zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Giáo trình Phân tích dụng cụ

Chia sẻ: Đặng Ngọc Lý | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:45

Báo xấu

114
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bức xạ điện từ (hay sóng điện từ) là sự kết hợp của dao động điện trường và từ trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như sóng. Bức xạ điện từ thường được tạo ra bởi sự tương tác của một nguồn năng lượng nào đó với vật chất chẳng hạn như cơ năng, nhiệt năng, điện năng…hay sự giải phóng năng lượng của vật chất ở trạng thái năng lượng cao không bền như sự phát xạ của nguyên tử, phân rã phóng xạ, sự phát huỳnh quang…...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Phân tích dụng cụ

Phân tích dụng cụ 1 MỤC LỤC 1
Phân tích dụng cụ 1 Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP UV - VIS 1.1. Đại cương về bức xạ điện từ và phổ 1.1.1. Bức xạ điện từ và phổ Bức xạ điện từ (hay sóng điện từ) là sự kết hợp của dao động điện trường và từ trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như sóng. Bức xạ điện từ thường được tạo ra bởi sự tương tác của một nguồn năng lượng nào đó với vật chất chẳng hạn như cơ năng, nhiệt năng, điện năng…hay sự giải phóng năng lượng của vật chất ở trạng thái năng lượng cao không bền như sự phát xạ của nguyên tử, phân rã phóng xạ, sự phát huỳnh quang… ̣ hợp cać bức xạ có bước song Tâp ́ khać nhau goị là phổ điêṇ từ. Ánh sáng là những bức xạ điện từ có bước sóng khác nhau hay là dòng photon có năng lượng khác nhau. Những dao động điện từ quan trọng nhất trong phân tích trắc quang có độ dài sóng như sau: Bước sóng (nm) Miền phổ Bước sóng (nm) Miền phổ 800 Hồng ngoại 1.1.2. Tính chất của bức xạ điện từ a. Vận tốc trong chân không Trong chân không, các bức xạ điện từ đi với vận tốc không thay đổi, thường được ký hiệu là c =299.792.458 m/s b. Sóng ngang Sóng điện từ là sóng ngang, nghĩa là sự lan truyền của các dao động liên quan đến tính chất có hướng (cụ thể là cường độ điện trường và cường độ từ trường) của các phần tử mà hướng dao động vuông góc với hướng lan truyền sóng. c. Năng lượng Năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ là E =hγ = hc/λ, với h là hằng số Planck, γ là tần số và c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Như vậy, bước sóng càng dài thì năng lượng photon càng nhỏ. d. Tương tác với vật chất Khi một bức xạ điện từ tương tác với một dạng vật chất nào đó như: các nguyên tử, phân tử và các hạt cơ bản thì xảy ra quá trình chuyển giao năng lượng. Quá trình chuyển giao năng lượng này có phụ thuộc vào bước sóng hay tần số của bức xạ điện từ (hay năng lượng của các photon) và bản chất, cấu trúc của dạng vật chất mà bức xạ điện từ tương tác. Sự tương tác với vật chất sẽ làm cho năng lượng của bức xạ điện từ và của vật chất nhận sự tương tác bị thay đổi theo chiều hướng ngược nhau. 1.2. Thuyết vân đạo phân tử MO Trong khi theo thuyết VB: liên kết được hình thành do sự ghép đôi hay trao đổi electron giữa các nguyên tử, nghĩa là trong phân tử các nguyên tử vẫn giữ nguyên cấu trúc electron của mình, tức vẫn tồn tại các vân đạo của các nguyên tử, thì thuyết MO theo quan điểm gần như ngược lại mặc dù vẫn lấy mức độ xen phủ giữa các AO làm tiêu chuẩn để mô tả liên kết. 2
Phân tích dụng cụ 1 Thuyết MO cho rằng: (a) Trong phân tử không còn tồn tại các vân đạo nguyên tử (AO) riêng rẽ, mà chỉ có các vân đạo chung cho toàn bộ phân tử, gọi tắt là MO. Các MO này được xây dựng dựa vào sự tổ hợp các AO thích hợp. Mỗi MO có một năng l ượng E i xác định và được đặc trưng bởi một hàm sóng Ψi xác định. Các electron của phân tử được phân bố trên các MO đó theo nguyên lý Pauli (mỗi MO chỉ chứa tối đa 2 electron), nguyên lý vững bền và quy tắc Hund. Nếu trong mỗi vân đạo nguyên tử, electron được đặc trưng bằng một bộ các số lượng tử và ta có các vân đạo nguyên tử với các tên s, p, d, f,…thì trong mỗi vân đạo phân tử, electrong cũng đ ược đ ặc tr ưng bằng một bộ các số lượng tử với các tên σ, π, δ,… (b) Trạng thái của toàn bộ phân tử được xác định từ một bộ các MO Ψi có electron (cấu hình electron của phân tử). 1.3. Cơ sở lý thuyết của phương pháp 1.3.1. Trạng thái năng lượng của phân tử Theo thuyết vân đạo phân tử, Các điện tử hóa trị khi tham gia tạo liên kết hóa học sẽ tạo thành các loại vân đạo phân tử: vân đạo liên kết và vân đạo phản liên kết. các điện tử không tham gia tạo liên kết ở lớp vở điện tử ngoài thường ký hiệu bằng điện tử n. Về mặt năng lượng, khi các điện tử tham gia tạo liên kết hóa học đ ể tạo thành các vân đạo phân tử sẽ có năng lượng khác nhau tùy thuộc vân đạo chúng t ạo thành. Trong phân tử có thể có 5 loại vân đạo phân tử có năng l ượng khác nhau và mức năng lượng được sắp xếp theo thứ tự tăng dần là: σ < π < n < π* < σ* 1.3.2. Bước chuyển năng lượng 1.3.2.1. Nguyên nhân bước chuyển Các phân tử, ở điều kiện bình thường chúng tồn tại ở trạng thái cơ bản, trạng thái này có năng lượng thấp và bền vững. Nhưng khi có một bức xạ điện t ừ (chùm photon) kích thích với tần số thích hợp, thì các điện tử hóa trị (điện tử liên kết) trong phân tử sẽ hấp thu năng lượng của bức xạ điện từ và chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn. Theo cơ học lượng tử, ở trạng thái cơ bản của phân tử, các điện tử liên kết được sắp đầy vào các vân đạo liên kết σ, π hoặc n (non bonding: cặp điện tử tự do chưa liên kết) có mức năng lượng thấp. Khi bị kích thích, chúng sẽ có sự di chuyển lên các mức năng lượng cao theo qui tắc 4 bước chuyển cơ bản sau: σ → σ*; π → π*; n → σ*; n → π* Lúc này phân tử đã bị kích thích. Hiệu số giữa hai mức năng lượng cơ bản và kích thích chính là năng lượng mà phân tử đã hấp thu để chuyển từ mức năng l ượng cơ bản lên mức năng lượng kích thích. Năng lượng bị phân tử hấp thu chính là năng lượng của nguồn sáng kích thích tương tác với phân tử. Quá trình này được biểu thị theo hệ thức sau: ∆E(e) = E* - E0 = h.γ = h.c/λ E = năng lượng [J] h = hằng số Plank (6.62 × 10-34 Js) c = Tốc độ ánh sáng (3 × 108 ms-1) γ = Tần số [s-1] λ = Bước sóng [m] 3
Phân tích dụng cụ 1 1.3.2.2. Đặc điểm của bước chuyển Trong các bước chuyển, bước chuyển n  π* có năng lượng bé nhất, còn bước chuyển σ → σ* cần năng lượng lớn nhất Bước chuyển σ σ*: Cần có năng lượng lớn tương ứng với bước chuyển có λ< 200nm (thuộc tử ngoại chân không) Bước chuyển π π* : Có cường độ lớn ε ≈ 10 , có vân phổ vùng UV 3 Bước chuyển n σ*: Thường cho vân phổ ở vùng ranh giới tử ngoại chân không. Bước chuyển n π* : Có vân phổ ở vùng UV-VIS 1.4. Cơ sở định tính của phương pháp 1.4.1. Đặc trưng của phổ Trong quá trình kích thích, cùng với sự chuyển mức năng lượng của các electron liên kết, còn kèm theo sự quay và dao động của nguyên tử trong phân tử dưới tác dụng của nguồn sáng. Vì thế, tổng năng lượng mà phân tử nhận được khi bị kích thích là bao gồm ba thành phần: Ets = ∆E(e) + ∆E(d) + ∆E(q) Trong ba thành phần này thì: ∆E(e) >> ∆E(d) >> ∆E(q). Như vậy, phổ hấp thu phân tử UV – VIS là phổ được hình thành do sự tương tác của các điện tử hóa trị ở trong phân tử hay nhóm phân tử với chùm nguồn sáng kích thích (chùm tia bức xạ trong vùng UV – VIS) tạo ra. Nó là phổ tổ hợp sự di chuyển mức năng lượng của các điện tử liên kết, của sự quay và sự dao động của phân tử. Vì thế, phổ UV – VIS là phổ đám chứ không phải là phổ vạch. Phổ này chủ yếu nằm trong vùng có bước sóng từ 200 ÷ 800nm do đó được gọi là phổ hấp thu UV – VIS (tử ngoại và khả kiến) của phân tử hay nhóm phân tử. 1.4.2. Màu sắc Sự hấp thu các tia sáng thuộc miền khả kiến hay tử ngoại làm kích thích hệ electron của phân tử. Ở trạng thái kích thích phân tử không bền vững, chỉ tồn tại một thời gian rất ngắn (khoảng 10-8 giây) nó có xu hướng trở về trạng thái bình thường. từ trạng thái kích thích có năng lượng cao trở về trạng thái cơ bản có năng l ượng thấp, phân tử lại giải tỏa ra năng lượng dưới 3 dạng chủ yếu: – Năng lượng giải tỏa gây nên sự biến đổi hóa học của chất. – Năng lượng giải tỏa ra dưới dạng ánh sáng, hiện tượng này được gọi là phát quang. – Năng lượng giải tỏa ra dưới dạng nhiệt. Trong đại đa số trường hợp, năng lượng kích thích biến thành chuyển động nhiệt, được phân bố cho các mức năng lượng dao động của phân t ử và c ủa solvat. Như vậy phân tử hoặc ion có màu sau khi hấp thu ánh sáng đã biến dao động electron thành chuyển động nhiệt của các tiểu phân. Sự chuyển năng lượng kích thích của hệ electron thành chuyển động nhiệt là cơ sở của phân tich trắc quang dùng để xác định hàm lượng chất phân tích theo độ hấp thu ánh sáng. Giữa màu sắc của một chất với khả năng hấp thu ánh sáng của nó có liên quan với nhau, được thể hiện trong bảng sau: Màu của chất Các tia sáng bị hấp thu Bước sóng (nm) Lục ánh vàng Tím 400 – 450 4
Phân tích dụng cụ 1 Vàng Chàm 450 – 480 Da cam Chàm lục 480 – 490 Đỏ Lục chàm 490 – 500 Tía Lục 500 – 560 Tím Lục ánh vàng 560 – 575 Chàm Vàng 575 – 590 Chàm lục Da cam 590 – 625 Lục chàm Đỏ 625 – 700 Lục Tía 700 – 800 Từ hiện tượng trên, chất màu được định nghĩa như sau: – Chất có màu là chất có khả năng hấp thu chọn lọc một số tia sáng nhất định (vùng khả kiến) và chuyển bức xạ đó thành nhiệt. – Chỉ có vật đen tuyệt đối mới hấp thu mọi tia sáng trong vùng khả kiến và biến thành nhiệt. – Không có chất nào là không hấp thu ánh sáng. Những chất có màu thì hấp thu các tia sáng trong vùng khả kiến, còn các chất không màu (như nước, thủy tinh…) thì hấp thu mạnh trong vùng tử ngoại. 1.5. Cơ sở định lượng của phương pháp - Định luật Lambert – Beer 1.5.1. Phương pháp trắc quang UV – VIS Phương pháp này dựa vào việc đo cường độ dòng sáng còn lại sau khi đi qua dung dịch bị chất phân tích hấp thu một phần. Nếu dung dịch trong suốt, có màu thì gọi là phương pháp đo màu, nếu dung dịch phân tích là dung dịch keo thì gọi là phương pháp đo độ đục. Trong phương pháp đo độ đục, nếu đo cường độ dòng sáng sau khi bị các hạt keo hấp thu gọi là phương pháp hấp đục, nếu đo cường độ dòng sáng do các hạt keo khuyếch tán gọi là phương pháp khuyếch đục. Khi đo cường độ dòng sáng có thể so bằng mắt (phương pháp so màu) hoặc đo bằng máy (phương pháp trắc quang). Phương pháp phân tích trắc quang dựa trên tính chất vật lý của vật chất có tính hấp thu chọn lọc dòng ánh sáng đơn sắc, đây là phép phân tích định lượng, không đo trực tiếp khối lượng hay thể tích mà đo độ hấp thu của dung dịch từ đó suy ra nồng độ của các cấu tử cần xác định. Vậy bản chất của phương pháp là dựa trên sự phụ thuộc xác định giữa đại lượng ánh sáng bị hấp thu và lượng chất hấp thu ánh sáng đó (A = f(C)) hay chiều dày lớp dung dịch hấp thu (A = f(l)). Mối quan hệ này được thiết lập dựa trên các định luật hấp thu ánh sáng. 1.5.2. Định luật Lambert Nội dung định luật: Lượng tương đối của các dòng sáng bị hấp thu bởi môi trường mà nó đi qua không phụ thuộc vào cường độ tia tới. Mỗi lớp có chiều dày như nhau thì hấp thu một phần dòng sáng đơn sắc đi qua dung dịch như nhau. Khi ta chiếu một chùm tia sáng có cường độ ban đầu là I 0 vào một cuvet trong suốt có thành song song chứa dung dịch mẫu, có độ dày là b. Chia bề dày dung dịch thành b lớp. khi ánh sáng đi qua lớp thứ nhất, cường độ sáng yếu đi n lần nên cuối lớp thứ nhất cường độ sáng sẽ là: (n > 1) Cuối lớp thứ nhất, đồng thời là đầu lớp thứ 2, chùm sáng sau khi đi qua lớp thứ 2 cũng giảm n lần: = Như vậy sau khi đi qua hết b lớp, cường độ chùm sáng đi ra khỏi dung dịch là: 5
Phân tích dụng cụ 1 hay  Trong phân tích trắc quang, đại lượng được gọi là độ hấp thu của dung dịch (kí hiệu là A)  Phương trình này cho thấy A = lgn khi đo với cuvet có bề dày 1cm. 1.5.3. Định luật Beer Sự giảm cường độ chùm sáng khi đi qua dung dịch tùy thuộc vào số trung tâm hấp thu ánh sáng có trên đường đi của chùm sáng. Xét sự hấp thu ánh sáng bởi một chất màu có thành phần và cấu trúc không đ ổi khi nồng độ thay đổi. Đổ một ít dung dịch này vào một ống hình trụ và quan sát đ ộ hấp thu ánh sáng của dung dịch từ trên xuống. Nếu pha loãng dung dịch ra n lần nhưng bề dày lớp dung dịch trong ống tăng n lần, do đó số trung tâm hấp thu ánh sáng trong ống không thay đổi, nghĩa là độ hấp thu quang không đổi. Do đó: kC1b1 = kC2b2 Hệ thức này do Beer thiết lập vào năm 1852, định luật Beer được phát biểu như sau: Sự hấp thu dòng quang năng tỉ lệ bậc nhất với số phần tử của chất hấp thu mà dòng quang năng đi qua. Hay: Độ hấp thu ánh sáng của dung dịch màu tỉ lệ bậc nhất với nồng độ của dung dịch hấp thu ánh sáng. Biểu thức định lượng của định luật Beer: A = kCb Với k là hệ số tỉ lệ, đặc trưng cho sự hấp thu ánh sáng của vật và chỉ phụ thuộc vào tính chất của vật ấy. Hệ số này không thay đổi khi cường độ ánh sáng thay đ ổi trong một giới hạn rộng. 1.5.4. Định luật hợp nhất – Định luật Lambert – Beer Tổng hợp từ hai phương trình của định luật trên: = k thường được ký hiệu ε: A = εCb (*) Nếu nồng độ C được biểu diễn bằng mol/l và b bằng cm thì ε là hệ số hấp thu phân tử gam. Phương trình (*) là biểu thức của định luật Lambert – Beer, là định luật cơ bản của sự hấp thu ánh sáng, được sử dụng để tính toán trong phân tích trắc quang. 1.5.5. Ý nghĩa các đại lượng 1.5.5.1. Độ truyền quang và độ hấp thu quang Độ truyền quang (%T) được tính theo công thức: Đại lượng này ít sử dụng trong phân tích trắc quang, vì so với A chúng phụ thuộc rất phức tạp vào nồng độ. T là hàm lũy thừa của C nên không thuận tiện cho việc tính toán. Trong phân tích trắc quang, thường dùng hàm A vì nó phụ thuộc bậc nhất vào C nên thuận l ợi cho việc tính toán. Giữa A và T có mối liên hệ với nhau. lgT = = – εbC – lgT = εbC = A A và T không có thứ nguyên T có giá trị từ 0% ÷ 100% hay từ 0 ÷ 1 A có giá trị từ 0 ÷ ∞ T là thang chia thẳng đều 6
Phân tích dụng cụ 1 A là thang chia không thẳng đều vì là hàm logarit Các đại lượng A và T đều phụ thuộc vào bước sóng λ và nồng độ chất hấp thu. 1.5.5.2. Hệ số hấp thu phân tử gam (ε) Hệ số hấp thu phân tử gam ε đặc trưng cho bản chất chất màu, phụ thuộc vào độ dài sóng của ánh sáng đi qua và nhiệt độ; không phụ thuộc vào thể tích dung dịch, bề dày lớp dung dịch và cường độ dòng sáng (Io). Do đó đại lượng ε được coi là tiêu chuẩn khách quan quan trọng nhất để đánh giá độ nhạy của phép định lượng trắc quang, ε càng lớn, độ nhạy càng cao. ε có thứ nguyên “l.mol-1.cm-1” Hệ số ε của các chất thường nằm trong vùng 10 3 ÷ 105 thì mới có đủ độ nhạy dùng trong phép trắc quang. Thông thường các liên kết đôi, các liên kết ba và s ố lượng các liên kết này trong phân tử càng nhiều thì khả năng hấp thu năng l ượng càng lớn. Khi b = 1cm, nồng độ C = 1 M (mol/l) thì A = ε. Giá trị A này đặc trưng cho sự hấp thu quang của một mol chất và được gọi là hệ số hấp thu riêng phần (hay còn gọi là hệ số tắt phân tử gam hoặc là hệ số hấp thu phân tử) của chất đó. Bảng Hệ số hấp thu và bước sóng hấp thu của một số chất Chất đo Liên kết λ1 ε1 λ2 ε2 Ether –O– 185 1000 Thyoether –S– 194 4600 Disulphide –S–S– 195 5500 175 6000 Acetilide –C–C– 180 7000 Azido –C=N– 190 5000 Ketone –C=O– 195 1100 Ethylene –C=C– 190 8000 Azo – N = N – 400 2000 Thioketone –S=C– 250 9500 Benzen 3(– C = C –) 184 9000 Naphthalene Đa vòng 220 120.000 275 5600 Anthracene Đa vòng 252 199.000 375 7900 Pyridine Dị vòng 176 80.000 195 6600 Quinoline Vòng thơm 227 37.000 270 3600 Phức Pb-PAR 520 45.000 Phức Al-AliR 535 84.000 Phức Cr-PPC 540 29.000 Phức Ni-DMG 445 14.900 Phức Zn-Dz 535 39.000 1.6. Tính cộng mật độ quang 7
Phân tích dụng cụ 1 Giả sử trong 2 cuvet có chiều dày b bằng nhau, chứa 2 chất khác nhau có ε1 và C1, ε2 vả C2. Ở cuvet thứ 3 cũng có bể dày b, dung dịch chứa đồng thời 2 chất có nồng độ C1 và C2. (1) (2) A = A1 + A2 = b (ε1C1 + ε2C2) Từ thí nghiệm trên cho thấy mật độ quang có tính chất cộng và rút đ ược ra 2 hệ quả quan trọng Hệ quả 1: Khi đo A một dung dịch nào đó, A = A* + Adm, để A dung dịch đúng bằng A* thì Adm phải thật nhỏ không đáng kể. Hay nói cách khác, phổ hấp thu của dung môi phải rất xa so với phổ hấp thu của dung dịch cần xác định. Để đo mật đ ộ quang trong vùng tử ngoại hay thấy được, cần chọn dung môi có cực đại hấp thu ở miền ranh giới tử ngoại chân không hay tử ngoại. Một số dung môi có thể sử dụng được cho trong bảng sau: Dung môi Bước sóng (nm) Dung môi Bước sóng Aceton 330 Etanol > 210 Benzen 280 n- Hexan 200 Cloroform 237 Cyclohexan 195 1,4 Dioxan 220 Nước > 190 Dietylete 215 Acetonitril > 190 Hệ quả 2: Nếu có hỗn hợp gồm nhiều chất trộn lẫn không làm thay đổi l ực tương tác giữa các phân tử, không gây ra các phản ứng hóa học, không làm chuyển dịch cân bằng, thì có thể áp dụng tính chất cộng mật độ quang để xác đ ịnh nồng đ ộ c ủa các chất theo công thức: 1.7. Điều kiện nghiệm đúng định luật Lambert – Beer (LB) và nguyên nhân lệch khỏi định luật Điều kiện lý tưởng để định luật Lambert – Beer tuân theo là ε phải là hằng số. Giá trị ε thay đổi sẽ dẫn đến sự lệch khỏi định luật, chủ yếu là định luật Beer. Có rất nhiều nguyên nhân làm cho đại lượng này thay đổi, ví dụ như: – Ánh sáng chiếu vào dung dịch không phải là ánh sáng đơn sắc – Do sự tương tác tĩnh điện của chất cần xác định khi nồng độ lớn – Do các yếu tố hóa lý khác của dung dịch như đại lượng pH, sự pha loãng, lực ion… 1.7.1. Những dấu hiệu cho biết sự hấp thu không tuân theo định luật a. Dựa vào hàm A = f(b,C) Tại một bước sóng, hàm A = f(b,C) là một hàm bậc nhất nên đường biểu diễn A theo b hoặc C phải là đường thẳng. Khoảng nồng độ tuân theo đ ịnh luật Beer là 8
Phân tích dụng cụ 1 khoảng mà đường biểu diễn A theo C phải là đường tuyến tính. Những khoảng nồng độ quá loãng hay quá đặc thì đường biểu diễn bị cong, đó là những khoảng mà s ự hấp thu ánh sáng không tuân theo đúng định luật cơ bản của Lambert – Beer. (Trong thực tế, những giá trị A đo được khi C min → 0 thì có độ tin cậy không cao vì giá trị A nằm trong khoảng dưới giới hạn phát hiện của thiết bị ) b. Dựa vào phổ hấp thu Phổ hấp thu của dung dịch chất màu ở những nồng độ khác nhau (các điều kiện khác như pH, thành phần dung, thành phần các muối… như nhau) mà có cực đại ở cùng một bước sóng thì các dung dịch đó hấp thu ánh sáng tuân theo đ ịnh luật. Những dung dịch trong cùng điều kiện đó mà ở nồng độ khác nhau có λmax lệch nhau (về phía sóng dài hoặc sóng ngắn) đều là biểu hiện chứng tỏ sự hấp thu ánh sáng của chúng không tuân theo định luật cơ bản về sự hấp thu ánh sáng. 1.7.2. Nguyên nhân lệch khỏi định luật LB 1.6.2.1. Mức độ đơn sắc của ánh sáng sử dụng Ánh sáng càng đơn sắc thì mức độ tuân theo định luật hấp thu càng cao. Trong phép trắc quang hiện nay, để tạo ra tia đơn sắc, có thể dùng lăng kính hay cách t ử hoặc dùng kính lọc để thu được ánh sáng chiếu vào có vùng phổ hẹp hơn, nhưng cho đến nay vẫn chưa tạo được ánh sáng hoàn toàn đơn sắc. Ví dụ như một tia có bước sóng nằm trong khoảng λa - λb rất hẹp, có thể xem như gần trùng với λmax. Nếu thực hiện phép đo tại đây sẽ thu được độ hấp thu cực đại Amax. Còn nếu thực hiện với ánh sáng đa sắc chứa nhiều độ dài sóng khác nhau, từ λM – λN, độ hấp thu trung bình Atb lúc này đương nhiên sẽ nhỏ hơn Amax. Khi nồng độ C nhỏ thì sự khác biệt giữa Amax và Atb nhỏ, nhưng khi C tăng lên sự khác biệt ngày càng xa, làm đường chuẩn bị cong khi tăng nồng độ dung dịch nghiên cứu. Giả thiết các tia đa sắc kia bao gồm các tia I1, I2, I3, I4 và như vậy: Vì dung dịch hấp thu có tính chọn lọc, giả sử dung dịch có khả năng hấp thu cực đại tia I02, các tia khác hấp thu rất ít hoặc không hấp thu. Nếu tăng nồng độ C (hoặc tăng chiều dày hấp thu b) thì I2 giảm tương đối theo nồng độ dung dịch, đến một lúc nào đó I2 = 0 thì Lúc này C có tăng thì A cũng thay đổi không đáng kể dẫn đ ến đoạn cong trên đồ thị A – C. 1.7.2.2. Trạng thái và nồng độ của chất xác định trong dung dịch Khi nồng độ chất hấp thu quá lớn cũng làm thay đổi giá trị ε. Khi nồng độ lớn sẽ xảy ra sự tương tác giữa các tiểu phân hấp thu, làm lớp vỏ bên ngoài c ủa hợp chất màu bị biến dạng dẫn đến tính chất hấp thu thay đổi và ε sẽ thay đổi, thông thường làm giảm giá trị ε. Để giá trị ε ít thay đổi nên dùng dung dịch có nồng độ C < 10-2M 1.7.2.3. Môi trường Bao gồm các yếu tố hóa lý, những yếu tố này có thể làm thay đ ổi cân bằng của chất hấp thu làm cho giá trị đo được sẽ lệch đi. Ví dụ trong phản ứng A + B  C + D với C là hợp phần hấp thu. Những sự thay đổi trong dung dịch có thể ảnh hưởng đến cân bằng trên làm thay đổi nồng 9
Phân tích dụng cụ 1 độ của C. Do đó, cần phải tạo môi trường ổn định, nhất là các yếu tố như pH, đ ộ pha loãng, lực ion… a. Đại lượng pH của dung dịch Ở phản ứng giữa ion kim loại M với thuốc thử hữu cơ HR: Mn+ + HR MRn + nH+ Sự hình thành phức MRn phụ thuộc nhiều vào nồng độ H+ của dung dịch, chỉ ở pH > pK của HR thì phức MRn mới hình thành được hoàn toàn, đó là hợp phần hấp thu cần xác định, ở pH < pK sẽ có sự cạnh tranh giữa M n+ và H+, nên MRn hình thành không hoàn toàn. Chỉ có các anion của acid mạnh mới tồn tại được trong môi trường axit (ở pH thấp). Các phức hình thành giữa ion kim loại với anion của chỉ thị kim loại chỉ bền ở một khoảng pH hẹp. Do đó để phức được hình thành hoàn toàn phải tạo ở pH thích hợp bằng dung dịch đệm. Ngoài ra cũng gặp những ion tạo phức có ái lực lớn với OH- tạo thành phức hydroxo. MRn + OH- M(OH)Rn-1 M(OH)Rn-1 + OH- M(OH)Rn-2 … Các phức hydroxo có tính chất hấp thu khác nhiều so với MRn. Hiện tượng này cần đặc biệt lưu ý đối với những ion kim loại có tính thủy phân mạnh, vì thế c ần giữ pH thích hợp và không đổi trong suốt quá trình đo. b. Sự pha loãng Sự pha loãng thường dẫn đến sự phân ly mạnh của hợp chất màu và gây ra sự lệch khỏi định luật LB. Ví dụ: Cr2O72- + H2O CrO42- + 2H+ Khi pha loãng càng nhiều, ion CrO42- hình thành càng nhiều, nếu đo ở λ = 420nm, tức đo ở bước sóng hấp thu cực đại của Cr2O72- sẽ gặp sai số khá lớn. c. Các yếu tố khác – Sự có mặt của các ion, các chất lạ khác có trong mẫu. Yếu tố này rất phức tạp, cần được xem xét cụ thể trong mỗi trường hợp, nếu có thì phải loại trừ. – Phổ hấp thu phụ thuộc vào dung môi, vì vậy cần sử dụng một loại dung môi cố định trong suốt tiến trình thí nghiệm. 1.8. Khảo sát sự tuân theo định luật lamber – beer 1.8.1. Kiểm tra độ lập lại λmax khi nồng độ cấu tử thay đổi (đo trên cùng cuvet) Pha loãng dung dịch ra nhiều lần và đo A của dung dịch sẽ thu được các dạng phổ theo hình vẽ sau: 1.8.2. Kiểm tra độ lặp lại của λmax khi pha loãng dung dịch (thay đổi chiều dày cuvet theo hệ số pha loãng) Pha loãng dung dịch ra 2, 3, 4,… lần và đo với chiều dày b tăng 2, 3, 4,…sẽ thu được phổ có các dạng sau 10
Phân tích dụng cụ 1 1.9. Các dạng phổ hấp thu phân tử 1.9.1. Phổ hấp thu của dung dịch có một cấu tử tạo màu Phổ hấp thu của một dung dịch thường được biểu diễn ở hai dạng chính A = f(λ) hay ε = f(λ) Hai đại lượng đặc trưng cho phổ hấp thu là vị trí và cường độ. Vị trí cực đại hấp thu, giá trị λmax phụ thuộc vào ∆E của một bước chuyển điện tử mà hợp chất sẽ hấp thu ở các vùng phổ khác nhau. Bán chiều rộng ( λ1/2) của vân phổ dao động từ 50 – 60nm. Cường độ thể hiện qua toàn bộ diện tích của vân phổ hoặc chiều cao của peak. Hợp chất có phổ hấp thu tốt khi peak cao, bán chiều rộng vân phổ h ẹp. Đ ể phép đo có độ nhạy cao cần phải đo ở λmax, nếu không đo được ở λmax thì đo trong vùng bước sóng λ1/2. 1.9.2. Phổ hấp thu của dung dịch có nhiều cấu tử tạo màu Khi trong hệ gồm nhiều cấu tử, thường thấy phổ của chúng có thể chồng phủ lên nhau. Đối với hệ hai cấu tử có màu trong phân tích trắc quang thường gặp là: – Hệ gồm thuốc thử hữu cơ HR và phức của nó với ion kim loại. – Hệ chỉ thị pH hai màu mà dạng acid và dạng baz liên hợp có màu khác nhau. – Hệ khi thay đổi pH hoặc nồng độ của thuốc thử có sự tạo phức với các thành phần khác nhau, MR + (n-1)R  MRn, trong đó, phức MR và phức MRn thường có màu khác nhau. Trường hợp hai cấu tử màu có λmax cách xa nhau, sẽ thu được hai vân phổ riêng biệt. Nếu khoảng cách giữa hai giá trị λmax < ½ tổng bán chiều rộng của phổ hấp thu thì hai vân phổ của hai cấu tử này xen phủ lên nhau, Dạng phổ hấp thu thường gặp trong phép trắc quang là dạng phổ của thuốc thử hữu cơ và phức của chúng với ion kim loại, phổ của chúng có thể cắt nhau, như vậy cần chọn bước sóng tối ưu λopt để đo độ hấp thu của dung dịch màu. Cách chọn bước sóng tối ưu – Trường hợp phổ hấp thu của thuốc thử và phức có λmax cách xa nhau, lúc đó, ∆λ > một nửa tổng bán chiều rộng, bước sóng tối ưu chọn đo chính là λmax. – Trường hợp phổ hấp thu của HR và MR chồng lên nhau, cần tìm bước sóng tối ưu dựa trên các nguyên tắc sau: + Bước sóng tối ưu ứng với ∆A, hiệu số giữa phổ của phức và thuốc thử là lớn nhất. Ghi phổ của HR và MR trên cùng đồ thị, sau đó vẽ đường hiệu số của các đường phổ trên hoặc có thể ghi trực tiếp đường hiệu số này trên máy và s ử dụng dung dịch thuốc thử làm dung dịch so sánh. 11
Phân tích dụng cụ 1 + Vì độ nhạy của phép đo cũng phụ thuộc vào hiệu số tuyệt đối ( εMR – εHR) và tỉ số εMR/εHR, nên bước sóng tối ưu cần có hiệu số ( εMR – εHR) càng lớn càng tốt, và tỉ số εMR/εHR cũng càng lớn càng tốt. 1.10. Yêu cầu đối với thuốc thử Các hợp chất hữu cơ tạo được phức màu với nhiều ion kim loại nên thường được dùng làm thuốc thử trong phân tích trắc quang. Để chọn lựa một thuốc thử thích hợp cần phải căn cứ theo các tiêu chuẩn sau: – Khoảng cách giữa các cực đại hấp thu giữa thuốc thử và phức càng lớn càng tốt ∆λ = λmax (MR) – λmax (HR) ≥ 80 – 100nm. – ∆ε = εMR – εHR càng lớn càng tốt – εMR/εHR ≥ 2 – 10 lần. 1.11. Yêu cầu của phản ứng dùng trong phương pháp trắc quang – Phản ứng phải xảy ra nhanh và hoàn toàn theo hướng tạo ra sản phẩm h ấp thu mạnh có tính định lượng tuân theo định luật LB – Hợp chất có độ bền cao, ít phân ly, hằng số bền ≥ 108 và có thành phần xác định – Ổn định theo thời gian, càng lâu càng tốt. Nếu có sự thay đ ổi, c ần có th ời gian ổn định tối thiểu đủ để thực hiện phép đo (khoảng 20 phút) – Sản phẩm được tạo ra phải có ε lớn, vì như thế phép đo có độ nhạy cao. 1.12. Các bước khảo sát được tiến hành trong qui trình phân tích trắc quang (1) Ghi phổ hấp thu của phức và thuốc thử trong cùng điều kiện pH lên cùng một độ thị. Chọn bước sóng đo thích hợp. (2) Chọn thời gian, nhiệt độ, thứ tự thuốc thử và lượng thuốc thử thích hợp. (3) Xác định khoảng pH tạo phức tối ưu (4) Xây dựng đường cong phụ thuộc A = f(C) hay T = f(C). Xác định khoảng tuân theo định luật LB (5) Xác định ε, độ nhạy và các đặc trưng khác của phương pháp (LOD, LOQ) (6) Khảo sát thành phần của phức (7) Khảo sát các yếu tố cản nhiễu và biện pháp loại trừ. (8) Xây dựng lại đường chuẩn (khoảng tuân theo định luật LB) ở các điều kiện tối ưu. (9) Đánh giá qui trình xác định qua hệ số thu hồi, bằng cách sử dụng mẫu tự tạo hoặc mẫu chuẩn. (10) Xác định trên mẫu thật. 12
Phân tích dụng cụ 1 Chương 2 THIẾT BỊ UV - VIS 2.1. Sơ đồ khối của thiết bị Các máy trắc quang có nhiều loại và có cấu tạo khác nhau, song chúng đều có một sơ đồ khối chung như nhau. 2.2. Các loại máy quang phổ Có 2 loại máy quang phổ chính: máy một chùm tia (single beam) và hai chùm tia (double beam) 2.2.1. Một chùm tia Hệ thống nhân quang điện Cách tử Khe Cuvét Thấu kính Hệthống tách sắc Nguồn sáng . Trong máy quang phổ một chùm tia phải đo hai lần: một lần với cuvette chỉ chứa dung môi, một lần với dung dịch cần phân tích. Trong cả hai lần đo phải gi ữ cường độ chùm sáng không đổi, điều này rất khó đảm bảo và dẫn tới kết quả không chính xác 2.2.2. Hai chùm tia Loại trừ được nhược điểm của máy quang phổ một chùm tia. Chùm sáng tới được tách làm hai, một chùm đi qua cuvette đựng dung môi chuẩn, một chùm đi qua cuvette chứa dung dịch cần đo. Sau đó chúng được bố trí cùng đi vào máy thu tín hiệu để xác định tỉ số biên độ và qui ra ngay độ hấp thu A của mẫu. Tuy nhiên cần sử dụng hai detector, đắt tiền. 13
Phân tích dụng cụ 1 2.3. Vai trò đặc điểm của từng bộ phận chính 2.3.1. Nguồn sáng Yêu cầu chung: Các nguồn sáng phải phát xạ liên tục, mạnh và ổn định theo thời gian. Hiện nay chưa tạo được nguồn sáng liên tục từ 200 đến 1100nm hay đ ến 2500nm, do đó đối với từng vùng phổ của bức xạ điện từ phải sử dụng nguồn sáng riêng. Gồm hai loại: đèn tóc nung và đèn phóng điện. a. Đèn tóc nung Các chất rắn ở nhiệt độ cao phát ra phổ liên tục (có bước sóng liên tục), phát ra bức xạ ở bước sóng từ 340 – 1100nm. Bóng đèn bằng thạch anh hoặc thủy tinh với dây tóc làm bằng Tungsten (wolfram – W). Đèn W có ưu điểm chịu nhiệt, bền, nhưng thời gian để có cường độ ổn định chậm và sau khi dùng một thời gian dài thì cường độ bức xạ giảm do W bị bốc hơi, bám vào vỏ đèn làm giảm độ sáng và thời gian sống của đèn. Hiện nay người ta còn thường dùng đèn W – halogen (W – I) thay cho đèn W, loại này có thời gian ổn định nhanh hơn (vài phút sau khi bật), gọn nhẹ hơn, tuổi thọ cao hơn do hơi iod kết hợp với W tạo WI2, các phân tử WI2 khuếch tán đến dây tóc đèn bổ sung lượng W mất đi. b. Đèn khí phóng điện Cho khí trơ vào bầu thạch anh, hai đầu là hai cực gắn vào hiệu thế rất cao, lúc đó sẽ xảy ra sự phóng điện. Phân tử khí sẽ tách ra thành hai nguyên t ử, sau đó hai nguyên tử sẽ tác dụng với nhau phát ra bức xạ. b1. Đèn thủy ngân Đèn thủy ngân được dùng phổ biến trong các phòng thí nghiệm vì nó cho bức xạ đơn sắc, cường độ khá mạnh trong vùng khả kiến và tử ngoại. Phổ bức xạ đèn thủy ngân thay đổi nhiều theo áp suất hơi Hg bên trong đèn. Với đèn áp suất th ấp, năng lượng bức xạ tập trung vào bước sóng 254nm và 185nm. Khi áp suất tăng, năng lượng bức xạ chuyển sang vùng tử ngoại gần 300 – 400nm cùng với vạch vàng 572nm và vạch xanh 546nm. Nếu áp suất tiếp tục tăng nữa thì độ rộng các vạch phổ sẽ tăng mạnh đến hàng chục Ao và xuất hiện phổ liên tục. Có thể chia làm ba loại đèn thủy ngân: 14
Phân tích dụng cụ 1 – Đèn Hg áp suất thấp: 0,01 – 1mmHg – Đèn Hg áp suất cao: 1 – 3mmHg – Đèn Hg áp suất siêu cao: vài chục atm. b2. Đèn hydro (H2) và Đơteri (D2) Đèn H2 phát ra ánh sáng trong vùng 180 – 370nm. Cường độ mạnh nhất ở bước sóng 250nm. Từ bước sóng 370nm thì đèn H2 không cho phổ liên tục nữa. Đèn D2 cho phổ tương tự đèn H2 nhưng cường độ mạnh hơn. b3. Đèn Xenon Đèn Xenon hoạt động dựa trên nguyên tắc dẫn xuất của chất khí, khi một luồng hồ quang được tạo ra giữa hai điện cực đặt trong một ống thủy tinh có chứa khí trơ và các muối kim loại. Đèn xenon có thể cho phổ rất rộng, từ 200 – 2000nm. Khí trong đèn có áp suất cao, có thể lên tới 10atm. Đèn có thể hoạt động ở chế độ xung và liên tục. Vì có phổ liên tục, cường độ mạnh khá đều trong vùng bước sóng từ 400 – 700nm nên đèn Xe thường được sử dụng làm nguồn sáng giả mặt trời. Đèn có hình dạng khác nhau tùy theo mục đích sử dụng, có thể hình xoắn, hình ống thẳng hay trụ nhỏ. Ít sử dụng loại đèn này vì đắt tiền mà thời gian sử dụng ngắn, thường dùng trong quang phổ huỳnh quang. 2.3.2. Bộ đơn sắc Bộ phận có nhiệm vụ tách chùm tia đa sắc thành từng tia đơn sắc riêng, đ ặc trưng, chọn lọc để sử dụng trong phân tích quang phổ. Các thành phần quang học của bộ phận này bao gồm khe vào, kính chuẩn trực, bộ phận tán sắc, mặt phẳng hội tụ, khe ra. Bộ phận tán sắc thường dùng kính lọc, lăng kính hoặc cách tử. a. Kính lọc Là nguồn đơn sắc cổ điển được dùng đến ngày nay. Đại lượng đặc trưng cho kính lọc là λmax, Tmax và bán chiều rộng của vạch phổ. Một kính lọc tốt sẽ có T max lớn và bán chiều rộng vạch phổ hẹp. Kính lọc chỉ lọc bớt một số tia của ánh sáng trắng mà chưa tạo được bước sóng đơn sắc. Có hai loại, kính lọc màu và kính lọc giao thoa. a1. Kính lọc màu Kính lọc màu Có thể dùng kính màu hoặc phủ một màng gelatin có màu lên kính thủy tinh thông thường. Có thể dùng kính lọc đơn hay ghép một vài kính lọc màu để có bán chiều rộng hẹp. Loại kính lọc này đơn giản, dễ chế tạo, rẻ tiền, nhưng bán chiều rộng vạch phổ lớn 60 – 70nm, độ đơn sắc kém, dễ hư hỏng khi thời tiết ẩm ướt. a2. Kính lọc giao thoa (giao thoa kế) Gồm hai tấm thủy tinh quang học, bán mạ bạc hoặc nhôm có mặt phản xạ đặt đối diện nhau trong không khí và cách nhau một khoảng không đổi khoảng vài mm đến vài cm. Ánh sáng khi đi vào giao thoa kế sẽ phản xả đi phản xạ lại nhiều lần, tạo nên sự giao thoa đa sóng. Loại kính lọc này có bán chiều rộng vạch phổ nhỏ, khoảng 10nm. b. Lăng kính Trong phân tích trắc quang thường sử dụng lăng kính 60o. Nguyên tắc của sự tán sắc dựa vào độ lệch tia sáng khi đi qua hai môi trường 15
Phân tích dụng cụ 1 có chiết suất khác nhau. Những tia có cùng λ đi cùng phương, tia có λ lớn đi lên, λ nhỏ đi xuống. Bán chiều rộng vạch phổ khoảng 2nm. Đánh giá khả năng tạo nguồn đơn sắc của lăng kính thông qua hai đại lượng, độ tán sắc và năng suất phân giải. – Độ tán sắc: D = dϕ/dλ được gọi là độ tán sắc góc của lăng kính. Là tỉ số giữa hiệu số các góc lệch ϕ1, ϕ2 của hai bức xạ có bước sóng khác nhau và hiệu của hai bước sóng đó. Độ tán sắc góc phụ thuộc vào chiết suất của nguyên liệu dùng làm lăng kính và góc lăng kính. – Năng suất phân giải: theo định nghĩa, năng suất phân giải R = λ/dλ. Ví dụ, ở máy quang phổ có hai bước sóng λ1 = 309,997 và λ2 = 310,030; khi sử dụng ở bước sóng 310,000nm thì năng suất phân giải sẽ là: R = 310,000/(310,030 – 309,997) = 9393,33. Do có độ tán sắc thay đổi theo bước sóng nên mỗi hệ lăng kính chỉ dùng ở khoảng bước sóng nhất định. Một số loại lăng kính thường dùng: Loại Khả năng sử dụng Thực tế sử dụng Thạch anh 200 – 2500nm 200 – 400nm Thủy tinh 360 – 2500nm 360 – 1000nm LiF 1 – 6µm 2 – 6µm NaCl 1 – 15µm 6 – 15µm KBr 1 – 20µm 10 – 20µm c. Cách tử Các máy quang phổ hiện đại có xu thế thay lăng kính bằng màng cách tử để tạo tia đơn sắc. Chế tạo màng cách tử ít tốn kém và độ đơn sắc của tia sáng hầu như không phụ thuộc vào bước sóng. Màng cách tử là một bảng kim loại, thường là nhôm (Al), đôi khi là vàng (Au) hay bạch kim (Pt), trên đó có khắc những rãnh song song hình tam giác kế tiếp và cách đều nhau. Muốn có được ánh sáng có bước sóng trong vùng UV – Vis thì cần có từ 300 đến 2000 rãnh trên một mm, thông thường hay sử dụng từ 1200 – 1400. 2.3.3. Hộc đựng mẫu (cuvette) Nguyên liệu dùng để chế tạo cuvette thường là thủy tinh, thạch anh và nhựa. Khi sử dụng đo dung môi hữu cơ phải dùng cuvette thạch anh hay thủy tinh. Đo trong vùng UV không dùng cuvette thủy tinh vì trong thủy tinh có một số kim loại cũng có khả năng hấp thu ánh sáng. 2.3.4. Bộ thu bức xạ (detector) Để chuyển ánh sáng thành dòng điện, thường dùng tế bào quang điện hay nhân quang điện tử. a. Tế bào quang điện Là các ống thủy tinh hoặc silica được tạo chân không với cathod là kim loại kiềm, anod tích điện dương. Khi ánh sáng chiếu tới cathod, các electron được tách ra 16
Phân tích dụng cụ 1 và đi tới anod làm cho thế tăng lên tỉ lệ với cường độ ánh sáng. Độ nhạy phổ của các tế bào xác định bằng chất liệu cathod, với antimon/cesium từ 190 – 600 nm, với oxid cesium/bạc từ 600 – 1000 nm. Yêu cầu kỹ thuật: – Nhạy cảm với bước sóng cần đo – Có quán tính thấp – Bảo đảm mối quan hệ tuyến tính với dòng quang điện tạo ra. b. Ống nhân quang (photomultiplier) Nguyên tắc hoạt động gần giống tế bào quang nhưng có thêm bộ khuếch đại bên trong làm cho loại này có độ nhạy lớn hơn trên thang phổ rộng hơn. Ánh sáng gây ra sự bức xạ photon từ photocathod, giống như trong tế bào quang nhưng anod đ ược sắp xếp thành dãy dynod có thể tăng lên không ngừng. 17
Phân tích dụng cụ 1 Chương 3 CÁC KỸ THUẬT XÁC ĐỊNH DÙNG TRONG PHÂN TÍCH PHỔ PHÂN TỬ UV - VIS 3.1. Nguyên tắc chung của các phương pháp phân tích đo quang để xác định nồng độ – Pha chế dung dịch chuẩn của chất cần xác định dùng để pha dung dịch màu chuẩn – Chọn dung môi thích hợp để chuyển chất cần xác định trong mẫu phân tích thành dung dịch ở dạng có khả năng tạo phức màu với thuốc thử. – Chọn thuốc thử thích hợp. – Thực hiện phản ứng tạo màu ở điều kiện tối ưu giữa chất cần xác định với thuốc thử. – So sánh màu hoặc đo độ hấp thu dung dịch màu cần nghiên cứu và dung dịch màu chuẩn từ đó suy ra hàm lượng của chất xác định theo các kỹ thuật khác nhau. 3.2. Các kỹ thuật sử dụng trong phân tích phổ phân tử UV - Vis 3.2.1. Kỹ thuật so sánh 3.2.1.1. So sánh với một mẫu chuẩn Pha dung dịch màu chuẩn với CC Pha dung dịch nghiên cứu với CX Đo độ hấp thu của dung dịch chuẩn AC và dung dịch mẫu AX Ta có: AC = εbCC AX = εbCX  3.2.1.2. So sánh với hai mẫu chuẩn Kết quả chính xác hơn khi so sánh với một mẫu chuẩn Pha hai dung dịch chuẩn với CC1 < CC2 Pha dung dịch nghiên cứu sao cho CC1 < CX < CC2 Ta có: AC1 = εbCC1 AC2 = εbCC2 AX = εbCX  Kết quả của kỹ thuật so sánh càng chính xác nếu: – Dung dịch màu tuân theo định luật LB – So sánh với nhiều mẫu chuẩn – Các đại lượng CX và CC không xa nhau nhiều – CC1 < CX < CC2 3.2.2. Kỹ thuật dãy chuẩn Cách thực hiện: + Chuẩn bị một dãy chuẩn có nồng độ chính xác của nguyên tố hay chất phân tích cùng trong điều kiện với mẫu phân tích bao gồm chất nền, môi trường pH. Thông thường chuẩn bị dãy chuẩn với 5 hay 7 điểm tương ứng 5 hay 7 giá tr ị nồng độ nằm trong khoảng nồng độ tuyến tính. + Nghiên cứu chọn điều kiện phù hợp nhất để đo phổ UV – VIS của tất cả các mẫu chuẩn và mẫu phân tích bao gồm điều kiện về môi trường, thuốc thử, thời gian đo, các thông số của máy, bước sóng hấp thu cực đại... + Đo phổ hấp thu UV – VIS của tất cả các mẫu chuẩn và mẫu phân tích theo các điều kiện đã chọn. 18
Phân tích dụng cụ 1 + Từ các cặp giá trị A – C tương ứng của dãy chuẩn, sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu để tìm phương trình hồi qui tuyến tính bậc nhất. Từ phương trình hồi qui tính được hệ số thực nghiệm K, kết hợp phương trình A = K.C và các giá trị độ hấp thu A của các mẫu phân tích, các thông số ban đầu như khối l ượng mẫu (mẫu rắn), thể tích mẫu (mẫu lỏng hay mẫu khí), hệ số pha loãng hay cô đặc, hệ số chuyển đổi...để tính được hàm lượng của chất xác định có trong mẫu phân tích. Ví dụ : Xác định hàm lượung Fe trong mẫu bằng kỷ thuật đường chuẩn Nguyên tắc Ion Fe2+ tạo phức có màu với 1,10 – phenanthroline (Ph) trong khoảng pH rộng từ 2 – 9 theo phương trình: Phức Fe(Ph) bền có màu đỏ cam hấp thu bức xạ có bước sóng 510 ± 5nm và hệ số hấp thu mol tại đó là ε = 1,1.104 l.mol-1.cm-1, khoảng tuân theo định luật Lamber Beer là 0,13 – 5ppm. Định lượng bằng cách lập đường chuẩn. Để xác định tổng hàm lượng sắt, dùng hydroxylamin hydrochloride để khử Fe3+ thành Fe2+ theo phương trình: 2(NH2OH, HCl) + Fe3+ = N2 ↑ + 2Fe2+ + 2H+ + 2HCl + 2H2O Thực hiện: + Xác định Fe trong mẫu Al(OH)3 thực hiện như sau : Cân 0.5 g Al(OH)3 , hoà tan mẫu định mức trong bình định mức 250ml , có dung dịch mẫu + Pha loạt chuẩn và mẫu trong bình định mức 25ml với thứ tự các hóa chất như bảng sau: Chuẩn Mẫu Số thứ tự 1 2 3 4 5 6 V 25ppm chuẩn (ml) 0 0,5 1 2 4 0 Vmẫu (ml) 0 0 0 0 0 5 V10% (ml) 1 1 1 1 1 1 Vdd đệm pH 5 (ml) 5 5 5 5 5 5 V1,10-phenanthroline 0,1% (ml) 1 1 1 1 1 1 H2O cất Định mức đến vạch 2 lần Mật độ hấp thu A 0 0.18 0.35 0.64 1.24 0.55 + THiết lập phgương trình hồi quy tuyến tính và tính hàm lượng Fe có trong mẫu ban đầu Ưu điểm: phân tích hàng loạt mẫu có nền giống nhau và cùng một chỉ tiêu phân tích. Nhược điểm: kỹ thuật dãy chuẩn mắc sai số khi không biết rõ tất cả các thành phần có trong mẫu phân tích nên không thể xây dựng dãy chuẩn có thành phần tương thích cho nhiều mẫu có thành phần nền khác nhau. Ngoài ra, kỹ thuật này có thể gặp sai số khi chất phân tích hay sản phẩm của nó không bền trong khoảng thời gian đ ủ đ ể thực hiện phép đo cho toàn bộ dãy chuẩn, hoặc dung môi dùng để hòa tan dễ bay hơi, dễ biến đổi trạng thái làm cho độ lặp lại của phép đo giảm, kết quả c ủa phép đo không có độ tin cậy cao. 3.2.3. Kỹ thuật vi sai 19
Phân tích dụng cụ 1 Kỹ thuật này là một biến dạng của kỹ thuật so sánh, trong đó, không so sánh độ hấp thu của dung dịch mẫu và chuẩn với mẫu trắng mà so sánh với dung dịch màu chuẩn của chất cần xác định với nồng độ C0 gần với Cx của dung dịch nghiên cứu. Kỹ thuật này được sử dụng để tăng độ chính xác của phép phân tích khi phải xác định những lượng lớn các chất, đồng thời để loại trừ ảnh hưởng của các tạp chất lạ cũng như ảnh hưởng của thuốc thử dư. Có thể dùng kỹ thuật này để phân tích các dung dịch có nồng độ lớn mà không phải pha loãng dung dịch. 3.2.3.1. Phép vi sai nồng độ lớn (khi C0 < Cx) a. Dùng đồ thị Pha và đo độ hấp thu một dãy dung dịch màu chuẩn với nồng độ chất cần xác định là C0 < C1 < C2 < C3…với dung dịch C0 làm dung dịch so sánh, có các giá trị A’ 1, A’2, A’3….. Dựng đồ thị đường chuẩn A’ n – Cn. Gốc tọa độ ứng với A’n=A’ 0=0 lúc Cn=C0 Dung dịch màu nghiên cứu được pha chế như dung dịch chuẩn, sao cho C x > C0. Đo độ hấp thu của dung dịch nghiên cứu với dung dịch so sánh là C 0, dựa vào đồ thị để xác định Cx tương ứng. Ví dụ : Xác định Ti+ bằng phương pháp UV-Vis với kỹ thuật đường chuẩn vi sai. Nguyên tắc: Ở môi trường acid (H2SO4 1:9), Ti4+ sẽ phản ứng với thuốc thử H2O2 dư để tạo thành phức bền [TiO(H2O2)]2+ màu vàng hoặc màu cam (tùy theo nồng độ của Ti4+) hấp thu cực đại ở λmax = 410 nm, có ε = 700 L.mol-1cm-1. Nếu Ti4+ có hàm lượng khá lớn (500 ÷ 1000ppm) thì độ hấp thu của phức [TiO(H2O2)]2+ sẽ vượt thang đo của máy quang phổ UV-VIS , lúc đó phải sử dụng kỹ thuật đường chuẩn vi sai để xác định hàm lượng của Ti4+ có trong mẫu . Cách thực hiện: Pha loạt chuẩn và mẫu trong bình định mức 25ml với thứ tự các hóa chất như bảng sau: Chuẩn Mẫu Số thứ tự 1 2 3 4 5 6 V 1000ppm chuẩn (ml) 0,5 1 1,5 2 2,5 0 Vmẫu (ml) 0 0 0 0 0 5 V (ml) 5 5 5 5 5 5 V (ml) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 H2O cất 2 Định mức đến vạch lần Để yên 15 phút rồi đo độ hấp thu, binh ̀ số 1 lam ̀ dung dich ̣ so sanh ́ Mật độ quang A 0 0.204 0.408 0.620 0.810 0.502 Tính nồng độ Ti trong mẫu 4+ b. Dùng phép tính Pha ba dung dịch gồm: dung dịch chuẩn có nồng độ C c, dung dịch nghiên cứu có nồng độ Cx và dung dịch chuẩn có nồng độ C0. – Đo độ hấp thu của dung dịch chuẩn và dung dịch nghiên cứu với dung dịch so sánh là C0 thu được Ac/0 và Ax/0 – Đo độ hấp thu của dung dịch chuẩn Cc, dung dịch nghiên cứu Cx và dung dịch chuẩn C0 với dung dịch so sánh là dung môi tinh khiết thu được Ac, Ax, A0 Ac/0 = Ac – A0 = εb(Cc – C0) 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2418 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.