BÀI GIẢNG PHÂN TÍCH CÔNG cụ

Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

BÀI GIẢNG PHÂN TÍCH CÔNG CỤ

GVGD: Lương Công Quang

Trang 1


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

MỞ ĐẦU
Hóa học phân tích đóng một vai trò rất quang trọng và có thể nói đóng vai trò sống
còn đối với sự phát triển các môn hóa học khác cũng như các ngành khoa học khác, các lĩnh
vực của công nghệ, sản xuất và đời sống xã hội. Chỉ cần đơn cử một thí dụ: Muốn tổng hợp
một chất mới rồi nghiên cứu các tính chất cũng như những ứng dụng của nó nhất thiết phải
sử dụng các phương pháp thích hợp để xác định thành phần nguyên tố, mức độ tinh khiết,
xác định cấu trúc của nó. Chính vì thế Engel đã từng nói:” Không có phân tích thì không
thể có tổng hợp”.
Hoá học phân tích công cụ là môn khoa học về các phương pháp xác định định tính
và định lượng của các chất và hỗn hợp của chúng. Như vậy, hoá phân tích bao gồm các
phương pháp phát hiện, nhận biết củng như các phương phương pháp xác định hàm lượng
của các chất trong các mẫu cần phân tích. Để tiến hành phân tích định tính cũng như phân
tích định lượng các chất, đặc biệt khi phân tích các chất trong các mẫu có thành phần phức
tạp, người ta thường phải sử dụng các phương pháp tách chất một cách thích hợp.
Do có tầm quan trọng như vậy, nên một loạt các chuyên ngành của khoa học phân tích
đã ra đời và ngày càng phát triển mạnh như: Phân tích môi trường, phân tích khoáng liệu,

phân tích hợp kim, kim loại, phân tích lâm sàng, phân tích dược phẩm, phân tích thực
phẩm…
Tùy thuộc vào bản chất của các phương pháp phân tích mà người ta chia chúng thành
các nhóm chủ yếu sau:
+ Nhóm các phương pháp hóa học: Nhóm phương pháp hóa học người ta sử dụng chủ
yếu các phản ứng hóa học ( thường gọi là các phản ứng phân tích ) và những dụng cụ thiết bị
đơn giản để phân tích các chất. Các phương pháp hoá học là cơ sở để phát triển các phương
pháp phân tích hiện đại.
+ Nhóm các phương pháp vật lý và hóa lý: Nhóm các phương pháp vật lý và hóa lý
người ta sử dụng các thiết bị máy móc phức tạp để đo hoặc ghi những đại lượng vật lý và
hóa lý như cường độ vạch quang phổ phát xạ nguyên tử, cường độ phân rã phóng xạ hạt
nhân nguyên tử, điện thế cân bằng của các điện cực nhúng vào dung dịch phân tích, cường
độ dòng khi điện phân chất phân tích…
Mặc dù có nhiều cố gắng, nhưng không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự đóng
góp ý kiến của các thầy cô đồng nghiệp cũng như lãnh đạo nhà trường, để quyển tài liệu
giảng dạy hoàn thiện tốt hơn, đáp ứng nhu cầu của sinh viên và yêu cầu của nhà trường.
Xin chân thành cảm ơn

GVGD: Lương Công Quang

Trang 2


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

I. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU MÔN HỌC
Trang bị cho sinh viên cơ sở lý thuyết các phương pháp phân tích công cụ. Đa số các
phương pháp thuộc nhóm này là các phương pháp hiện đại nhằm đáp ứng những yêu cầu

ngày càng cao của khoa học, kỹ thuật và đời sống hiện đại. Sự ra đời và phát triển của các
phương pháp này là sự kết hợp những thành tựu của khoa học phân tích. Các phương pháp
này có một loạt yêu điểm nổi bật như phép xác định một cách tự động hoặc bán tự động
những lượng nhỏ, cực nhỏ các chất vô cơ cũng như hữu cơ. Trong nhiều trường hợp các
phương pháp công cụ hiện đại cho phép xác định cấu trúc phân tử phức tạp ( các phức chất
các chất hữu cơ).
Tuy vậy, để nắm vững đầy đủ nguyên lí, bản chất và sử dụng thành thạo các phương
pháp này phải nắm vững cơ sở lí thuyết của các loại phản ứng phân tích và phương pháp hóa
học phân tích.
Sinh viên phải nắm vững những kiến thức cơ bản nhất về lý thuyết hoá học phân tích,
nắm được bản chất của phương pháp phân tích vừa phát huy được óc tư duy hóa học và biết
cách áp dụng sáng tạo các quy trình phân tích vào việc giải quyết tốt các yêu cầu thực tiễn và
thu được kết qủa tốt trong nghiên cứu khoa học nhanh chóng hòa nhập với nền hóa học ngày
càng phát triển hiện nay.

II. NỘI DUNG MÔN HỌC

GVGD: Lương Công Quang

Trang 3


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

PHẦN I
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ NGUYÊN TỬ
CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP
I. Vài nét về lịch sữ

Ra đời năm 1666 Newton thấy ánh sáng mặt trời chiếu qua lăng kính tạo các tia đơn
sắc và xem lăng kính là một cơ cấu đơn giản và thô sơ của màng quang phổ.
Năm 1860 hai nhà bác học Bunen(nhà hóa học) và Kirrchoff (nhà vật lý) đã phối hợp
chặc chẽ tạo ra máy quang phổ gồm có các bộ phận như sau:
+ Nguồn kích thích: đèn Bunsen
Phân tử  nguyên tử  hơi nguyên tử  ion hóa
+ Lăng kính thuỷ tinh: Do Kirrchoff chế tạo
Khi phun dung dịch chất cần xác định vào ngọn lữa ở vùng Plasma ( vùng nhiệt độ rất
cao) thì mỗi một nguyên tố hóa học sẽ cho một vạch quang phổ đặc trưng. Vì vậy sự xuất
hiện những vạch lạ chứng tỏa có nguyên tố lạ chưa được khám phá, nhờ phương phá này
hàng loạt các nguyên tố hoá học được khám phá ra. Vào năm 1861 chính 2 nhà bác học này
phát hiện ra Cd, Rd khám phá ra ,1863 phát hiện ra In, 1865 phát hiện ra Ga, 1868 phát hiện
ra He. Cuối thế kỹ 19 phát hiện Ar, Ne, Xe, Kr, đầu thế kỹ 20 phát hiện ra các nguyên tố đất
hiếm.
Sang thế kỹ 20 người ta bắt đầu thành công trong việc dùng phương pháp này để
phân tích định lượng và thiết lập ra bảng vạch các nguyên tố kèm theo các điều kiện thích
hợp để phân tích các nguyên tố đó.
Từ đó trở đi phương pháp phân tích quang phổ phát xạ đã trở thành một phương pháp
không thể thiếu được trong phòng thí nghiệm và cơ sở nguyên cứu. Vì cấu trúc quang phổ là
biểu hiện cấu trúc nguyên tử cho nên quang phổ hoàn toàn xác nhận được, sự phụ thuộc của
nguyên tố tạo ra nó trong các đối tượng cần xác định, ứng dụng điều đó để phân tích định
tính, mặt khác do cường độ của vạch quang phổ phụ thuộc vào số lượng nguyên tử phát sáng
tạo ra, cho nên từ trị số cường độ và độ đen của các vạch ta sẽ suy ra được nồng độ của các
nguyên tố cần xác định và ta ứng dụng điều này để phân tích định lượng.
Phương pháp phân tích bán định lượng nhằm xác định hàm lượng một chất trong điều
kiện đồi hổi không chính xác (sai số lớn).
II. Định nghĩa và phân loại
Các phương pháp phân tích quang học được hình thành dựa trên tính chất phát xạ ho?c
hấp thụ ánh sáng thì nó có trên gọi chung là phương pháp phân tích quang phổ.
-

Phương pháp phân tích quang phổ gồm có 2 phần:

+ Phương pháp quang phổ phát xa.
GVGD: Lương Công Quang

Trang 4


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

+ Phương pháp quang phổ hấp thụ.
1. Quang phổ phát xạ
Hiện tượng phát xạ xãy ra trong hệ nguyên tử có sự biến thiên nội năng tức là khi các
điện tử từ trạng thái cơ bản nó sẽ nhận một năng lượng nào đó và sẽ chuyển lên trạng thái
kích thích (Ethấp → Ecao) không bền tồn tại 10-8 giây sau đó trở về trạng thái có mức năng
lượng thấp và phát ra một bức xạ điện từ.
Nếu dùng một hệ thống quang học để tách chùm bức xạ ra thành những tia đơn sắc thì
ứng với mổi tia đơn sắc sẽ tạo nên một vạch quang phổ và loại quang phổ này gọi là phổ
phát xạ. Thu được phổ phát xa, trong phổ phát xạ có 3 loại:
a. Phổ vạch
Xuất hiện khi kích thích các nguyên tử hay ion ở trạng thái hơi, bức xạ này đo sự biến
thiên năng lượng eletron của nguyên tử hay ion không tương tác lẩn nhau phát ra, mỗi tia sẽ
ứng với một bức xạ xác định và gián đoạn λ1 , λ2 ... vì vậy trên kính ảnh sẽ thu được một
quang phổ gồm những vạch riêng biệt, ứng với những bước sóng đó.
b. Phổ đám
Là do các nguyên tử được kích thích phát xạ nó được tạo thành với 3 loại năng lượng
biến thiên.

+ Năng lượng Eletron, Năng lượng dao động và năng lượng quay
Các năng lượng này có giá trị lệch nhau rất ít nên phổ của chúng gần như là chập vào
nhau, chỉ có những máy quang phổ có năng suất phân giải cao thì mới tách chúng ra được.
Còn đối với những máy quang phổ thường thì chúng sẽ nhận một phổ đám.
c. Phổ liên tục
Do các chất rắn cháy sáng phát ra như dây tóc bóng đèn, các mức năng lượng hoàn
toàn sát nhau, nên bức xạ của chúng là liên tục và kế tiếp nhau và không có máy quang phổ
nào tách rời chúng ra được.
Trong 3 loại quang phổ trên thì chỉ có phổ vạch là thích hợp cho việc dùng phân tích
định tính và định lượng một cách chính xác.
2 . Quang phổ hấp thụ
Khi chiếu sáng liên tục vào môi trừng vật chất, thì các nguyên tử hay phân tử của môi
trường sẽ hấp thụ những tia sáng có bước sóng thích hợp để chuyển lên trạng thái kích thích,
còn chùm sáng đã bị hấp thụ, nếu tiếp tục phân ly qua một hệ thống phân ly quang học thì sẽ
cho ta một quang phổ mà ở đó bước sóng có tia bị hấp thụ sẽ tối. Nếu quang sát bằng mắt,
còn nếu chụp lên kính ảnh thì ở vị trí đó không có các vạch đen.
Kirrchoff đã đưa ra một định luật: Các nguyên tử chưa được kích thích của một nguyên
tố có thể hấp thụ các bức xạ có bước sóng mà khi kích thích chính nó có thể phát ra.
GVGD: Lương Công Quang

Trang 5


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

Căn cứ vào định luật này ta có thể biết được chất hấp thụ, nếu ta biết được bước sóng
của tia bị hấp thụ.

CHƯƠNG 2: QUANG PHỔ NGUYÊN TỬ
I. Tính chất của quang phổ vạch
Các nguyên tử và ion ở trạng thái hơi được kích thích phát ra quang phổ vạch, sơ đồ
quang phổ vạch được phân bố theo cường độ được biểu diển như sau:

Quang phổ vạch gồm nhiều vạch phân bố không hệ thống, số lượng và cường độ của
các vạch quang phổ của nguyên tố phát xạ phụ thuộc vào cấu trúc nguyên tử, vào nồng độ
cũng như điều kiện thí nghiệm mà chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao độ ion
GVGD: Lương Công Quang

Trang 6


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

hoá của nguyên tử càng lớn thì số vạch ion càng nhiều, số lượng vạch quang phổ sẽ tăng
nhưng cường độ của vạch quang phổ sẽ giảm, tương ứng với điều kiện này người ta chia ra
làm 2 loại: Vạch quang phổ nguyên tử và quang phổ ion.
Nếu các nguyên tử trung hòa đựơc kích thích với nguồn năng lượng nghèo chẳng hạn
ngọn lữa đèn khí, hồ quang điện… thì các vạch chủ yếu là vạch nguyên tử hay còn gọi đó là
vạch hồ quang.
Nếu dùng các nguồn năng lượng kích thích có thể cung cấp các năng lượng cao hơn. Ví
dụ dùng tia điện cao thế, thì năng lượng có thể đạt tới giá trị năng lượng ion hoá thì một
hoặc một số Eletron bị đẩy ra khổi nguyên tử và biến nguyên tử thành ion. Nếu tiếp tục cung
cấp năng lượng thì những ion này bị kích thích và sẽ phát sáng, người ta tạo ra quang phổ
ion, cho nên ta không hiểu rằng mỗi một nguồn kích thích chỉ tạo ra một vạch, khi dùng
nguồn kích thích là hồ quang tạo ra một số ion và khi dùng nguồn kích thích vẫn tạo ra một
số vạch nguyên tử.

II. Sự xuất hiện vạch quang phổ
Bình thường các nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản là trạng thái có mức năng lượng
thấp ( E thấp). Khi được cung cấp năng lượng nguyên tử sẽ chuyển lên trang thái kích thích,
tức là trạng thái có mức năng lượng cao, trang thái kích thích không bền chỉ trong thời gian
rất ngắn 18-8s thì các nguyên tử chuyển về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn và cuối
cùng về trang thái cơ bản.
Ứng với mỗi một bước sóng chuyển từ trang thái có năng lượng cao (E c) về trạng thái
có mức năng lượng thấp (Et) nguyên tử sẽ phát ra một điện tử Protron có năng lượng
ε = hν = Ec – Et
Trong đó h là hằng số Plăngk = 6,626.10-27erg.s, tần số hertz ( Hz)
Enrtein đã đưa ra định luật phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa năng lượng biến
thiên với tần số (h) và bước sóng ( λ ) của bức xạ như sau:
E = Ec – Et = hν =

h.c
λ

C: Vận tốc ánh sáng, ở chân không. C = 3. 1010 cm/s
∆Ε
c
=
h
λ

λ=

GVGD: Lương Công Quang

⇒

c
h.c
hay λ =
γ
∆Ε

Trang 7


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

Còn số sóng của bức xạ có tần số sẽ là:ø =

1
λ

∆Ε
γ
Ec − Et
Ec
Et
= =
=
= Tc –Tt
h.c
c
h.c
h.c

h.c

Trong đó :Tc =

Ec
,
h.c

Tt =

Et
gọi là số hạng quang phổ.
h.c

III. Cường độ của vạch quang phổ
Có thể tóm tắc quá trình phân tích mẫu bằng phương pháp phân tích quang phổ như
sau:
Mẫu phân tích biến thành nguồn phát xạ → Phân tích chùm ánh sáng thích hợp thành
những tia đơn sắc → ghi tín hiệu sữ lý kết quả.
Như vậy muốn có vạch quang phổ thì nguyên tử của nguyên tố khảo sát phải được
cung cấp đủ năng lượng, để đi vào trạng thái kích thích rồi mới phát xạ ra nó. Như vậy năng
lượng kích thích sẽ quyết định sự xuất hiện của vạch quang phổ. Còn cường độ của vạch
quang phổ, do số nguyên tử của nguyên tố khảo sát có trong Plasma quyết định.
+ Ở trong plasma: Mẫu phân tích sẽ bay hơi → tiếp tục phân ly thành nguyên tử tcao
→

tcao
tcao
hơi nguyên tử →
 trạng thái kích thích nguyên tử →

 ion hoá.
VD: Fe2O3 tcao
→
 bay hơi tcao
→
 Fe,O tcao
→
 hơi Fe tcao
→
 Fe( trạng thái kích thích)
+
2+
tcao
→
 Fe ; Fe …
Cường độ của vạch quang phổ chỉ được xác định đúng khi trạng thái Plasma ổn định.
Nhiệt độ của Plasma không đồng nhất mà giảm từ trong ra ngoài, cho nên sẽ gây ra sự
chuyển động khếch tán của các hạt. Khi khếch tán các hạt nóng ( các nguyên tử đã được kích
thích) từ trong sẽ được khếch tán ra ngoài. Còn các hạt lạnh (các nguyên tử đã chưa được
kích thích) từ ngoài sẽ được khếch tán vào trong. Khi quá trình khếch tán đạt tới trạng thái
ổn định thì cường độ của vạch quang phổ có thể xem như không đổi.

CHƯƠNG 3: KÍCH THÍCH PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ
I.Yêu cầu của nguồn kích thích
Các nguồn kích thích có chức năng tạo ra plasma. Mẫu phân tích được đưa vào plasma
bằng các phương tiện khác nhau tuỳ theo mẫu là lỏng hay rắn.
Nhiệt độ cao của plasma làm mẫu → Hơi (ở trạng thái hơi), phân tử phân ly thành
nguyên tử và nguyên tử sẽ được cung cấp năng lượng chuyển lên trạng thái kích thích →
phát sáng → trạng thái cơ bản.
Tuỳ theo yêu cầu của phân tích, mà yêu cầu của các nguồn kích thích khác nhau. Nếu

phân tích định tính đồi hỏi nguồn kích thích phải tạo nên một quang phổ mà trên đó có thể
GVGD: Lương Công Quang

Trang 8


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

tìm thấy các vạch phổ đặc trưng của các nguyên tố trong mẫu khảo sát, đồng thời không bị
những vạch khác trùng lẫn cản trở. Dẫn đến nguồn kích thích là hồ quang, thoả mãng được
các yêu cầu này vì nó tạo ra chủ yếu là các vạch quang phổ nguyên tử.
Trong phân tích định lượng: Đồi hỏi nguồn kích thích có độ nhạy thích hợp và có khả
năng lập lại tốt, độ nhạy thích hợp là nguồn kích thích đó cho ta một quang phổ, có cường
độ vạch của các nguyên tố thay đổi phù hợp với nồng độ của chúng và tính chất này dùng
một trong giới hạn nồng độ càng rộng càng tốt.
Độ lập lại tốt: Với những điều kiện thí nghiệm hoàn toàn giống nhau cho ta những
vạch quang phổ có cường độ hoặc tỷ số cường độ là hoàn toàn như nhau.
II. Các loại nguồn kích thích: Có 2 loại nguồn kích thích
- Kích thích có điện cực và kích thích không có điện cực.
+ Trong loại nguồn kích thích có điện cực, người ta sữ dụng các nguồn khi phóng điện.
Hiện nay có 2 loại nguồn khi phóng điện là hồ quang và tia điện
+ Trong loại nguồn kích thích không có điện cực người ta sữ dụng các nguồn lữa đèn
khi các nguồn laze hoặc các nguồn cảm ứng cao tầng.
1. Các nguồn khi phóng điện
a. Các điện cực
Căn cứ vào tính chất và yêu cầu mẫu phân tích mà người ta chọn các điện cực thích
hợp. Nếu mẫu phân tích là kim loại hay các hợp kim thì người ta dùng ngay mẫu phân tích
để làm điện cực, tức là tiện hai thanh giống nhau để làm 2 điện cực và ở giữa hai điện cực

người ta tạo ra sự phóng điện. Còn nếu mẫu phân tích là chất bột ( dẫn điện hoặc không dẫn
điện) nó có thể các oxyt, đất đá hoặc các muối. Người ta nghiền mẫu thành bột sau đó trộn
bột này với cacbon grafit hoặc có thể trộn với các chất phụ gia khác ( thường sữ dụng với
muối của F- ) trộn thật điều rồi chuyển mẫu bột đó vào hốc của điện cực cacbon grafit những
cacbon grafit phải đảm bảo độ tinh khiết hoá trị, chủ yếu chứa C còn các tạp chất khác là rất
nhỏ không thể phát hiện được bằng phương pháp phân tích phổ phát xạ.
Nếu mẫu ở dạng dung dịch người ta trọn bột này vào cacbon grafit rồi sấy khô sau đó
đưa vào hốc của điện cực.
Khi điện áp giữa hai điện cực còn thấp lúc này trong không khí giữa hai điện cực khi
điện áp lớn lên thì một số rất ít các hạt tích điện ban đầu đập vào điện cực làm nóng chúng
và làm nóng khí quyển giữa các điện cực, nên dẫn đến số hạt tích điện tăng lên và đến một
giới hạn nào đó, lúc đó xãy ra sự phóng điện, người ta gọi điện áp đủ để gây ra sự phóng
điện gọi là điện áp đánh thủng (Uđt ). Sau khi có sự phóng điện khi nào không cần đạt tới
giá trị Uđt mà chỉ cần điện áp nhỏ hơn mà vẫn duy trì sự phóng điện gọi là điện áp duy trì
Udt < Uđt. .
Giá trị Udt và Uđt phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai điện cực. Nếu khoảng cách
ngắn thì điện áp này sẽ thấp, ngoài ra điện áp phóng điện còn phụ thuộc vào bản chất hình
GVGD: Lương Công Quang

Trang 9


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

dạng của điện cực và dòng điện xoay chiều hay một chiều, người ta thấy rằng nếu điện cực
nhọn thì điện áp thấp. Nếu điện cực phẳng thí điện áp sẽ cao. Còn nếu dùng dòng điện một
chiều thì Uđt = 200V- 400V, và Udt = 80V. Nếu sữ dụng xoay chiều thì Uđt = 10V- 15KV
và Udt vài tăm vol.

b. Các nguồn khi phóng điện
Các hồ quang điện một chiều, các nguồn kích thích này dùng cho phân tích định tính
rất tốt vì nó chủ yếu tạo ra các vạch nguyên tử và thiết bị của nguồn này là đơn giản. Người
ta thấy rằng các hồ quang điện một chiều nó có ưu điểm là mức năng lượng trung bình và
ứng với các mức năng lượng này, tạo ra các vạch nguyên tử dùng để định tính rất tốt. Trong
loại nguồn này mẫu phân tích được đốt nhiều, nên hầu hết các nguyên tố đều bay hơi để đi
vào trạng thái kích thích.
Nhược điểm: Các điện cực cháy rất nhanh dẫn đến khoảng cách giữa hai điện cực
không được ổn định dẫn đến điều kiện kích thích không ổn đình → độ lập lại không tốt
( mạch đốt + mạch mòi).
Hồ quang điện xoay chiều: Cả hai mạch đốt và mạch mòi đều nói vào mạch xoay
chiều. Các tia lữa điện: Mẫu phân tích thường đặc ở điện cực, ở dưới điện cực trên được gọi
là các đối điện cực.
Mạch của nguồn tia lữa điện được nói với nguồn mạch mòi điện áp 10 -15KV phải
điều chỉnh khoảng cách giữa hai điện cực sao cho đạt giá trị Uđt loại nguồn này có nhược
điểm điện áp đánh thủng bị thay đổi liên tục vì khoảng cách của điện cực củng bị biến đổi.
2. Các loại nguồn không điện cực
Các ngọn lữa đèn khí: Tuỳ theo tính chất của nguyên tố khảo sát cần năng lượng kích
thích mạnh hay yếu mà người ta chọn các hỗn hợp khí thích hợp.
Ví dụ: Hổn hợp khí: H2 + O2 khi cháy cho t0 = 21000C còn hổn hợp khí C2H2 + O2 khi
cháy t0 = 30500C ngoài ra còn dùng butan +O2 …
Ưu điểm của nguồn này là cho phép chọn được nhiệt độ thích hợp bằng cách sử dụng
các hổn hợp khí thích hợp và nhiệt độ của hổn hợp thường được ổn định.
Nhược điểm: Nó chỉ dùng được đối với các nguyên tố để kích thích cường độ của vạch
thay đổi khi thay đổi thành phần hoá học của mẫu phân tích
Các nguồn Laze: Người ta chiếu mẫu phân tích bằng một nguồn Laze, tia laze sẽ mang
năng lượng rất lớn làm cho mẫu bóc hơi, nguồn này càng ít thông dụng.
II. Cơ chế của sự kích thích quang phổ
1. Sự xuất hiện hồ quang điện
Hồ quang điện sẽ xuất hiện khi ta nối hai điện cực có khoảng cách d phù hợp với thế

hiệu nổ bằng dòng điện ( d= 2- 4 mm và thế hiệu nổ = 8-15KV). Do tác dụng của dòng điện
mà sự pháng điện xãy ra và được duy trì liên tục, với cường độ dòng điện tương đối lớn, khi
GVGD: Lương Công Quang

Trang 10


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

hồ quang hoạt động thì nhiệt độ ở khoảng giữa hai điện cực là rất lớn có thể lên tới
10.0000K, ứng với nhiệt độ này các phân tử sẽ bay hơi và các phân tử hơi tiếp tục phân ly
thành ion, ở giữa hai điện cực này sẽ tồn tại một lớp hơi có chứa ion, nguyên tử và phân tử
bền nhiệt và các điện tử vùng này rất nóng và phát sáng, người ta gọi lớp hơi này là plasma
nhiệt (plasma hồ quang) thế giữa hai điện cực tạo ra một điện trường, ở plasma nhờ có điện
trường này mà các Eletron có khối lượng bé sẽ duy chuyển nhanh về phía anốt, còn các hạt
tích điện dương sẽ duy chuyển chậm hơn về phía Catốt, quá trình này luôn luôn xãy ra nên
làm dòng điện luôn luôn được duy trì, nhờ đó mà nhiệt độ của plasma được duy trì, về
nguyên tắc hồ quang điện sẽ không xuất hiện, nếu thế hiệu giữa hai điện cực nhỏ hơn thế
hiệu nổ.
Tuy nhiên nếu không có khả năng để tạo điện thế đủ để xuất hiện hồ quang điện thì
người ta cho hai điện cực tiến lại gần nhau, lúc này điện trở tiếp xúc lớn làm cho điện cực bị
đốt nóng đến mức các điện tử tách ra khỏi nó và phóng điện.
2. Các quá trình xãy ra của điện cực
a. Quá trình phóng điện
Khi thế giữa hai điện cực đạt đến thế hiệu nổ, thì các eletron sẽ bị tách ra khổi điện
cực và phóng điện xuất hiện dẫn điện cực phóng điện sẽ nóng lên làm cho mẫu chứ điện cực
sẽ bay hơi và đi vào plasma ở trạng thái hơi, các phân tử phân ly thành nguyên tử. Một số
nguyên tử bị ion hoá tạo thành ion và các eletron có hạt tích điện này do tác dụng của dòng

điện sã dịch chuyển về điện cực trái dấu hay trùng dòng điện.
Sau khi phóng điện thì thế hiệu giữa hai điện cực giảm xuống đồng thời nhiệt độ ở điện
cực và ở plasma cùng giảm. Vì phải cung cấp cho quá trình làm bay hơi mẫu, phân ly phân
tử, kích thích nguyên tử và ion hoá… mặc dù phải cung cấp năng lượng rất nhiều cho quá
trình trên, nhưng dòng điện vẫn duy trì như sau:
Ở plasma các điện tử tích điện âm sẽ chuyển về anốt với một tốc độ rất lớn đến trước,
anốt tiết điện của plasma hẹp lại làm cho eletron bị dồn lại làm cho lớp tạo ra điện trường
tích điện âm, còn anốt vẫn tích điện dương tạo ra điện trường mạnh và khoảng cách giữa
lớp tích điện âm và anốt rất bé (d bé hơn) khoảng chạy tự do của các e cho nên các điện tử đi
qua khoảng này về anốt gặp và va chạm nên động năng của ná sẽ lớn. Vì vậy, khi va vào
điện cực nó sẽ phóng ra nhiệt năng lớn đốt nóng, tiếp xúc giũa điện cực và plasma, vì vậy
mà nguyên tử được kích thích và được ion hoá tiếp tục và dòng điện củng được duy trì liên
tục
Còn ở Catốt thì quá trình xảy ra tương tự.

GVGD: Lương Công Quang

Trang 11


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

d

-

+

b. Quá trình bay hơi:
Khi hồ quang hoạt động, mẫu phân tích ở trong điện cực bị đốt nóng dẫn đến nóng
chảy → bay hơi sau đó nó khuyết tán vào điện cực làm cho nó bắn lên như bay hơi ở dạng
bột ( hiệu ứng phun củng có thể có hiện tượng thăng hoa).
Những hiện tượng trên là những hiện tượng vật lý, ngoài ra nó còn có thể xảy ra các
hiện tượng hoá học, hiện tượng phân ly phân tử.
MenYm

nMe +

nY

Xảy ra phản ứng Oxy hoá khử :
Nếu dùng điện cực than hoặc trong thành phần chất phụ gia có bột than thì quá trình
bay hơi của chất khảo sát sẽ bị C hoặc CO khử để tạo thành kim loại hoặc cacbua kim loại.
Ngoài ra còn thực hiện phản ứng trao đổi nếu đưa các thành phần mới vào trong mẫu.
Ví dụ: Khi xác định BeO khó bay hơi để chuyển thành dể bay hơi người ta đưa CF 4 vào:
2BeO + CF4

2BeF2 +

CO2

(dể bay hơi)
Các quá trình hoá học đóng một vai trò rất quang trọng và có thể lợi dụng những phản
ứng này làm biến đổi thành phần của mẫu, từ khó bay hơi thành dễ bay hơi → bay hơi chậm,
có thể đưa thêm các chất phụ gia để điều chỉnh quá trình bay hơi, quá trình nóng chảy, hoặc
điều chỉnh thời gian tồn tại của các hạt trong plasma.
3. Các quá trình xảy ra trong plasma
Thường nhiệt độ của plasma phân bố theo lối xuyên tâm, thường lớp trong cùng

khoảng 90000K-10.0000K, lớp thứ 2 t0 = 7000 - 75000K, lớp thứ 3 khoảng t0 = 60000K ngoài
cùng t0 = 40000K…
Ở nhiệt độ của plasma vật chất sẽ phân ly thành phân tử → nguyên tử, tuỳ theo nhiệt
độ mà đa số hoặc số ít các nguyên tử bị ion hoá, còn các nguyên tử bền nhiệt thì tồn tại trong
plasma, lúc này các hạt mang điện và phân tử trung hoà trong plasma sẽ chuyển động liên
tục.
Có 3 dạng chuyển động:
+ Chuyển động dọc theo trục hồ quang ( gọi là chuyển động điện trường) các hạt tích
điện do tác động của lực điện trường mà chúng sẽ chuyển động dọc theo trục hồ quang về

GVGD: Lương Công Quang

Trang 12


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

điện cực trái dấu, nhờ có sự chuyển động này mà sự dẫn điện ở trong khoảng phóng hồ
quang được duy trì.
+ Chuyển động khuyết tán: Nguyên nhân gây ra sự chuyển động khuyết tán là do sự
chênh lệch nhiệt độ → Sự chênh lệch nồng độ → xảy ra sự chuyển động khuyết tán, chuyển
chất từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp.
Chuyển động khuyết tán đóng một vai trò quan trọng, nhờ có nó mà sự trao đổi hạt mới
có thể xảy trong plasma làm cho các hạt đều có thể đi vào trạng thái kích thích. Quá trình
chuyển động khuyết tán không những đóng một vai trò trao đổi hạt trong plasma mà còn qui
định thời gian tồn tại của các hạt đó nữa.
+ Chuyển động đối lưu: Được gây ra là do sự chênh lệch nhiệt độ trong từng vùng của
plasma, mà sự chênh lệch nhiệt độ này là do các hạt khi va chạm với nhau và giải phóng

nhiệt lượng, nhờ chuyển động đối lưu mà nhiệt độ của plasma được toả đều dẩn đến ổn định
nhiệt và ở trong plasma sẽ có những vai chạm làm cho nguyên tử đi vào trạng thái kích
thích.
IV. Những nguyên nhân sai số trong kích thích quang phổ
1. Hiện tượng tự hấp thụ
Là hiện tượng nguyên tử chưa được kích thích hấp thụ quang năng do các nguyên tử
khác đã được kích thích phát ra. Vì theo định luật Kirsschoff, các nguyên tử sẽ hấp thụ các
bức xạ có bước sóng mà khi kích thích chính nó sẽ phát ra.
Sự hấp thụ xảy ra là do ở plasma nhiệt độ không đồng nhất, xung quanh nó có một lớp
hơi lạnh, chứa các nguyên tử chưa được kích thích, bao bọc lấy các nhuyên tử đã được kích
thích ở bên trong và chính các nguyên tử chưa được kích thích này sẽ hấp thụ quan năng do
các nguyên tử đã được kích thích phát ra ( các nguyên tử chưa được kích thích được gọi là
các nguyên tử lạnh). Năng lượng mà các nguyên tử lạnh hấp thụ một phần biến thành nhiệt
năng, một phần nó biến thành nguồn xạ thứ cấp tức là nó làm cho lớp hơi nguyên tử, xung
quanh plasma trở thành nguồn phát xạ mới. Do có hiện tượng tự hấp thụ mà năng lượng bức
xạ của nguyên tử được kích thích phát ra bị giảm và độ giảm đó được tính như sau:
I = I0.e-ad
Trong đó: I0 : Cường độ ban đầu.
a: Hệ số hấp thụ phụ thuộc nồng độ trung bình của nguyên tử hấp thụ.
d: Độ dày của môi trường hấp thụ
Qua biểu thức này lượng quang năng mất đi càng lớn, nếu độ dày của lớp hơi và nồng
độ trung bình của nguyên tử có trong lớp hơi càng lớn ( tức là a,d càng lớn) do hiện tượng tự
hấp thụ mà vạch phổ được chẻ làm đôi ở giữa trắng vì quang tử bị hấp thụ mất đi còn ở hai
bên nhoè do sự tán xạ của nguồn thứ cấp.

GVGD: Lương Công Quang

Trang 13

Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

Ngoài ra do hiện tượng tự hấp thụ mà cường độ của vạch quang phổ không tăng theo
nồng độ mà ngược lại đôi khi người ta thấy cường độ của vạch quang phổ sẽ giảm khi nồng
độ tăng.
I

λ

Để khắc phục hiện tượng tự hấp thụ trong quá trình quang phổ định lượng, chúng ta
phải pha loãng mẫu đến một giá trị có lợi nhất hoặc có thể dùng các chất phụ gia để làm
giảm bớt tốc độ bay hơi của các nguyên tố có hàm lượng lớn.
2. Ảnh hưởng của nguyên tố thứ 3
Các phần đã nối ở trên, chỉ xét đến trường hợp chất được kích thích chỉ chứa một
nguyên tố, nhưng thực tế mẫu thường chứa nhiều nguyên tố và sự có mặt của nguyên tố lạ sẽ
làm thay đổi điều kiện vật lý và hoá học.
Trong quá trình bay hơi của mẫu cũng như trong quá trình kích thích và ion hoá ở
plasma, nghĩa là nó sẽ làm thay đổi tỷ lệ đi vào plasma của hổn hợp phần và làm thay đổi
thời gian tồn tại của mổi hổn hợp phần ở trong plasma, do đó nó sẽ thay đổi cường độ của
vạch quang phổ người ta gọi đó là tác dụng của nguyên tố thứ 3.
Trong phân tích quang phổ nguyên tố cần phân tích gọi là nguyên tố thứ nhất và
nguyên tố so sanh là nguyên tố thứ 2 còn bất kỳ một nguyên tố nào khác gọi là nguyên tố
thứ 3.
+ Nguyên tố thứ 3 có thể gây ảnh hưởng xấu hoặc tốt.
Ảnh hưởng tốt là tăng độ nhạy và độ chính xác của phương pháp và đôi khi nó làm
giảm độ nhạy và độ chính xác của phương pháp. Để loại bỏ tác dụng xấu tăng cường tác
dụng tốt trong quá trình kích thích, người ta dùng các chất phụ gia để trộn vào mẫu phân tích
các chất phụ gia này gọi là chất mang quang phổ hoặc gọi là chất đệm quang phổ, nó có 3

tác dụng:
+ Điều chỉnh quá trình bay hơi của mẫu phân tích cho phù hợp với đối tượng phân tích
và điều kiện làm việc hiện tại, tác dụng đó gọi là tác dụng mang.
+ Giả sử cho nồng độ của các hạt trong plasma được ổn định ( giữ cho nhiệt độ của
plasma ổn định) gọi là tác dụng đệm hay gọi là chất đệm quang phổ.
GVGD: Lương Công Quang

Trang 14


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

+ Làm cho mẫu chuẩn và mẫu phân tích có thành phần không khác nhau, các chất phụ
gia thường dùng là Cacbon, các oxyt hoặc là các Halozen của kim loại kiềm và kiềm thổ.
→

MeO + C
(Khó bay hơi)

Me

+

CO

( dể bay hơi)

3. Ảnh hưởng của bức xạ nền

Trong phân tích quang phổ phát xạ nếu chúng ta thu nhận phổ bằng kính ảnh thì trên
kính ảnh chụp được ngoài quang phổ vạch, luôn luôn có các quang phổ liên tục kèm theo,
các vạch phổ sẽ nổi đậm lên trên nền của quang phổ liên tục nên người ta gọi quang phổ liên
tục là bức xạ nền.
Độ đen thật của vạch = Độ đen đo được của vạch – độ đen của nền
Các phân tử hoặc các nhóm phân tử phát ra các quang phổ đám và quang phổ đám này
kế tiếp nhau sẽ tao ra quang phổ liên tục.
Ví dụ: Phổ đám của phân tử NO xuất hiện ở vùng sóng 2370 A 0, 2680 A0, 2732 A0,
quang phổ đám của OH- mằm 3062 A0, của N2 nằm 3159 A0 – 3371 A0 những đám này
không nối tiếp vào nhau làm cho không bị đen.
Ngoài ra sự tái kết hợp giữa xác điện tử e và ion cũng phát ra bức xạ nền. Để khắc
phục ảnh hưởng của bức xạ nền người ta làm nư sau:
+ Phải chọn môi trường kích thích thích hợp và là môi trường khí trơ.
+ Phải chọn điện cực thích hợp.
+ Phải chọn vùng sóng thích hợp.
+ Phải dùng các chất phụ gia làm giảm cường độ của bức xạ nền.
Chú ý: Khi tính toán kết quả phải loại bỏ bức xạ nền gây ra.
V. Nhiệt độ hồ quang và thế ion hoá thứ nhất của các nguyên tố
Người ta nhận thấy rằng giữa nhiệt độ của hồ quang và thế ion hoá thứ nhất của các
nguyên tố có mối quan hệ tuyến tính : U1 = K.T
Trong đó: K là hằng số đo được bằng thực nghiệm.
Người ta đã lập bảng cho biết thế ion hoá lần thứ nhất và nhiệt độ hồ quang của các
nguyên tố như sau:
Nguyên tố

U1 (V)

T0(K)

Nguyên tố

U1 (V)

T0(K)

Cs

3.90

2900

Zr

6.96

4900

K

4.34

3200

Sn

7.33

5200

Na

5.14

3700

Pb

7.42

5200

GVGD: Lương Công Quang

Trang 15


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

Nguyên tố

U1 (V)

T0(K)

Nguyên tố

U1 (V)

T0(K)

Li

5.39

3800

Mn

7.43

5200

Al

5.98

4300

Ag

7.58

5400

Ca

6.11

4300

Mg

7.64

5400

Cr

6.76

4800

Cu

7.72

5400

Ti

8.83

4800

Co

7.86

5500

Fe

7.90

5500

Hg

10.44

6900

Si

8.15

5700

P

10.95

7500

Zn

9.39

6500

C

11.26

7700

% Độ ion hoá của các nguyên tố ở các nhiệt độ khác nhau.
Nguyên tố

Nhiệt độ hồ quang và % Độ ion hoá
40000K

60000K

80000K

10.0000K

12.0000K

K

3

40

85

97

99

Na

1

20

70

95

98

Al, Ca

0.5

8

40

80

96

Ti, Cr, Zr

0.1

4

25

70

91

Sn, Pb, Mn

0.1

2

18

60

86

Ag, Mg, Cu

< 0.1

1.5

15

50

83

Fe, Co

< 0.1

1

12

38

80

Si

-

0.8

10

30

75

Zn

-

0.3

4

20

60

Hg

-

0.1

2

10

40

P

-

< 0.1

1.2

8

30

C

-

< 0.1

1

6

22

+ Nhận xét: Ở nhiệt độ thấp hầu hết các kim loại, bán kim loại và á kim đều bị ion hoá rất
ít. Hầu hết các kim loại quang trọng cho kỹ thuật thì đều có thể ion hoá sấp sĩ nhau, năng
lượng ion hoá của chúng nằm trong khoảng 6 ± 9 (eV).
Như vậy: Quang phổ của các kim loại có trong mẫu khảo sát có thể kích thích cùng một lúc.
Nếu nồng độ của chúng đạt tới một giá trị số giới hạn nhất định.
Những kim loại kiềm thì có thể ion hoá bé nhất nên nó dễ bị kích thích nhất.
GVGD: Lương Công Quang

Trang 16


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

Các khí trơ có thể ion hoá lớn nhất ( do khí trơ lớp điện tử ngoài cùng bảo hoà, còn kim
loại kiềm và 1e ngoài cùng dễ bức tạo ion).

A: THIẾT BỊ PHÂN TÍCH PHỔ
Nguồn bức xạ phát ra từ plasma là một nguồn đa sắc tức là gồm các bức xạ có bước
sóng khác nhau trải suốt từ 2000 ± 8000 A 0. Vì vậy phải có một dụng cụ quang học tách
chúng thành những tia đơn sắc gọi là máy quang phổ.
I. Máy quang phổ lăng kính
1. Sơ đồ cấu tạo

2

1

O1

*

O2

3

*

*

O3
4

Trong đó: 1. Điện cực

O1 : Thấu kính khe

2. Khe máy (khe vào)

O2: Thấu kính chuẩn trực

3. Lăng kính

O3 : Thấu kính ảnh hoặc thấu kính buồn tối

4. Kính ảnh
2. Nguyên lý hoặc động
Tia sáng phát ra ở điện cực sẽ đi vào thấu kính O 1 ( thấu kính khe), sau đó tia sáng
được chiếu vào khe máy, chiều cao của khe máy khoảng 30 mm, chiều rọng có sự biến đổi
0,001 ± 1 mm. Tác dụng của khe máy là giới hạn của chùm sáng thành một chùm sáng
mạnh, vị trí của khe máy là đặc ở tiêu điểm của thấu kính O 2 sau khi qua khe chù sáng đi qua
thấu kính chuẩn trực O2 tác dụng của những thấu kính này là làm cho những tia sáng sau khi
qua nó phải song song với nhau, tiếp đó chùm tia sáng rọi vào lăng kính và tác dụng của
lăng kính là phải phân ly chùm sáng thành những tia đơn sắc.
Như vậy sau khi quan lăng kính những tia sáng có bước sóng khác nhau khi ra khỏi
lăng kính sẽ theo những phương khác nhau, còn những tia mà có bước sóng gần nhau thì sẽ
song song với nhau. Các tia đơn sắc dẫn tới thấu kính buồn ảnh O 3 hoặc gọi là thấu kính
buồn tối, thấu kính buồn tối có tác dụng hội tụ các tia đơn sắc vào một tuyến trên mặt phẳng,
tiêu của nó tạo thành vạch quang phổ. Nếu tại mặt phẳng tiêu của nó ta đặc một kính mờ thì
sẽ thấy các vạch phổ hiện lên.
Có 3 cách để thu phổ:
+ Nhìn trực tiếp để phân tích nhanh.
GVGD: Lương Công Quang

Trang 17


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

+ Chụp lên kính ảnh.
+ Ghi lên giấy.
II. Phân ly ánh sáng dựa trên tính chất khúc xạ
( Dùng cho máy quang phổ lăng kính)
Dụng cụ để phân ly ánh sáng gọi là máy quang phổ. Nếu máy quang phổ lăng kính sự
phân ly ánh sáng thì dựa trên tính chất khúc xạ. Nếu máy quang phổ cách tử thì sự phân ly
ánh sáng dựa trên tính chất nhiễm xạ.
Nếu một tia sáng đi từ môi trường “thưa” quang học qua một môi tường dày hơn mà
hướng truyền của nó không trùng với pháp tuyến của mặt phẳng tiếp xúc giữa hai môi
trường, thì phương truyền của nó sẽ bị thay đổi nghĩa là yia sáng sẽ bị khúc xạ.

α

n1
n2
β

β : Góc khúc xạ
α : Góc tới

Nếu một tia sáng đi từ môi trường có chiếc suất n 1 qua môi trường có chiếc suất n2, góc
tới là α , góc khúc xạ β . Thì định luật kúc xạ ánh sáng được biểu diễn như sau:

n
Sinα
= n 2,1 = const = 2
Sinβ
n1

Trong đó: n2,1 là chiết suất giữa chân không và không khí, từ biểu thức này ta thường
thấy rằng. Nếu góc tới càng lớn thì góc khúc xạ càng lớn
Tia tới vuông góc với mặt phẳng tiếp xúc với 2 mặt phẳng, khi đi qua môi trường thì
nó không bị khúc xạ.
Đường đi của tia tới ( tia sáng) phụ thuộc vào góc tới α . Vì chiết suất thay đổi theo
bước sóng. Nên các bức xạ có bước sóng khác nhau thì nó sẽ khúc xạ khác nhau.
III. Các đặc trưng của thiết bị phân tích phổ
Để phân tích vạch phổ có bước sóng gần giống nhau.
1. Vật liệu chế tạo bằng lăng kính
GVGD: Lương Công Quang

Trang 18


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

Ta phải chọn vật liệu cuả lăng kính có biến thiên của chiết suất cao, khi thay đổi bước
sóng. Gọi n là chiết suất vật liệu.
η=

dn
: Gọi là độ tán sắc ( độ tán sắc góc và độ tán sắc dài) nó sẽ thay đổi tuỳ từng

dλ

loại vật liệu.

Ví dụ: Lăng kính thạch anh nó sẽ phân ly được ánh sáng có bước sóng trong vùng tử
ngoại ( 100A0 – 4000A0). Nếu lăng kính bằng thuỷ tinh nó dùng cho vùng khả kiến 4000A 0 –
7600A0.
Nếu lăng kính làm bằng những tinh thể Halozen kim loại kiềm thì nó dùng cho vùng
hồng ngoại 7600A0 – 12.000A0.
Nếu vật liệu khác nhau thì chiết suất vật liệu khác nhau, nên mỗi vật liệu sẽ ứng với
một vùng sóng nhất định.
2. Độ tán sắc
a. Độ tán sắc góc

λ1

Ψ1

Ψ2

Độ tán sắc góc: θ =

λ2

ϕ −ϕ2
dϕ
= Lim 1
dλ λ1 →λ2 (λ1 − λ 2 )

Nếu có 2 bước sóng λ1 và λ 2 sau khi đi qua lăng kính thì góc tách ra giữa chúng càng

lớn, dẫn đến sự phân tách giữa 2 vạch càng có hiệu quả.
Rad: Đơn vị tính góc
λ : A0

Độ tán sắc: rad/A0

b. Độ sắc dài
D=

dl
dλ

(1)

Trong đó dl là khoảng cách của 2 vạch phổ trên kính ảnh (mm) ⇒ D= mm/A0.

GVGD: Lương Công Quang

Trang 19


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ
λ2

∆ϕ

⇒ tg∆ϕ =

∆l
f3

l

f3

O3
Người ta nhìn thấy rằng:

λ1

Đại lượng này có liên quang đến giá trị tiêu cự của f 3 (O3)

⇒ ∆l = f 3 × tg∆ϕ

(2)

Người ta thấy ∆ϕ thường rất nhỏ ⇒ tg∆ϕ = ∆ϕ . Từ phương trình (2) ⇒ ∆l = f 3 × ∆ϕ
hay dl = f 3 × dϕ thế giá trị này vào biểu thức (1)
D=

dl f 3 × dϕ
=
dλ
dλ

mà

dϕ

= θ ⇒ D = f3 x θ
dλ

Nên để chọn 2 vạch tách ra xa nhau, dễ nhận thấy thì ta phải chọn f 3 lớn → D lớn.
4. Năng suất phân giải của máy
Năng suất phân giải của máy quang phổ tại 1 bước sóng λ xác định là tỷ số giữa
bước sóng ( λ ) đó với hiệu của 2 bước sóng đứng gần sát nhau.
- Ứng với 2 vạch quang phổ đứng sát nhau mà còn có khả năng phân ly được thì độ
phân giải của máy là:
R=

λ
∆λ

(∆λ = λ2 − λ1) trong đó: R gọi là độ phân giải

λ1 , λ 2 : là 2 bước sóng đứng gần nhau với bước sóng λ xác định ( λ =

λ1 + λ2
)
2

Gỉa sử sau khi chụp ảnh của 1 mẫu trên 3 máy quang phổ khác nhau ta thu được ảnh
như sau, cho biết độ tán sắc của 3 máy bằng nhau.

(a)
(b)
(c)
GVGD: Lương Công Quang

Trang 20


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

Đối với máy a thì năng suất phân giải cao nhất và có thể tách ra được h +, còn máy b thì
tách được n+ không h+, máy c thì h+ không tách được.
Cần phải biết được năng suất phân giải của máy Rmáy =
R đồi hỏi =

λ
∆λ

λ
∆λ

- Nếu để tách được 2 vạch riêng biệt thì Rmáy > Rđồi hỏi
Đại lượng năng suất phân giải của máy không phụ thuộc vào gía trị λ, ∆λ để tính ∆ λ
liên quan đến định lượng chiều rộng của vạch là Sv, để năng suất phân giải của máy càng
lớn thì chiều rộng của vạch càng nhỏ. Lúc bây giờ thì chiều rộng của khe máy càng nhỏ vì
Sv
= g  Sv = g . Sk
Sk

g: Độ phóng đại
Khi khảo sát mối quan hệ giữa Sv và Sk người ta nhận thấy như sau: về nguyên tắc
sau khi qua thấu kính chuẩn trực các tia sáng phải song song nhau nhưng do hiện tượng
nhiễm xạ 2 tia ló bị dao động. Nếu không song song với nhau, kết quả là các tia này không

hội tụ trên kính ảnh và sẽ cách nhau một khoảng nào đó. Khoảng này gọi là Sv nhiễm xạ.
Sv nhiễm xạ được tính bằng thực nghiệm
Sv

Sv
Nhieãm xaï
Sk

Sk
Chuaån

Sv nhiễm xạ =

λ
.f 3
d

d: khẩu độ tác dụng của thấu kính (khoảng cách từ đỉnh đến đáy)

d

GVGD: Lương Công Quang

Trang 21


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

- Do có Sv nhiễm xạ nên năng suất phân giải theo lý thuyết sẽ lớn hơn R máy. Mặt khác
do Sv nhiễm xạ tỷ lệ thuận với f3 nên khi Sv, Sk nhiễm xạ tăng. Nhưng khi f 3 tăng thì D
tăng.
Nếu ta gọi Sk chuẩn là độ rộng của khe sáng ứng với Sv nhiễm xạ
(Sk nhiễm xạ = g. Skchuẩn)
⇒ mà Sv nhiễm xạ =
⇒
⇔

λ
. f3
d

f3
λ
. f3 = g. Sk chuẩn (g =
)
f2
d
λ
f3
. f3 =
. Sk chuẩn
d
f2

⇔ Sk chuẩn =

λ
. f2

d

+ Nếu Sk < Sk chuẩn thì sẽ không thu được ảnh của khe mà chỉ thu được ảnh với Sv
nhiễm xạ. Trường hợp này không thể đo được.
+ Nếu Sk > Sk chuẩn lúc này chuyển động ánh sáng sẽ đồng đều khằp bề rộng của
khe. Lúc này chiều rộng của vạch rất lớn dẫn đến độ phân giải kém, điều này không xác định
được. Lúc đó ta chỉ bằng cách điều chỉnh Sk = Sk chuẩn.
- Mỗi bước sóng có một gia trị Sk chuẩn riêng và trong thực tế phải phân tích những
vạch phổ có những bước sóng λ khác nhau cùng một lúc. Cho nên trong phân tích định tính
người ta chấp nhận 1 giá trị Sk chung nào đó sao cho phù hợp với tất cả các biến số ở trong
vùng khảo sát.
IV. CÁC NGUỒN SAI SỐ CỦA MÁY QUANG PHỔ LĂNG KÍNH
1. Sai số hấp thụ
Mỗi chất truyền sáng đều hấp thụ ánh sáng đi qua nó. Nếu gọi L 0 là cường độ của
bức xạ ban đầu và I là cường độ của bức xạ sau khi đi qua khỏi môi trường hấp thụ ánh sáng
có chiều dày là dh thì độ giảm cường độ ánh sáng sẽ là: - d I = K.I 0. d. h
⇒

dI
= - K. d. h
I0

(*)

Lấy tích phân 2 về phương trình (*)
dI

∫I
⇒ ln

GVGD: Lương Công Quang

0

= - ∫ K.d.h

I
= - K’.h
I0

(K’: hệ số hấp thụ)
Trang 22


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

Gía trị K’ biến đổi theo bước sóng
⇒

I
= λ− K '.h
I0

(**)

- Ở môi trường hấp thụ yếu (là trong suốt) thì
mạnh thì

1
<λ
K'

1
> λ . Còn ở môi trường hấp thụ
K'

(**)

- Qua biểu thức (**), ta thấy sự giảm cường độ ánh sáng do hệ số hấp thụ càng lớn
nếu lớp môi trường hấp thụ càng dày. Ở trong các máy quang phổ lăng kính nếu mất quang
năng chủ yếu là do lăng kính. Nhưng lăng kính có dạng hình nêm cho nên các bức xạ đi qua
nó ion những đoạn đuờng khác nhau, cụ thể là càng gần đáy lăng kính thì đoạn đường càng
gần nên người ta lấy 1 gía trị trung bình là mức đáy của lăng kính (b/2).
- Nếu trong máy quang phổ có lăng kính thì trung bình của bức xạ ánh sáng đi ra từ
hệ đó là:
I
= λ−K '.m .b / 2 (m: là số lăng kính có trong hệ)
I0

2. Sai số do sự phản xạ ánh sáng
- Ở máy quang phổ lăng kính thì sự giảm quang năng do sự phản xạ lớn hơn nhiều so
với sự giảm quang năng do sự hấp thụ lương quang năng mất đi càng lớn, nếu diện tích bề
mặt càng lớn và sự phản xạ này phụ thuộc vào chiết suất của 2 môi trường tiếp xúc và góc
tới tia khúc xạ.
- Breswester đã đưa ra một định luật: ánh sáng sẽ bắt đầu phản xạ khi góc tới α đạt
đến trị số làm cho tia phản xạ vuông góc với hướng truyền sáng.
3. Sai số do sự khuyết tán
- Là sự phản xạ ánh sáng nhưng làm giảm quang năng mà còn tạo ra ánh sáng khuyết

đại. Hiện tượng này xảy ra như sau:
Ánh sáng phản xạ trên bề mặt của thấu kính thay đổi hướng truyền ban đầu của nó,
không tiếp tục đi theo 1 hướng mà đi theo mọi hướng trong không gian, ánh sáng khuyết tán
sẽ có những tia đi vào buồng ảnh tác động lên kính ảnh làm tăng độ đen của nền. Sai số
phương pháp này tăng lên.
- Để loại bỏ tác hại của ánh sáng khuyếch tán, thì trong mặt phẳng của các hoạt chất
chứa thấu kính Q lăng kính người ta phải chế tạo vật liệu hấp thụ ánh sáng khuyết tán và các
bộ phận quang học đã được tách rời nhau, ta dùng tấm chắn che ánh sáng khuyết tán giữa
các bộ phận đó.
4. Sai số do sự thay đổi nhiệt độ và áp suất

GVGD: Lương Công Quang

Trang 23


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

- Người ta thấy rằng chiết suất tuyệt đối của chất rắn thay đổi theo nhiệt độ.
Ví dụ: Khi nhiệt độ tăng lên 10C thì chiết suất n của thạch anh với không khí sẽ thay
đổi 0,533.10-5.
- Đối với những chất khí thì nhiệt độ và ánh sáng hay độ ẩm đều ảnh hưởng đến chiết
suất.
- Nếu gọi n là chiết suất của chất khi đo được ở state tiêu chuẩn (standard) còn λ k là
chiết suất đo được ở nhiệt độ và ánh sáng đó thì

n1 −1 ρ x
=

n −1
ρ

ρ x là mật độ khí ở nhiệt độ ánh sáng đáng đo
ρ : là mật độ khí ở nhiệt độ ánh sáng đáng đo ở điều kiện tiêu chuẩn

- Mặt khác, người ta thấy rằng khi nhiệt độ tăng thì khoảng cách giữa thấu kính và
lăng kính cũng tăng. Sự thay đổi này không những ảnh hưởng đến độ nét của vạch quang
phổ mà còn thay đổi cả độ tán sắc dài của máy. Còn sự thật ánh sáng không ảnh hưởng đến
chiết suất của chất rắn. Nó làm thay đổi chiết suất của không khí và làm thay đổi độ tán sắc
của các thiết bị.

B: GHI ĐO PHỔ
I - KÍNH ẢNH
- Trong phân tích quang phổ phát xạ khi dùng phương pháp chụp ảnh thì chúng ta
phải có những kính ảnh để nhận nhận phổ.
- Kính ảnh là một bản thủy tinh HCN có chiều rộng 9cm, chiều dài: 12 ÷24cm, chiều
dày 0,3 ÷0,4mm.
Trên kính ảnh người ta có tráng một lớp để bắt ánh sáng gọi là nhủ tương ảnh (hoặc
nhủ tương cảm quan).
- Thành phần nhủ tương ảnh chủ yếu là AgCl hoặc AgBr, Thỉnh thoảng họ trộn a bit
Ag2S or AgI để tăng độ nhạy. Tất cả những chất này đem huyền phù hóa trng keo Gly…..
Trải thật đều trên bề mặt của kính ảnh có độ dày đồng nhất, commoly from 0,3 till 0,4mm.
- Khi ánh sáng chiếu vào, do hiện tượng quang hóa nên AgBr bị phân hủy.
AgBr = Ag+ + BrBr- + hV → ½ Br2 + eAg+ + e- → Ag ↓ (đen)
- Do phản ứng quang hóa xảy ra yếu, nên chỉ 1 phần AgBr bị phân hủy → Ag nên
ảnh sẽ mờ. Muốn ảnh rõ ta cần phải tiến hành giải đoạn gọi là giai đoạn hiện hình bằng cách
cho kính ảnh đi vào dung dịch gọi là dung dịch hiện hình. Trong dung dịch hiện hình có
GVGD: Lương Công Quang

Trang 24


Trường CĐCN Tuy Hòa

Phân tích công cụ

chứa chất khử để khử Ag + → Ag. Chất khử thường dùng trong dung dịch hiện hình là
hidroquinol (C6H4(OH)2) hoặc metanol (CH3OH)
- Khi dùng C6H4(OH)2 thì
2AgBr + C6H4(OH)2 → 2Ag ↓ + C6H4O2 + 2 Br- + 2H+
Phản ứng này xảy ra mạnh nhất trong môi trường kiềm vì H + sinh ra làm chậm
phương trình phản ứng. Qua thực tế người ta thấy rằng độ pH ảnh hưởng đến thời gian phản
ứng.
Ví dụ:

pH

Thời gian

9,2

7/

10

2/

12

Some second

Phản ứng có thể hoàn thành nhanh trong môi trường axit loãng. Vì vậy ta dùng dung
dịch axit CH3COOH 2 ÷ 5 % để nhúng kính ảnh vào, sau khi đã hiện hình và trước khi hãm
dung dịch axit CH3COOH gọi là dung dịch cầm. Sau khi hiện và cầm, kính ảnh được tiếp tục
đưa vào dung dịch hãm hay dung dịch định hình để hiện các vạch phổ và hòa tan chất AgBr
còn lại.
Sau khi hiện hình xong lấy kính ảnh ra rửa và sấy khô ở nhiệt độ 35 ÷ 370C rồi đem
kính ảnh đi khảo sát (các giai đoạn này đều làm trong bóng tối).
* Thuốc thử hiện hình: gồm có: Metanol, hydroquinon, Na 2SO3, Na2CO3 , KBr
C6H4(OH)2 khử yếu hơn nên thường nó khử những hạt thô còn Metanol thì khử mạnh
hơn và nó khử những hạt mịn. Hai chất này dễ bị oxi hóa bởi O 2 không khí. Để tránh được
hiện tượng này người ta cho một lượng Na2SO3 vào để
Na2SO3 + 1/2O2 = Na2SO4
Tuy nhiên người ta thấy rằng Na 2SO3 làm giảm quá trình hiện hình (do tạo môi
trường axit). Vì vậy người ta phải thêm Na 2CO3 vào để kiềm hóa môi trường làm tăng quá
trình khử AgBr còn KBr làm giảm tác dụng độ đen của nền.
* Pha thuốc thử hiện hình:
Lần 1: dung dịch A:

Metanol

5g

Hyđroquinon

10g

Na2SO3

5g

1 kít dung dịch (2g KBr)
Lần 2: Dung dịch B:

Na2CO3
K2CO3

GVGD: Lương Công Quang

150g
100g
Trang 25