Các phương pháp phân tích đo quang pptx

Các phương pháp phân
tích đo quang
Phương pháp phân tích đo quang nằm trong nhóm các phương pháp
phân tích bằng công cụ có nhiệm vụ nghiên cứu cách xác định các chất dựa
vào việc đo đạc tín hiệu bức xạ điện từ và tác dụng tương hỗ của bức xạ này
với các chất nghiên cứu.
Phương pháp phân tích đo quang được dùng để khảo sát một khoảng bức xạ
điện từ rộng, từ tử ngoại tới hồng ngoại, các vùng có bước sóng bé hơn nữa
như tia X, hoặc các vùng co bước sóng lớn như cộng hưởng spin-electron,
sóng viba, cộng hưởng từ hạt nhân
Tronglịch sử khoahọc: cácnhà triếthọc Hy lạpcổ đại xemánh sángnhư các
tia truyền thẳng
Vào thế kỷ thứ 17, nhiều nhà khoahọc Châu Âu tinvào giả thuyết: ánhsánglà một
dòngcáchạt rấtnhỏ , một số nhà khoahọc kháclại tin rằng:ánh sánglàsóng, và
nó được truyền đi trongmôi trườngchứa đầy ete.
Sau khi lý thuyết sóngvà lý thuyết hạt ra đời, lýthuyết điệntừ củaJames Clerk
Maxwellnăm 1865, khẳng địnhlại lần nữatính chất sóngcủa ánh sáng.Đặc biệt, lý
thuyết này kết nối cáchiện tượng quang học với cáchiện tượng điện từ học, cho
thấyánhsáng chỉ là một trường hợp riêng của sóng điện từ.
Các thí nghiệm sau này về sóng điệntừ, như củaHeinrich RudolfHertz năm 1887,
đều khẳng định tính chínhxác của lý thuyết của Maxwell
Như vậy ánh sáng được mô tả theo tính chất tínhchất sóng điện từ và theo tính
chất hạt. Trong quang phổ học: ánhsángnhìn thấy, tiahồng ngoại, tia tử ngoại, tia
X, sóng radio… đều được chỉ bằng 1 thuật ngữ chung đó là bức xạ điện từ, chúng
chỉ khácnhauvề độ dài sóng (bướcsóng).
Khi môtả tínhchất sóngngười ta dùng các thuậtngữ bướcsóng, băngtần.
Bức xạ điện từ mô tả theo tính chất sóng có thể đượchình dung như một tổ hợp
các trườngdao động điện E và một từ trường M vuông góc với nhauvà chuyển
động với vậntốc không đổitrong môi trường nhấtđịnh.
Bước sóngλ là khoảngcáchgiữa 2 đỉnhsóng kề nhau. Đơn vị hay được sử dụnglà

nanomethay đơnvị Angstron
Tần số ν làsố lần đếm được đỉnh sóng đi qua một khoảngkhông giannhất định
trong một đơn vị thời gian. Đơn vị là Hz(Hec) biểuthị số peak đi quamỗi giây.
Quan hệ giữa tần số và bước sóng:bước sóngλ (cm/peak) . tần số ν (pic/s) =vận
tốc c (cm/s)
Tính chất hạt: được môtả dưới dạng những đơnvị nănglượng mangtên photon.
Năng lượngPhoton gắn liền với sóng điện từ tỷ lệ thuận với tần số sóng, ký hiệulà
E
E = h. ν (h:hằng số Planck cógiá trị bằng6,6260693.10E-34 J.s = 6,6260693.10 E-
27 ec.s
Tương tác của bức xạ điện từ với một chất cóthể được biểu hiện một cách đại
cương ở hai quá trình:
- quátrình hấp thụ, trong trườnghợp bức xạ điện từ tớitừ nguồn bị chất nghiên
cứu hấp thụ vàcường độ bức xạ giảm đi. Quá trìnhhấp thụ thường xảy rakhi phân
tử chấtnghiên cứu ở trạng thái năng lượng điện tử thấp nhất (trạng thái cơ bản)
nên cókhả năng hấp thụ nănglượng của bức xạ điện từ
- Quá trìnhphát xạ, trong trường hợp chất nghiên cứu cũng phát rabức xạ điện từ
và vì vậy sẽ làm tăngcường độ bức xạ phát ra từ nguồn. Có nghĩa nhữngphân tử ở
trạngthái kích thíchvà những phân tử này trở lại trạng thái cơ bản và khi đó phát
ra bứcxạ điện từ khiến chocường độ bức xạ điện từ tăng lên trong quá trìnhphát
xạ.
2. Các đại lượng đo bức xạ điện từ
* Độ dài sóng(bước sóng)λ: Bướcsóng làkhoảng cáchgiữa hai đỉnhsóng(điểm
mà sóngđạt giá trị lớn nhất), hoặctổngquát làgiữa hai cấu trúc lặp lại của sóng,
tại mộtthời điểm nhất định.
Để biểuthị độ dài sóng ở vùngradiongười ta hay dùng thứ nguyên là mhoặc cm;
ở vùnghồng ngoạidùng micromet;ở vùng tử ngoại, khả kiến dùngnanomet(nm);
ở vùngRongen dùngAngstron…
Sự liênhệ các đơn vị đó như sau: 1cm =10E8 Å = 10E7 nm =10E4 µm
* Tần số ν: là số lần cùng mộthiện tượng lặplại trên mộtđơn vị thời gian (giây).

Trong1 giây bức xạ đi đượcc cm(c=2,9970.10E10 cm/s) và bước sónglà λ cm vậy:
ν .λ = choặc ν =c/ λ
Như vậy đơn vị đo tần số là nghịch đảođơn vị đo thời gian. Trong hệ đolường
quốc tế, đơnvị nàylà Hz đặttên theo nhà vậtlý Đức, HeinrichRudolf Hertz.1 Hz
cho biết tầnsố lặplại củasự việc đúngbằng 1 lầntrong mỗi giây:1Hz=1/s
Đại lượng này hay đượcsử dụng trong ppcộnghưởng từ hạt nhân (NMR) với tần
số cỡ vài trăm MHz
* Số sónglà số nghịch đảo củabước sóng,Số sóng tỷ lệ thuậnvới tần số và được
dùng để cónhữngsố đonhỏ hơnsố đotần số. thứ nguyên là cmE-1theo danh
pháp IUPACđược gọi là kaizer, viết tắtlàK. 1000cmE-1=1000K=1kK(kilokaizer).
* Năng lượngcủa bức xạ: Năng lượng của bức xạ điện từ khôngliên tục,chúng hấp
thụ hayphát xạ mộtcách giánđoạn, từng lượngnhỏ nguyên vẹn gọi làlượngtử
năng lượng.Ta có:
E = hv =hc/λ
(chú ý chuyển đổi cácđơn vị nănglượng: 1 ec= 10E-7 J= 2,3884.10E-8cal =
0,6241.10E12eV)
Và vì phân tử hấpthụ từng lượng tử nănglượng nên biến thiên nănglượng cũng
được tínhtương tự:
ΔE = hv= hc/λ
3. Phổ điện từ (The Electromagnetic Spectrum)
Bứcxạ điện từ bao gồm một dải cácsóng điệntừ có bước songbiến đổi trong
khoảng rộng: cỡ m (sóng radio) tới cỡ Angstron (tia X) toàn bộ cácdải sóng được
chiathành cácvùngphổ khácnhau
Trongmỗi vùng phổ này vớiKHCN phát triển người ta tách được nhữngbước sóng
chỉ sai khácnhau cỡ 1-0,1nm nhờ cáccông cụ đặc biệt như cách tử, lăng kính và
gọi là bức xạ đơn sắc
Theo thuyết hạt, bức xạ đơn sắc chỉ bao gồm 1 loại photoncónăng lượng giống
nhau;còn bức xạ đa sắc bao gồm các loại photoncó năng lượng khác nhau