Phương pháp Quang phổ UV VIS

QUANG PHỔ UV-VIS

Biên sọan: Huỳnh Văn Tiến



Mục tiêu bài giảng
Cung cấp những kiến thức tổng quát và cơ bản về
nguyên lý của Quang phổ UV-VIS
Giúp sinh viên ứng dụng được phương pháp
Quang phổ UV-VIS cho yêu cầu học tập, nghiên
cứu và công việc.
Bổ sung một số kỹ năng phân tích kiểm nghiệm
cho sinh viên.


Nội dung tóm tắt




Lý thuyết: cung cấp các khái niệm, định nghĩa,
các định luật cơ bản, phương pháp phân tích về
Quang phổ UV-VIS.
Thực hành: Ứng dụng Quang phổ UV-VIS trong
việc phân tích, kiểm nghiệm (đặc biệt là dược
phẩm).


Nội dung chi tiết
1.

Định nghĩa UV-VIS

2.

Nguyên lý của phổ hấp thụ

3.

Định luật cơ bản của hấp thụ ánh sáng (Lambert – Beer)

4.

Phương pháp Quang phổ UV-VIS

5.

Ứng dụng của Quang phổ UV-VIS


Tài liệu tham khảo
[1] Giáo trình Hóa phân tích – ĐH Y Dược TPHCM 2013
[2] GS Chu Phạm Ngọc Sơn - Các phương pháp
phân tích hiện đại – giáo trình 2003
[3] Dược điển Việt Nam – Bộ y tế
…..


1. Định nghĩa UV-VIS
1.1 Bản chất của ánh sáng

Trong quang phổ học: tất cả các tia của ánh sáng
(ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia
X, sóng radio…điều được gọi chung là bức xạ)
- Tính chất sóng: (hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa,
phản xạ…) đặc trưng là tần số, nước sóng
- Tính chất hạt: bức xạ điện từ là những hạt mang
năng lượng gọi là photon, photon lan truyền với vận
tốc của ánh sáng.
Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính
chất hạt và tồn tại đồng thời.


1. Định nghĩa UV-VIS


1. Định nghĩa UV-VIS
1.2 Phân vùng sóng điện từ


1. Định nghĩa UV-VIS
1.2 Phân vùng sóng điện từ


1. Định nghĩa UV-VIS
1.2 Phân vùng sóng điện từ
Tia X

Tử ngoại
(UV)

200nm

Khả kiến
(VIS)

400nm

Hồng
ngoại

Vi sóng

800nm

Cao

Năng
lượng (E)

Thấp

Ngắn

Bước sóng
(λ)

Dài

UV-VIS (ultraviolet – visible): phổ tử ngoại (10nm380nm) – khả kiến (380nm – 800nm)

2. Nguyên lý phổ hấp thụ
2.1 Sự dịch chuyển năng lượng: khi bị kích thích bởi bức
xạ ánh sáng, điện tử có thể chuyển từ quỹ đạo của nó sang
quỹ đạo cao hơn (trạng thái kích thích)
Điện tử ở trạng thái
kích thích sẽ không
bền và có xu hướng
quay về trạng thái
cơ bản. Như vậy sự
hấp thụ năng lượng
của bức xạ dẫn đến
sự dịch chuyển
năng lượng trong
nguyên tử (hay
phân tử).


2. Nguyên lý phổ hấp thụ
2.2 Quy tắc chọn lọc và cường độ hấp thụ:
- Phân tử không hấp thụ bức xạ một cách hỗn loạn mà
chỉ hấp thụ những bức xạ tương ứng chính xác với biến
thiên giữa các mức năng lượng của chúng.
- Biên độ và cường độ bức xạ khi đi qua chất hấp thụ sẽ
bị giảm đi.
- Việc ghi nhận sự thay đổi biên độ và cường độ bức xạ
khi đi qua chất hấp thụ được biểu diễn dưới dạng hàm số
A=f(λ) trong đó A là độ hấp thụ, λ là bước sóng của ánh
sáng, được gọi là phổ hấp thụ ánh sáng
- Phổ hấp thụ của một chất được đặc trưng bởi bước

sóng λmax mà ở đó độ hấp thụ là lớn nhất


3. Định luật Lambert-Beer
Chiếu một chùm tia đơn sắc song song có
cường độ Io thẳng góc lên bề dày L của một môi
trường hấp thụ thì sau khi qua lớp hấp thụ này
cường độ của ánh sáng nhỏ đi và còn là I (IGọi T là độ truyền qua của ánh sáng thì T=I/Io
Định luật Lambert-Beer:
Độ hấp thụ của ánh sáng tỷ lệ với hai thành
phần là nồng độ của chất hấp thụ và khoảng
đường của ánh sáng truyền qua vật chất đó.


3. Định luật Lambert-Beer
A = -lgT = ε*C*l
A: độ hấp thụ (không đơn vị)
l: chiều dày của lớp chất hấp thụ (cm)
C: nồng độ chất hấp thụ (mol/lit)
ε: hệ số hấp thụ mol (lit/mol.cm)
ε Thay đổi theo bước sóng và đặc trưng cho bản chất
của chất hấp thụ, ε > 104 hấp thụ mạnh (cường độ
hấp thụ lớn), ε <102 hấp thụ yếu
Ví dụ: hệ số hấp thụ mol ε của Benzen tại các λmax (nm)
khác nhau như sau:

λmax (nm)

184

204

255

ε

60000

1900

600


3. Định luật Lambert-Beer
Dung dịch hấp thụ C được tính theo nồng độ
1% (1g/100ml), độ dày dung dịch l=1cm thì độ
hấp thụ A được gọi là độ hấp thụ riêng (độ tắt
riêng) của dung dịch hấp thụ
Kí hiệu:
A

1%
1cm

1%
1cm

A : là cường độ hấp thụ của dung dịch có nồng
độ 1% với cuvet đo có chiều dày dung dịch là

1cm
Trong các dược điển Mỹ, Anh A sử dụng như
hằng số vật lý của một chất
Ví dụ: Vitamin B12 có A = 207 ở λ = 361nm
1%
1cm

1%
1cm

max


3. Định luật Lambert-Beer




Điều kiện ứng dụng định luật Lambert-Beer
Ánh sáng phải đơn sắc
Dung dịch phải loãng và trong suốt
Chất khảo sát phải bền trong dung dịch và bền
dưới tác dụng của tia sáng chiếu tới.


4. Quang phổ hấp thu phân tử - Quang phổ UV-ViS
4.1 Sự chuyển mức năng lượng
- Điện tử σ: liên kết đơn trong phân tử từ σ σ* cần
năng lượng lớn (λ<150nm). Các hydrocarbon no có
liên kết σ chỉ hấp thụ bức xạ trong vùng UV xa nên

thường được sử dụng làm dung môi. Ví dụ n-hexan,
nước
- Điện tử π:liên kết π tham gia liênkết đôi,ba, từ π
π* cần năng lượng nhỏ (UV gần), phân tử có nhiều nối
đôi sự hấp thụ trong vùng UV-VIS càng dễ.
- Điện tử tự do n (không liên kết): là những điện tử
không cặp đôi, có các dị tố: O, S, N. Từ n
π* cần
năng lượng thấp hơn π π*


4. Quang phổ hấp thu phân tử - Quang phổ UV-ViS
N
ă
n
g
l
ư
ợ
n
g

σ*(phản liên kết)

n

π

*

π

n
π*

σ*
π

π* (phản liên kết)
σ

σ*

σ*
n (không liên kết)

σ

π*

π (Liên kết)

σ (Liên kết)
Biểu đồ: Chuy ển m ức năng lượng của các liên k ết
Các phân tử có cấu trúc liên hợp nhiều điện tử π và n và tham
gia n π*, π π* nên có thể cho phổ UV-VIS


4. Quang phổ hấp thu phân tử - Quang phổ UV-ViS

a)

4.2 Các yếu tố tham gia vào sự hấp thụ, các hiệu
ứng:
Màu sắc:
Màu sắc của một chất có tầm quan trọng chuyên
biệt cho chất đó. Màu của một chất liên quan đến sự
hấp thụ và phản xạ của một chất. Mắt người nhìn
thấy màu bổ trợ cho màu hấp thụ.


4. Quang phổ hấp thu phân tử - Quang phổ UV-ViS

a)

4.2 Các yếu tố tham gia vào sự hấp thụ, các hiệu
ứng:
Màu sắc:
Hai hợp chất có thể hấp thụ ánh sáng tại cùng
bước sóng nhưng xuất hiện màu sắc khác nhau.
Màu cuối cùng phụ thuộc vào phổ hấp thụ chuyên
biệt. Chất khảo sát có thể hấp thụ trong một phạm vi
rộng hơn hoặc chất khảo sát có thể có nhiều λmax


4. Quang phổ hấp thu phân tử - Quang phổ UV-ViS

a)

4.2 Các yếu tố tham gia vào sự hấp thụ, các hiệu

ứng:
Màu sắc:


4. Quang phổ hấp thu phân tử - Quang phổ UV-ViS
4.2 Các yếu tố tham gia vào sự hấp thụ, các hiệu
ứng:
b) Nhóm mang màu (chromophore): Là nhóm chức chưa
no, liên kết đồng hóa π trong phân tử gây ra sự hấp
thụ bức xạ trong vùng UV-VIS
- Nhóm mang màu có sự chuyển dịch n π* thường
có λ ≅ 300 nm
- Nhóm mang màu có sự chuyển dịch π π* thường
có λ < 190nm
Trong hệ liên hợp, tính chất bất định xứ của liên kết
π càng tăng thì các nhóm màu càng dễ hấp thụ


4. Quang phổ hấp thu phân tử - Quang phổ UV-ViS
4.2 Các yếu tố tham gia vào sự hấp thụ, các hiệu
ứng:
b) Nhóm mang màu (chromophore):


4. Quang phổ hấp thu phân tử - Quang phổ UV-ViS
4.2 Các yếu tố tham gia vào sự hấp thụ, các hiệu
ứng:
c) Nhóm trợ màu (auxochrome):
Là các nhóm thế no gắn vào các nhóm mang màu
làm thay đổi cả bước sóng lẫn cường độ của dãi hấp

thụ cực đại. Thường làm chuyển dịch λmax về phía
dài hơn
Các nhóm điển hình: -OH, -NH2 , -Cl, -SH… (làm
tăng tính hấp thụ, giảm năng lượng cần hấp thụ)


4. Quang phổ hấp thu phân tử - Quang phổ UV-ViS
4.2 Các yếu tố tham gia vào sự hấp thụ, các hiệu
ứng:
d) Các hiệu ứng và sự chuyển dịch:
•
Sự chuyển dịch sang đỏ (Red shift), λmax chuyển
về bước sóng dài hơn.
•
Sự chuyển dịch sang xanh (Blue shift), λmax chuyển
về bước sóng ngắn hơn.
•
Hiệu ứng tăng cường độ (hyperchromic): xảy ra
khi có sự tăng tính liên hợp π - π*
trong phân tử
•
Hiệu ứng giảm cường độ (hypochromic): khi có sự
phân ly của phân tử.