tiêu chuẩn.
- Sự lệch chùm sáng là nguyên nhân chính gây mất
chính xác đặc biệt là khi chùm sáng yếu. Nguyên
nhân là do ánh sáng bị tán xạ do bụi hoặc ẩm mốc ở
bề mặt các dụng cụ quang học.
HÖ sè h©p thô thùc sù khi kh«ng cã hiÖn tîng
lÖch tia s¸ng ®îc x¸c ®Þnh nh sau:

I
s
: cêng ®é ¸nh s¸ng bÞ hÊp thô bëi mÉu chuÈn
s
s
apperent
II
II
A



0
log
IV. Sai số phép đo


 Sai sè cña hÖ sè truyÒn qua : ∆T
 Sai sè cña cêng ®é ¸nh s¸ng : ∆I
 Sai sè cña nång ®é : ∆C
• C¸c sai sè nµy suÊt hiÖn khi bÞ nhiÔu khi ®o.
• Gi¸ trÞ cña sai sè trong kho¶ng 0,01 ÷ 0,002
trªn toµn bé thang ®o.

I.Cơ sở lý thuyết
Sai sè t¬ng ®èi cña nång ®é:
• Theo ®Þnh luËt Beer :

→

ab
T
I
I
abab
A
C lglog
1
0

)(
434,0
I
dI
ab
C 
TabdT
dC 434,0

)(
434,0
I
dI
AC

dC

V.Các phương pháp định lượng
1. Phương pháp so mầu bằng mắt
Có các cách chủ yếu để định lượng theo phương pháp
so mầu bằng mắt đó là: lập dãy mầu chuẩn, chuẩn độ
so sánh mầu và cân bằng mầu. Phương pháp cho kết
quả với độ chính xác không cao, tuy nhiên rất đơn giản
không cần máy đo phổ. Phương pháp thích hợp trong
việc kiểm tra ngưỡng cho phép của chất nào đó trong
một sản phẩm cụ thể xem có đạt hay không.

2. Phương pháp đường chuẩn
Phương trình cơ bản của phép đo định lượng theo phổ UV−Vis là:
• A= ε. l. C (ε. l = const vậy A = f(C) hàm bậc nhất)
Bằng cách chuẩn bị một dãy dung dịch mầu có nồng độ tăng dần và biết chính
xác trước C
1
, C
2
, C
3
,… (thường là 5−7 nồng độ nằm trong vùng tuyến tính của
mối quan hệ A−C) và dung dịch mầu của chất cần xác định nồng độ trong
cùng điều kiện phân tích như dãy dung dịch chuẩn. Nghiên cứu chọn điều kiện
phù hợp nhất đo phổ của các mẫu chuẩn và mẫu phân tích như các thông số về
thời gian, môi trường, loại cuvet… Đo độ hấp thụ quang của các dung dịch
chuẩn, dựng đường chuẩn theo hệ tọa độ A−C sau đó đo độ hấp thụ quang của
dung dịch chất mầu cần xác định nồng độ (giả sử là A
x

), rồi áp vào đường
chuẩn ta sẽ có nồng độ C
x
tương ứng với nồng độ chất cần xác định.



Đồ thị chuẩn A-C và cách xác định nồng
độ từ A
x
đo được
Phương pháp rất tiện lợi để phân tích hàng loạt mẫu của cùng một chất
trong một loại đối tượng nghiên cứu, nhanh chóng, hiệu suất cao.
3. Phương pháp thêm chuẩn
Nguyên tắc :
Lấy cùng 1 lượng dung dịch cần phân tích 

vào 2 bình định mức 1 và 2.
Thêm vào bình 2 một lượng dung dịch chuẩn của chất phân tích 

.Thực
hiện phản ứng hiện màu ở cả 2 bình trong các điều kiện thí nghiệm thích hợp
hoàn toàn như nhau.Đem đo D của 2 dung dịch ở 

. Theo định luật
Lambert – Beer với 



ta có:










 


Trong đó: 

là mật độ quang của dung dich không thêm.


là mật độ quang của dung dich sau khi thêm.
Dùng phương pháp này có thể loại trừ được ảnh hưởng của các chất lạ, đồng
thời có thể kiểm tra được độ chính xác của phép phân tích

VI. Hệ đo Phổ UV-VIS

1.Nguyên lý


Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo quang
1. Nguồn sáng: cung cấp bức xạ ánh sáng vùng trông thấy thì dùng đèn
sợi đốt Vonfram; vùng tử ngoại: dùng đèn hydro, deteri, thuỷ ngân…
2. Hệ tán sắc: hệ tán sắc có nhiệm vụ biến chùm tia đa sắc thành chùm tia

đơn sắc (cung cấp bức xạ đơn sắc). Với các máy thế hệ cũ sử dụng từ 10 tới
12 kính lọc ánh sáng cho dải phổ hẹp chứ không cho hệ đơn sắc. Các máy
hiện đại hơn thì sử dụng lăng kính để cho ánh sáng đơn sắc. Các máy UV-Vis
thế hệ mới sử dụng cách tử (1200−1800 vạch/mm có khi tới 2400 vạch/mm)
có độ phân giải cao từ 1 tới 0,2nm.
3. Mẫu phân tích: chất phân tích có thể cho tác dụng với một thuốc thử
trong môi trường thích hợp nhằm tạo phức chất có độ nhạy đảm bảo tính
định lượng của phương pháp. Nếu chất phân tích là chất khí thì phải chứa
mẫu vào cuvet đóng kín. Cuvet dùng cho phổ UV phải là cuvet thạch anh.
Cuvet dùng cho phổ Vis có thể là cuvet nhựa hoặc cuvet thuỷ tinh
4. Detector: trong các máy đơn giản dùng tế bào quang điện để chuyển tín
hiệu quang thành tín hiệu điện rồi cho qua bộ khuếch đại hiển thị kết quả đo.
Trong các máy thế hệ mới có độ nhạy cao thường dùng detector dạng ống
nhân quang hoặc loại chuỗi diot (DAD). Detector chuỗi diot thích hợp cho
việc đo đồng thời nhiều cấu tử với nhiều bước sóng khác nhau, thiết bị khá
bền

2.Nguyên tắc
Phổ hấp thụ UV-VIS là phổ hấp thụ của các chất tan ở trạng thái dung
dịch dồng thể của một dung môi nhất định như : nước, metanol,
benzen, toluen, cloroform …Vì thế, muốn thực hiện phép đo phổ này ta
phải :
 Hòa tan chất phân tích trong một dung môi phù hợp
 Chiếu vào dung dich mẫu chứa hợp chất cần phân tích 1 chùm bức
xạ đơn sắc có năng lượng phù hợp để cho chất phân tích hay sản
phẩm của nó hấp thụ bức xạ để tạo ra phổ hấp thụ UV-VIS của nó.
 đo cường độ của chùm sáng sau khi đã qua dung dịch mẫu nghiên
cứu

Máy đo UV-VIS 3101

3. Dụng cụ đo phổ
Mô hình máy phổ hấp thụ laser diot điều khiển được: Delta F 700 Series.