CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ ppt _ HÓA PHÂN TÍCH

HĨA HỌC PHÂN TÍCH 2 -

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CƠNG CỤ

Bài giảng pptx các mơn ngành Y dược hay nhất có
tại “tài liệu ngành dược hay nhất”;
/>use_id=7046916


MỞ ĐẦU

1. Mục tiêu của Hóa học Phân tich (HHPT):

HHPT giải quyết những vấn đề chung về lý thuyết của phân tích hóa học bao gồm
phân tích định tính, định lượng và hoàn thiện những lý thuyết riêng của các phương
pháp hiện có và sẽ được xây dựng.

2


2. Nhiệm vụ của HHPT:
 Phát triển lý thuyết, nghiên cứu và hồn thiện
các phương pháp phân tích hóa học và các thủ
thuật.
 Nghiên cứu các phương pháp tách và làm giàu
các cấu tử
 Đảm bảo việc kiểm tra bằng phân tích hóa học
trong q trình tiến hành các cơng trình nghiên
cứu khoa học.
 Giúp cho các quá trình kỹ thuật và sản xuất
công nghiệp được vận hành tối ưu hoặc thích

hợp và xây dựng các phương pháp kiểm tra.
3


MỞ ĐẦU
3. Phân loại các phương pháp phân tích định lượng :

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG

PP. HĨA HỌC

PP. HĨA LÝ – PP. PT. CÔNG CỤ

(PP. CỔ ĐIỂN)

(PP. HIỆN ĐẠI)

PHÂN TÍCH

PHẦN TÍCH

PHÂN TÍCH

PHÂN TÍCH

PHƯƠNG

THỂ TÍCH

KHỐI LƯỢNG

QUANG PHỔ

ĐIỆN HĨA

PHÁP
TÁCH

Hình 1. Phân loại các PPPT định lượng

4


MỞ ĐẦU
3.1. Các phương pháp phân tích quang phổ
3.1.1. Quang phổ phân tử
- Quang phổ hấp thụ phân tử (Ultra Violet – Visible – UV-Vis);
- Quang phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy – IS);
- Phổ huỳnh quang phân tử (Molecular Fluorescein Spectroscopy – MFS).
3.1.2. Quang phổ nguyên tử
- Hấp thụ nguyên tử (Atomic Absortion Spectroscopy – AAS);
- Phát xạ nguyên tử (Atomic Emission Spectroscopy – AES);
- Phổ phát xạ quang cặp cảm ứng plasma (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry – ICP-OES);
- Huỳnh quang nguyên tử (Atomic Fluorescein Spectroscopy – AFS)

5


MỞ ĐẦU
3.2. Các phương pháp phân tích điện hóa

- Các PPPT đo thế
- Các PPPT điện lượng
- Các PPPT Von- ampe
3.3. Các phương pháp tách
- Sắc ký khí (Gas Chromatography – GC);
- Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid Chromatography – HPLC);
- Sắc ký rây phân tử (Size-Exclusion Chromatography);
- Sắc ký điện di (Electrophoresis);

6


MỞ ĐẦU
Một số phương pháp tách và làm giàu
- Phương pháp kết tủa (Precipitation)
- Chưng cất (Distilation)
- Các phương pháp chiết
+ Chiết lỏng lỏng (Liquid-Liquid Extraction, LLE);
+ Chiết pha rắn (Solid Phase Extraction, SPE),...

7


MỞ ĐẦU
4. Ưu và nhược điểm của các PPPT công cụ
Ưu điểm:
- Độ lặp lại (Precision) và độ hồi phục (Reproducibility) tốt;
- Độ chọn lọc (Selectivity) cao;
- Độ nhạy (Sensibility) cao và giới hạn phát hiện thấp (Limit Of Detection) ⇒ Có thể
xác định lượng chất rất nhỏ (ppm hoặc/và ppb)

- Độ đúng (Accuracy) tốt;

8


4. Ưu và nhược điểm của các PPPT công cụ
Ưu điểm:
- Ít tốn thời gian;
- Tự động hố.
Nhược điểm:
- Chi phí thiết bị và phân tích đắt tiền;
- Người phân tích cần có trình độ chun mơn
cao.

9


MỞ ĐẦU
5. Khả năng ứng dụng của các PPPT công cụ
Ứng dụng:
- Xác định lượng vết (ppm) và siêu vết (ppb – µ g/L) hoặc nhỏ hơn ppb trong các đối
tượng:
+ Môi trường và sinh học.
+ Thực phẩm, dược phẩm và y học,...
- Trong nghiên cứu khoa học và công nghệ
- Nghiên cứu phát triển và hoàn thiện các PPPT mới.

10

PHẦN THỨ NHẤT
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG HỌC

Phương pháp phân tích đo quang là phương pháp phân tích dựa trên tính chất quang
học của chất phân tích (nguyên tử, ion, phân tử, nhóm chức,...) như:
- Tính chất hấp thụ quang;
- Tính chất phát quang,...

11


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO QUANG
1. Phổ điện từ – tính chất sóng của ánh sáng
Ánh sáng là những bức xạ điện từ có bước
sóng khác nhau hay dịng photon có năng lượng
khác nhau.
Những dao động điện từ quan trọng trong
phương pháp đo quang:
Độ dài
sóng
Miền phổ

200
Tử ngoại chân
khơng

Tử
ngoại

400

Khả
kiến

800
Hồng
ngoại12


PHẦN THỨ NHẤT – CÁC PPPT QUANG HỌC
1. Phổ điện từ
- Khi λ < 200 nm: do oxy trong không khí, hơi nước và nhiều chất khác hấp phụ và vì vậy, cần đo
bằng thiết bị chân khơng.
- Khi 200 ≤ λ < 400 nm: ánh sáng vùng tử ngoại. Chia làm 2 vùng:
+ Từ ngoại gần: 200 ≤ λ < 300 nm;
+ Tử ngoại xa: 300 ≤ λ < 400 nm.
- Khi 400 ≤ λ < 800 nm: ánh sáng vùng khả kiến
- Khi 800 ≤ λ < 20000 nm: ánh sáng vùng hồng ngoại.

13


PHẦN THỨ NHẤT – CÁC PPPT QUANG HỌC
2. Năng lượng của photon – tính chất hạt của ánh sáng
- Năng lượng của một photon biểu diễn bằng phương trình Plank:
–27
E = hν Trong đó, h: hằng số Plank 6,62.10
erg.giây;
ν : tần số dao động điện từ.
Mặt khác, ta có: C = νλ

17
(C, tốc độ ánh sáng 3.10 nm/giây)

14


Trong phân tích quang phổ hấp thụ ít dùng đại
lượng tần số (ν), mà thường dùng số sóng (ν,
cm–1) chính là số bước sóng trong 1 cm.
Năng lượng của photon phụ thuộc vào bước
sóng của nó, bởi vì:
E = hν = h*C/λ.
⇒ Các photon ở miền sóng càng ngắn thì năng
lượng càng lớn.
15


PHẦN THỨ NHẤT – CÁC PPPT QUANG HỌC
3. Các kiểu tương tác của ánh sáng với vật chất
Một chất sau khi hấp thụ E ở các tia sáng trong miền khả kiến hay tử ngoại sẽ làm kích thích hệ electron của phân tử.
Ở trạng thái kích thích, phân tử không bền. Sau thời gian ngắn (10

–8

s) phân tử trở lại trạng thái ban đầu. Khi trở lại nó sẽ

tỏa ra năng lượng (E) ở 3 dạng:
 E giải tỏa gây ra biến đổi hóa học của chất – ngành Quang hóa.
Ví dụ Fe(SCN)3
Fe(SCN)3 tự oxy hóa dưới tác dụng của ánh sáng

3+
2+
Fe
 Fe

và

–
2SCN  (SCN)2
(SCN)2

 E giải tỏa có thể thoát ra dưới dạng ánh sáng. Do mất đi một phần nhất định E kích thích có thể biến thành nhiệt,
nên E của photon bức xạ (Phát quang) nhỏ lơn E photon gây ra kích thích. Do vậy, phổ phát quang bị dịch chuyển về phía
sóng dài hơn so với phổ hấp thụ.

16


PHẦN THỨ NHẤT – CÁC PPPT QUANG HỌC
 Trong đa số trường hợp, E hấp thụ biến thành chuyển động nhiệt được phân bố cho các mức E dao động của
phân tử. Đây là cơ sở của phân tích quang phổ hấp thụ phân tử.

E*

- hν

+ hν
E0

Sự phát xạ:

∆E = E* - E0 = hν

Sự hấp thụ:
∆E = E* - E0 = hν

17


PHẦN THỨ NHẤT – CÁC PPPT QUANG HỌC
CHƯƠNG 1. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử
(Phổ electron hay phổ UV-Vis)
1.1. Định luật cơ bản (Định luật Bouguer – Lambert – Beer)
Khi chiếu một dòng ánh sáng qua dung dịch chất hấp thụ ánh sáng thì chất đó sẽ hấp thụ chọn lọc một số tia sáng
tùy theo màu sắc của chất. Giữa màu sắc của chất và khả năng hấp thụ các tia sáng của nó được mơ tả qua giản đố màu
(xem hình 1.1).

450

480

490

Ví dụ: Một chất có màu tím thì hấp thụ các
tia sáng lục ánh vàng (λ : 560 – 575 nm) và
ngược lại.

400

500

750

560

Trong bảng màu, màu đối diện nhau:

625
- Gọi là màu bù nhau;

575
590

Hình 1.1.a Giản đồ màu

18


Bước sóng đo (nm) Ánh sáng hấp thụ Màu của dung dịch

Hình 1.1.b Giản đồ màu

19


PHẦN THỨ NHẤT – CÁC PPPT QUANG HỌC
CHƯƠNG 1. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử
1.1. Định luật cơ bản (Định luật Bouguer – Lambert – Beer)
Giả sử chiếu một chùm tia sáng có λ xác định qua dung dịch chất màu có bề dày L (cm) (xem hình 1.2).
Phản ứng: X (chất PT) + R (T/thử)  XR (Phức màu)

L

Trong đó, Io
Io và I là cường độ của ánh
sáng tới và ánh sáng ra khỏi dung dịch.
(cường độ ánh sáng được đo bằng E).
Giả sử dung dịch được chứa trong
cuvet có thể xem là các thành song song

Io

I
Io I1 I2... I

Hình 1.2. Sự thay đổi cường độ chùm
sáng khi đi qua dung dịch màu.

và cách nhau i lớp như nhau (i: 0 ÷ L).
Giả sử khi đi qua lớp thứ nhất, cường độ giảm đi n lần nên ta có:

20


PHẦN THỨ NHẤT – CÁC PPPT QUANG HỌC
CHƯƠNG 1. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử
1.1. Định luật cơ bản (Định luật Bouguer – Lambert – Beer)
L
L
⇒ Qua lớp thứ L: I = Io
Io / n hay Io

Io/I = n
Lấy log hai vế ta có: lg(Io
lg(Io/I) = L . lg(n)
- Đại lượng I/Io
I/Io gọi là độ truyền qua (T), vậy T = I/Io
I/Io
- Đại lượng lg(Io
lg(Io/I) gọi là độ hấp thụ quang của dung dịch (A) hay mật độ quang, vậy A = lg(Io
lg(Io/I) = L . lg(n) = k . L
(1.1)
- Biểu thức (1.1) chính là định luật Bouguer – Lambert.
- Độ giảm cường độ ánh sáng phụ thuộc vào số trung tâm hấp thụ ánh sáng có trên đường ánh sáng đi qua.
Giả sử xét sự hấp thụ ánh sáng của một chất màu có thành phần và cấu trúc không đổi, nhưng nồng độ thay đổi (C 1
và C2
C2, C1
C1 > C2
C2 – do pha loãng).

21


PHẦN THỨ NHẤT – CÁC PPPT QUANG HỌC
CHƯƠNG 1. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử
1.1. Định luật cơ bản (Định luật Bouguer – Lambert – Beer)
Do thành phần và cấu trúc không đổi nhưng C thay đổi nên khi quan sát từ trên xuống toàn bộ dung dịch thì A là
khơng khác nhau, vậy:
A = k’ . C . L

(1.2)

Trong đó, k’ là hệ số tỷ lệ (ký hiệu là ε - hệ số hấp thụ phân tử gam)
⇒ C1*b1
*b1 = C2
C2*b2
*b2
Biểu thức (1.2) do Beer thiết lập.
Kết hợp (1.1) và (1.2), ta có:

100

A = lg(Io
lg(Io/I) = ε L C

75

Khi biểu diễn trên hệ trục Ox ta có:

0

0,15

(1.3) (Định luật B–L–B)

50

25

0%

0,30

0,60

∞

22


PHẦN THỨ NHẤT – CÁC PPPT QUANG HỌC
CHƯƠNG 1. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử
1.2. Các tính chất của độ hấp thụ quang
Theo định luật B – L – B ta có: A = ε L C
Trong đó, C – nồng độ chất phân tích (mol/L – M); ε – hệ số hấp thụ phân tử gam (phụ thuộc vào bước sóng); L – chiều
dày lớp dung dịch chứa trong cuvet (cm).

λ

max

⇒ A = f(λ , L, C)
 Nếu đo A của một dung dịch và cùng

a

một cuvet (L, C = const)
⇒ A = f(λ ), gọi là đường biểu diễn độ
hấp thụ ánh sáng của dung dịch vào λ của
ánh sáng tới (hình 1.3).

Hình 1.3. Độ hấp thụ của bromothymol

xanh ở các bước sóng khác nhau.23


24


PHẦN THỨ NHẤT – CÁC PPPT QUANG HỌC
CHƯƠNG 1. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử
1.2. Các tính chất của độ hấp thụ quang
- Dùng để định tích chất, nhóm chức,...
- Khi đo A thường chọn tại λ max,
max, vì độ nhạy cao
- Nếu a càng nhỏ thì càng tốt, vì sẽ có tính chọn lọc cao.
 Nếu đo A của một dãy dung dịch của một chất có nồng độ khác nhau tại một bước sóng và cùng một cuvet ( λ , ε , C
= const)
⇒ A = f(C), là một đường thẳng tuyến tinh – Sử dụng để định lượng
 Độ hấp thụ có tính chất cộng tính
Giả sử đo A tại một bước sóng của dung dịch 1 (C1
(C1) có A1
A1, dung dịch 2 (C2
(C2) có A2 và dung dịch 3 (C1
(C1+C2
+C2) có A3
A3:
- Nếu 2 dung dịch không tương tác: A3
A3 = A1
A1 + A2
A2.

25