Tổng quan về cơ sở lý thuyết phương pháp quang

Báo cáo nhóm 1
Đề tài:Tổng quan về cơ sở lý
thuyết phương pháp quang
GVHD : PGS.TS.LÊ VĂN TÁN
SVTH : Phan Duy Bằng
Đặng Hoàng Sơn
Phạm Minh Tuấn
Phan Minh Tuấn
Nguyễn Quốc Tuấn
Phan Đình Hòa


Đại cương về phân tích trắc quang








Cơ sở lý thuyết miền phổ
Phổ điện từ
Năng lượng của các miền phổ
Cơ sở hóa học của màu sắc – Sự tương tác của ánh sáng với vật
chất
Các phương pháp nguyên cứu quang học
Phương pháp trắc quang phân tử
Phương pháp trắc quang nguyên tử
Phương pháp phổ tử ngoại và khả kiến UV-VIS
Và một số phương pháp khác

Độ nhạy của phương pháp trắc quang


Cơ sở lý thuyết miền phổ




Các bức xạ điện từ bao gồm: ánh sáng nhìn thấy,
các tia tử ngoại hồng ngoại, tia rontgen(tia X), tia
y , sóng radio…có bản chất hai mặt vừa có tính
chất sóng, vừa có tính chất hạt
Các dao động được đặc trưng bằng các bước sóng
γ hay tần số v . chính thành phần vecter điện
trường của các bức xạ tương tác với các nguyên tử
hoặc phân tử gây nên hiệu ứng phổ hấp thụ
nguyên tử hoặc phân tử cũng như một số hiệu ứng
thứ cấp khác đối với phân tử hoặc nguyên tử .


Máy khối phổ


Cơ sở lý thuyết miền phổ


Bản chất bức xạ điện từ


Năng lượng của các miền phổ

Năng lượng E của photon được biểu
diễn bằng phương trình Planck:
E = hv
v : tần số dao động điện từ
h =6,62.10-27 erg.sec:hằng số Planck


Năng lượng của các miền phổ






Tần số dao động của ánh sáng (tính bằng sec) và
độ dài sóng (cm) liên hệ với nhau bằng biểu thức

λ
=
C

v

C: tốc độ ánh sáng
C = 3.1010cm/sec = 3.1017nm/sec

3.1017
v =
λ
( nm)

Năng lượng của các miền phổ


Trong phân tích quang phổ hấp phụ ít khi dùng
đại lượng v(sec-1) mà thường dùng số sóng (cm1) là số bước sóng trong 1cm

⇒

1
vλ (cm) = 1 → v =
λ (cm)

⇒

7

10
λ (nm) =
−1
v(cm )


Năng lượng của các miền phổ






Như vậy giữa độ dài sóng (nm), số sóng (cm-1) và
năng lượng photon có mối liên hệ với nhau.
Từ (1.1) và (1.3) năng lượng của photon ở các miền
phổ khác nhau là:

hc 6,62.10−27.3.1017
E (erg ) = hv = =
λ
λ

Nếu quy về kcal trong mol thì:

2,84.109
E ( kcal / mol ) =
λ(nm)


Năng lượng của các miền phổ
Các photon ở miền bước sóng ngắn có năng lượng
lớn. Năng lượng photon ở miền phổ tử ngoại và
khả kiến xấp xỉ bằng năng lượng liên kết
Các dao động điện từ có thể chuyển các electron
liên kết các nguyên tử trong phân tử sang trạng
thái kích thích. Các liên kết càng bền thì chỉ bị kích
thích bởi những photon có năng lượng lớn (vùng
tử ngoại xa) các liên kết càng kém bền thì càng dễ
bị kích thích.

Năng lượng của các miền phổ


Tần số dao động của ánh sáng (tính bằng sec) và
độ dài sóng (cm) liên hệ với nhau bằng biểu thức
C: tốc độ ánh sáng
C = 3.1010cm/sec = 3.1017nm/sec

3.1017
v =
( nm)

λ


Cơ sở hóa học của màu sắc –Sự
tương tác của ánh sáng với vật chất


Cơ sở hóa học của màu sắc
Xung quanh chúng ta là một thế giới màu sắc. Nhưng tại
sao các chất lại có màu?
Tại sao màu sắc của các chất lai khác nhau ?
Ta có thể thấy được màu sắc là một lĩnh vực vô cùng lí
thú của hóa học. Đối với mỗi chúng ta có thể đây còn là
một vấn đề khá mới mẻ. Các chất có màu đã tạo cho
cuộc sống con người và cảnh vật tự nhiên những màu
sắc kì diệu, mà việc mô tả và ca ngợi chúng là không có
điểm dừng.

Cấu tạo phân tử và màu sắc



Màu sắc của chất gắn liền với thành phần hóa học
và cấu tạo phân tử của chúng. Màu sắc của chất có
liên quan đến tính linh động của electron trong
phân tử và khả năng di chuyển của electron lên
các mức còn tự do, khi hấp thụ lượng tử ánh sáng.


Cơ sở hóa học của màu sắc

Khi các electron ở mức năng lượng ban đầu càng linh động thì chúng càng nhạy
cảm với ánh sáng


Cơ sở hóa học của màu sắc


Các electron chuyển động khá tự do. Vì thế, nếu trong
nguyên tử có electron độc thân thì sự nhạy cảm với ánh
sáng càng lớn, tạo nên các chất có màu đặc trưng. Đó là
trường hợp của các nguyên tố d thuộc nhóm chuyển tiếp
trong bảng tuần hoàn.



Nếu khi chiếu sáng vào một chất mà trong phân tử chất

không có sự di chuyển electron giữa các mức năng lượng,
thì các sóng ánh sáng bị chất hấp thụ hoàn toàn. Năng
lượng ánh sáng chất đã hấp thụ chỉ làm tăng năng lượng
dự trữ trong phân tử chất. Trường hợp này không có tia
sáng nào bị phản xạ. Chất sẽ có màu đen.


Cơ sở hóa học của màu sắc




Khi cấu trúc trong phân tử tạo điều kiện phản xạ hoàn toàn
các sóng ánh sáng thuộc miền trông của trong quang phổ
ánh sáng Mặt Trời, thì chất có màu trắng hoặc không màu,
do sự hòa trộn trở lại của tất cả các tia sáng bị phản xạ trở
lại.
Khi nói đến màu sắc , chúng ta cần lưu ý rằng: Không
chất nào có màu “tự thân” của nó, mà màu của chất là kết
quả của sự hòa trộn màu của các tia sáng mà nó phản xạ.
Còn cấu trúc electron trong phân tử thì quyết định khả
năng hấp thụ và phản xạ các sóng ánh sáng của chất, dù là
kim loại, các hợp chất vô cơ hay hữu cơ, thì sự xuất hiện
màu sắc ở chúng là kết quả của sự tương tác giữa lượng tử
ánh sáng với electron trong nguyên tử hay phân tử của
chúng.


Cơ sở hóa học của màu sắc


Tuy nhiên, do trạng thái electron trong nguyên tử kim
loại hay phi kim, trong phân tử chất vô cơ hay hữu cơ
là không giống nhau, nên cơ chế xuất hiện màu ở
chúng cũng có những điểm khac nhau. Khi thành phần
hóa học hay cấu tạo phân tử bị thay đổi kéo theo sẽ
ảnh hưởng đến trạng thái electron trong phân tử ,
khiến khả năng hấp thụ photon thay đổi nên màu sắc
các chất cũng thay đổi.


Cơ sở hóa học của màu sắc
MÀU CỦA PHỨC CHẤT


Khi đề cập đến các chất màu vô cơ mà không kể
đến phức chất là chưa đầy đủ, bởi đây là loại hợp
chất có màu sắc đặc trưng, được tạo thành giữa
các nguyên tố d với các nguyên tử hay nhóm
nguyên tử khác. Thêm vào đó phức chất màu còn
là nguyên liệu quan trọng để chế các loại sơn, sản
xuất ,mực trong ngành in,…cho ra sản phẩm quen
thuộc với mỗi chúng ta


Cơ sở hóa học của màu sắc


Cơ sở hóa học của màu sắc
Như chúng ta thấy, dù kim loại, các hợp chất vô cơ

hay hữu cơ, thì sự xuất hiện màu ở chúng đều là kết
quả của sự tương tác giữa các lượng tử ánh sáng với
electron trong nguyên tử kim loại hay phi kim, trong
chất vô cơ hay hữu cơ là không giống nhau, nên cơ
chế xuất hiện màu ở chúng cũng có những điểm
khác nhau. Khi thành phần hóa học hay cấu tạo
phân tư chất bị thay đổi, kéo theo sẽ ảnh hưởng đến
trạng thái của electron trong phân tử, khiến khả
năng hấp thụ photon thay đổi và hiển nhiên màu sắc
của chất bị thay đổi.


SỰ TƯƠNG TÁC CỦA ÁNH SÁNG VỚI
VẬT CHẤT


SỰ TƯƠNG TÁC CỦA ÁNH SÁNG VỚI VẬT CHẤT
TƯƠNG TÁC CỦA
ÁNH SÁNG VỚI
VẬT CHẤT

QUANG HÓA

PHÁT QUANG

CHUYỂN ĐỘNG
NHIỆT


SỰ TƯƠNG TÁC CỦA ÁNH SÁNG VỚI

VẬT CHẤT
Quang hóa:
Năng lượng tỏa ra gây nên sự biến đổi tính chất
hóa học của các chất.Ít được sử dụng trong phân
tích trắc quang.
Vd:AgCl bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng.
2AgCl →2Ag + Cl2
Hoặc như uranyl oxalat (UO2C2O4) bị phân
hủy dưới tác dụng của ánh sáng…


SỰ TƯƠNG TÁC CỦA ÁNH SÁNG VỚI
VẬT CHẤT
Phát quang:
Năng lượng giải tỏa ra dưới dạng ánh sáng.Ứng dụng rộng
rãi trong phân tích định lượng và định tính,là cơ sở của
phân tích phát quang.
Các trường hợp xảy ra:
 Chất hấp thụ năng lượng của photon là hv1 thì lại giải tỏa
ra một năng lượng đúng bằng hv1.Hiếm xảy ra.
 Chất hấp thụ năng lượng hv1,sau đó một phần giải tỏa
dưới dạng năng lượng (ΔE).Còn lại giải tỏa dưới dạng bức
xạ có năng lượng hv2.
hv1>hv2 →v1>v2→ λ2> λ1
Ánh sáng bức xạ bao giờ cũng có bước sóng dài hơn ánh
sáng hấp thụ.


SỰ TƯƠNG TÁC CỦA ÁNH SÁNG VỚI
VẬT CHẤT

Sự chuyển hệ electron từ trạng thái kích thích
về trạng tái không kích thích chỉ phụ thuôc
vào cấu trúc phân tử và những mức năng
lượng nội tại đặc trưng của phân tử.
Thông thường ánh sáng bức xạ có λ2 bao
giờ cũng lớn hơn λ1 của ánh sáng hấp
thụ:quy luật Stock.ngược lại là phản Stock.


SỰ TƯƠNG TÁC CỦA ÁNH SÁNG VỚI
VẬT CHẤT