CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP AAS p1+p2+p3+p4

CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT CUÛA
PHÖÔNG PHAÙP
AAS
ATOMIC ABSORPTION
SPECTROSCOPY


Maùy haáp thu nguyeân töû AAS 6300 Shimadzu


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHỔ HẤP THỤ VÀ PHÁT XẠ
NGUYÊN TỬ









Phân tích quang phổ là tện gọi chung cho một hệ các
phương pháp phân tích quang học dựa trên cơ sở ứng dụng
những tính chất quang học của nguyên tử, ion , phân tử và
nhóm phân tử
Sự phân chia theo đặc trưng của phổ
1/ Phương pháp phân tích phổ nguyên tử gồm có:
a/ Phổ phát xạ nguyên tử
b/ Phổ hấp thụ nguyên tử
c/ Phổ huỳnh quang nguyên tử
Đây là phổ do sự chuyển mức năng lượng của các điện tử

hóa trò của nguyên tử ở trạng thái khí (hơi) tự do, khi bò kích
thích mà sinh ra













2/ Phương pháp phân tích phổ phân tử gồm có:
a/ Phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV-VIS
b/ Phổ hồng ngoại ( IR, NIR)
c/ Phổ tán xạ Raman
Phổ này được quyết đònh bởi các điện tử hóa trò của
nguyên tử ở trong phân tử, đó là những điện tử hóa
trò nằm trong liên kết hay một cặp còn tự do,
chuyển mức năng lượng khi bò kích thích
3/ Phổ Rơn –ghen ( tia X) là phổ của điện tử nội
của nguyên tử gồm có:
a/ Phổ phát xạ tia X
b/ Phổ huỳnh quang tia X
c/ Phổ nhiễu xạ tia X







4/ Phổ cộng hưởng từ gồm có :
a/ Cộng hưởng từ điện tử
b/ Cộng hưởng từ proton ( hạt nhân)
5/ Phương pháp phân tích khối phổ : phổ này
được quyết đònh bởi khối lượng của các ion
phân tử hay các mảnh ion của chất phân tích
bò cắt ra


Lòch sử phát triển của phương
pháp phân tích phổ nguyên tử
Flame Emission
Atomic Absorption
Atomic Fluorescence
ICP-MS

1950

1960

1970

1980
Năm

1990


Sự xuất hiện phổ hấp thu nguyên tử






- Vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tử và
nguyên tử là phần tử nhỏ nhất còn giữ được tính
chất của nguyên tố hóa học
Nguyên tử bao gồm hạt nhân và các điện tử chuyển
động xung quanh hạt nhân theo những qũy đạo
tương đối
Trong điều kiện bình thường, các điện tử chuyển
động trên các quỹ đạo ứng với mức năng lượng
thấp nhất. Khi đó nguyên tử ở trạng thái bền vững,
trạng thái cơ bản, ở trạng thái này nguyên tử không
thu và cũng không phát ra năng lượng ï. Lúc này
nguyên tử ở trạng thái cơ bản – Đó là trạng thái
bền vững nhất và nghèo năng lượng nhất.





Nếu cung cấp năng lượng cho nguyên tử

( điện năng , nhiệt năng, hóa năng…) thì
trạng thái đó không tồn tại nữa thì điện tử sẽ
chuyển lên mức năng lượng cao hơn khi đó
nguyên tử bò kích thích, nhưng trạng thái này
không bền vững. Nguyên tử chỉ lưu lại ở
trạng thái này nhiều nhất là 10-8 giây. Sau đó
nó luôn có xu hướng trở về trạng thái cơ bản
và khi quay về, nguyên tử giải phóng ra
năng lượng dưới dạng các bức xạ quang học
mà chúng đã hấp thụ được. Bức xạ này chính
là phổ phát xạ của nguyên tử .




Khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do nếu chiếu một
chùm tia sáng có những bước sóng (tần số ) xác
đònh vào đám hơi nguyên tử đó thì các nguyên tử tự
do sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất đònh
ứng đúng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra
được trong qúa trình phát xạ của nó. Phổ sinh ra
trong qúa trình này gọi là phổ hấp thu nguyên tử



Nguyên tử nhận năng lượng của các tia bức xạ
chiếu vào nó và nguyên tử chuyển lên trạng thái
kích thích có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản.
Đó là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái
hơi



Qúa trình đó được gọi là qúa trình hấp thụ
năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái
hơi và phổ sinh ra trong qúa trình này được
gọi là phổ hấp thu nguyên tử
Nếu gọi năng lượng của tia sáng đã bò
nguyên tử hấp thụ là ΔE ta có
ΔE = ( Em – E0 ) = h‫ ע‬hoặc ΔE = h.c / λ



Eo : năng lượng ở trạng thái cơ bản



Em: năng lượng ở trạng thái kích thích









h : hằng số blank, C : tốc độ ánh sáng
Λ : Độ dài sóng của vặch phổ hấp thụ

Khoảng nồng độ xác đònh
GF AAS + Hóa hơi

F – AAS

ICP-MS

1 ppt

1 ppb

1 ppm

Phát xạ ngọn lửa

0.1%

100%


Haỏp thu nguyeõn tửỷ
h (radiation)
eHaùt nhaõn

E2
h
Absorption

E1

e-


Hấp thu nguyên tử
E = E2 - E1
= hν
l=c/ν
l = hc/ (E2 - E1 )
E2 =
E1 =
h =
ν =

Trạng thái kích thích
Trạng thái cơ bản
Hằng số Planck
Tần số sóng

E2

hν

E1

e-


Vaùch phoồ cuỷa Natri

eV
6
3.6eV
4
2

330.3nm
2.2eV
589nm
Traùng thaựi cụ baỷn


NGUYÊN TẮC CỦA PHÉP ĐO AAS






Đònh nghóa: Phương pháp phân tích dựa trên cơ sở
đo phổ hấp thu nguyên tử của một nguyên tố được
gọi là phép đo phổ hấp thu nguyên tử
Muốn thực hiện được phép đo phổ hấp thu nguyên
tử của một nguyên tô cần phải thực hiện qúa trình
sau:
1/ Mẫu tử dạng lỏng dung dòch dưới tác dụng của
đầu đốt có nhiệt độ lên tới 30000C chuyển thành
trạng thái hơi của các nguyên tử tự do( đám mây
nguyên tử)- đây là qúa trình hóa hới và nguyên tử
hóa mẫu





2/ Chiếu một chùm tia sáng bức xạ đặc trưng
của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi
nguyên tử . Các nguyên tử của nguyên tố
cần xác đònh sẽ hấp thụ những bức xạ nhất
đònh và tạo ra phổ hấp thụ của nó.
3/ Nhờ vào hệ thống quang phổ người ta thu
toàn bộ chùm sáng phân ly và chọn một vặch
phổ hấp thụ của nguyên tố cần xác đònh để
đo cường độ của nó. Cường độ của vặch phổ
hấp thụ tỷ lệ thuận với nồng độ của nguyên
tố cần xác đònh


Io

Hơi nguyên tử

l

Đònh luật Beer - Lambert

I = Io e-klc

T = (I/Io) x 100%

A = log (Io/I) = k.l.c
T = Độ truyền quang ,
A = Độ hấp thụ
k = Hằng số hấp thu nguyên tử
C : nồng độ dung dịch

I


Các bộ phận của máy AAS
(1) Nguồn phát tia bức xạ : thường là đèn
cathod rỗng (hollow cathode lamp) : dùng để
phát ra các bức xạ đơn sắc, đặc trưng cho
từng nguyên tố.
(2) Hệ thống nguyên tử hóa : dùng để chuyển
mẫu (thường là ion, thể lỏng) từ dạng phân
tích dạng lỏng sang thể hơi nguyên tử:
Có hai loại kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu :
- Nguyên tử hóa bằng ngọn lửa ( Khí +
Axetylen…)
- Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa


Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa thường sử
dụng :
-Lò graphít

- Bộ tạo hydrua (hydride vapor generator –

HVG).

- Bộ hóa hơi lạnh phân tích thủy ngân (MVU)

(3) Hệ thống máy quang phổ : bộ đơn sắc


Các bộ phận của máy AAS
(4) Bộ đơn sắc : thu phân ly và chọn tia
sáng ( vạch phổ) cần đo nhằm loại bớt
các tia gây nhiễu, đơn sắc thêm một lần
nữa ánh sáng trước khi vào đầu dò.
(5) Đầu dò (photomultiplier tube) : chuyển
tín hiệu quang thành tín hiệu điện
(6) Bộ phận tiếp thu và xử lý tín hiệu.


CÁC BỘ PHẬN CỦA MÁY AAS

Bộ đơn sắc (cách tử …)
Hệ thống
quang học

Nguồn
sáng đơn
sắc

Hệ thống
nguyên tử
hóa

Đầu dò (PMT)

Hệ thống xử
lý tín hiệu


Các bộ phận của máy AAS
(1) Nguồn phát tia bức xạ
(Hollow Cathode Lamp)

Nguồn
Sáng


ÑEØN CATHOD ROÃNG
(Hollow Cathode Lamp)


ĐÈN CATOT RỖNG (HCL)







Đèn phát ra tia bức xạ đơn sắc . Đèn này chỉ phát ra
những tia phát xạ nhạy của nguyên tố kim loại làm
catot rỗng. Các vạch phát xạ nhạy của một nguyên
tố thường là các vạch cộng hưởng nên đèn catôùt
rỗng được gọi nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng.

Cấu tạo đèn catot :
Phần 1: là thân đèn và cửa sổ
Phân 2: các điện cực catot và anot
Phần 3: khí chứa trong đèn . Khí trơ: He, Ar, N2


ÑEØN CATHODE ROÃNG

Hollow Cathode Lamp-HCL
Ar + e-

Ar+

Ar+⇒ M
M*

M*
M

Aùnh saùng ñôn saéc

Cathode
MM
M M

Ar

Anode