Chương 1. Đại cương về các phương pháp quang phổ | Bài giảng môn Phân tích bằng công cụ | Đại học Bách khoa hà nội

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ
Tài liệu học tập & tham khảo Mã HP: CH3323 • Tiếng Việt: Khối lượng: 2 (2-1-0-4) 1. Bài giảng Lý thuyết: 30 tiết
2. Từ Văn Mặc, Các phương pháp phân tích dung Bài tập: 15 tiết
công cụ, NXB ĐHQG Hà Nội, 2004.
3. Từ Văn Mặc, Phân tích hóa lý - phương pháp
phổ nghiệm nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB
Khoa học và Kỹ thuật, 2003.
3. Trần Tứ Hiếu, Phân tích trắc quang-Phổ hấp
thụ UV-Vis, NXB ĐHQG Hà Nội, 2008.
4. Hồ Viết Quý (2012), Cơ sở hóa học phân tích
hiện đại – Tập 4, NXB ĐH Sư phạm
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/1
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/4 1 4
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ
Tài liệu học tập & tham khảo
PHẦN I: Các phương pháp phân tích quang phổ
5. Hồ Viết Quý (2012), Cơ sở hóa học phân tích hiện
Chương 1. Đại cương về các phương pháp quang phổ
đại – Tập 4, NXB ĐH Sư phạm
Chương 2. PP phổ hấp thụ phân tử
6. Phạm Hùng Việt (2003), Cơ sở lý thuyết của
Chương 3. PP phổ phát xạ nguyên tử
phương pháp sắc ký khí, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
Chương 4. PP phổ hấp thụ nguyên tử • Tiếng Anh:
1. Douglas A. Skoog, Donald M. West, F. James
Holler, Stanley R. Crouch (2004), Fundamentals of
Analytical Chemistry, 8th edition, Thomson, USA.
2. Daniel C. Harris (2006), Quantitative analytical
chemistry, 7th edition. W. H. Freeman, New York
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/2
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/5 2 5
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ
PHẦN I: Các PP phân tích quang phổ
PHẦN II: Các phương pháp phân tích điện hóa
Chương 1. Đại cương về các phương pháp quang phổ
CHƯƠNG 5: Phương pháp điện phân
Quang phổ: ánh sáng được phân giải thành các bước
CHƯƠNG 6: PP phân tích điện thế
sóng thành phần của nó để tạo ra phổ quang học.
CHƯƠNG 7: Phương pháp Von- Ampe
Phương pháp quang phổ (spectroscopy): nhóm các
PHẦN III: Các phương pháp tách chất
phương pháp nghiên cứu tương tác giữa vật chất và bức xạ điện từ.
CHƯƠNG 8: Phương pháp chiết
Chương 9. Phương pháp sắc ký
Chương 10. Phương pháp sắc lỏng hiệu năng cao
Chương 11. Phương pháp sắc ký khí
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/3
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/6 3 6
1.1. Giới thiệu chung về phương pháp phổ ứng
1.2. Tính chất chung của bức xạ điện từ dụng trong phân tích.
1.2.1. Thuyết sóng về ánh sáng Định nghĩa:
PP phân tích quang phổ là tên gọi chung cho một
nhóm các phương pháp phân tích công cụ dựa trên
những tính chất quang học của nguyên tử, ion, phân
tử và nhóm phân tử bị kích thích.
PP phân tích quang phổ là phương pháp PTCC được
sử dụng rộng rãi để nghiên cứu cấu trúc phân tử, định tính và định lượng.
• Trong sóng điện từ, điện trường E và từ trường H
luôn luôn có phương vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền.
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/7
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/10 7 10
1.2. Tính chất chung của bức xạ điện từ
1.2. Tính chất chung của bức xạ điện từ
1.2.1. Thuyết sóng về ánh sáng
Ánh sáng vừa có tính sóng vừa có tính hạt.
• Quãng đường mà sóng điện từ lan truyền được
Tương ứng với lưỡng tính sóng – hạt có 2 thuyết:
trong một chu kỳ T (chu kỳ dao động của điện
thuyết sóng điện từ của Maxwell và thuyết lượng tử
trường hay từ trường) được gọi là độ dài sóng .
(hay thuyết hạt) của Planck-Einstein. λ = cT (nm)
Lý thuyết về quang phổ được xây dựng trên cơ sở của
c là vận tốc truyền sóng (c = 3108 m/s trong chân cả 2 thuyết nói trên. không)
• Tần số ν cho biết số chu kỳ hay số dao động trong một đơn vị thời gian. ν = 1/T = c / λ (Hz)
• Bức xạ điện từ còn được đặc trưng bởi số sóng, với: ϋ = 1 / λ (cm-1)
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/8
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/11 8 11
Miền sóng (hay quang phổ) của bức xạ điện từ
1.2. Tính chất chung của bức xạ điện từ Sóng Radio: NMR,
1.2.1. Thuyết sóng về ánh sáng Tia X (phổ ESR (trong từ Rơnghen) trường)
• Theo thuyết sóng của Maxwell (1865) thì ánh sáng Tử ngoại Hồng ngoại
hay bức xạ nói chung có bản chất là sóng điện từ,
phát sinh từ nguồn sáng, xuất hiện do chuyển động
tuần hoàn của các điện tích. Khả kiến
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/9
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/12 9 12
1.2. Tính chất chung của bức xạ điện từ
Miền phổ theo độ dài sóng:
1.2.2. Thuyết lượng tử về ánh sáng
• Vùng tử ngoại: 10 - 380 nm
• Theo thuyết lượng tử Planck (1900), ánh sáng hay
Vùng tử ngoại gần (Near-UV hay Quartz-UV) trong
bức xạ nói chung gồm những lượng tử năng lượng 
các phép phân tích từ 200 đến 380 nm
được gọi là photon, phát đi từ nguồn sáng.
• Vùng khả kiến (VIS): 380 - 780nm.  = hν (J)
• Vùng hồng ngoại (IR): 0.78μm - 300 μm.
h: hằng số Planck (h = 6,63×10-34 Js)
- Vùng hồng ngoại gần (Near-InfraRed, NIR): 0.80μm
• Theo hệ thức Einstein: E = mc2, photon có một khối - 2.5 μm.
lượng m (tính hạt của ánh sáng) tính theo hệ thức:
- Vùng hồng ngoại xa (Far-InfraRed, FIR) từ 2.5μm m = h/c đến 16 μm.
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/13
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/16 13 16
1.3. Sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật chất
Tương tác của bức xạ điện từ với phân tử
• Khi các bức xạ điện từ tương tác với các phân tử
vật chất, có thể xảy ra theo hai khả năng: trạng thái
năng lượng của phân tử thay đổi hoặc không thay đổi.
Khi có sự thay đổi năng lượng thì phân tử có thể hấp
thụ hoặc bức xạ (thứ cấp) năng lượng.
• Nếu gọi trạng thái năng lượng ban đầu của phân tử
là E1, sau khi tương tác là E2, E = E2 – E1
+ E = 0: năng lượng không thay đổi khi tương tác với bxđt
+ E > 0: hấp thụ năng lượng
+ E < 0: phát xạ năng lượng
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/14
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/17 14 17
1.3. Sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật chất
Tương tác của bức xạ và sự xuất hiện phổ Bức xạ điện từ Dải bước sóng
Dải số song (cm-1) Kiểu dịch chuyển lượng tử Tia gama 0,005 – 1,4 Ȧ Hạt nhân Tia X 0,1 – 100 Ȧ Electron lớp trong Tử ngoại chân 10 – 180 nm Electron hóa trị không (xa) Tử ngoại, khả kiến 180 – 780 nm Electron hóa trị Hồng ngoại 0,78 – 16 m Dao động, quay của phân tử Vi sóng 0,75 – 3,75 mm Quay của phân tử Radio, vô tuyến 1 cm – 10 m Spin của electron, hạt nhân trong từ trường
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/15
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/18 15 18
1.4. Phân loại các phương pháp phổ ứng dụng
1.5. Phương pháp định lượng trong phân tích
Phân loại theo đặc trưng phổ:
a. Phương pháp một điểm chuẩn
• Phương pháp phân tích phổ nguyên tử:
b. Phương pháp đường chuẩn
a) Phổ phát xạ nguyên tử
c. Phương pháp thêm chuẩn
b) Phổ hấp thụ nguyên tử
• Phương pháp phân tích phổ phân tử:
Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/19
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/22 19 22
1.4. Phân loại các phương pháp phổ ứng dụng
1.5. Phương pháp định lượng trong phân tích
a. Phương pháp một điểm chuẩn (single-point
Phân loại theo bản chất tương tác của bức xạ điện từ standardization) với "vật chất": S • Phổ hấp thụ A = kA. CA k
1- Phổ hấp thụ nguyên tử AAS A = Sstd / Cstd C
2- Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis samp = Ssamp / kA • Phổ phát xạ
Phổ phát xạ nguyên tử AES
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/20
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/23 20 23
Phân loại phổ theo độ dài sóng:
a. Phương pháp một điểm chuẩn (single-point standardization) Sóng Radio: NMR, Tia X (phổ ESR (trong từ Nhược điểm: Rơnghen) Tử ngoại Hồng ngoại trường) -
Sai số khi xác định kA dẫn đến sai số khi tính toán Csamp -
Giá trị thực nghiệm kA được xác định chỉ dựa trên
1 giá trị nồng độ chất phân tích -
Sử dụng kA để tính toán nồng độ chất phân tích
nghiễm nhiên đã giả thiết mối quan hệ tuyến tính
giữa tín hiệu đo và nồng độ chất phân tích. Điều này thường không đúng. Khả kiến
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/21
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/24 21 24
b. Phương pháp đường chuẩn (multiple-point
a. Phương pháp một điểm chuẩn (single-point standardization) standardization)
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/25
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/28 25 28
a. Phương pháp một điểm chuẩn (single-point standardization)
b. Phương pháp đường chuẩn (multiple-point standardization) • Ưu điểm • Ưu điểm
- Mặc dù có nhiều nhược điểm nhưng phương pháp
- Giảm thiểu được sai số khi xác định C
một điểm chuẩn vẫn được dùng khá phổ biến nếu samp
nồng độ chất chuẩn và nồng độ chất phân tích
- kA là biến độc lập với nồng độ chất phân tích trong không khác nhau nhiều
khoảng nồng độ xây dựng đường chuẩn
- Không tốn nhiều thời gian phân tích.
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/26
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/29 26 29
b. Phương pháp đường chuẩn (multiple-point
1.5. Phương pháp định lượng standardization)
b. Phương pháp đường chuẩn (multiple-point • Nhược điểm standardization)
- Chấp nhận giả thiết là nền mẫu không ảnh hưởng
- Chuẩn bị một dãy mẫu chuẩn (đã biết nồng độ) của đến việc xác định k
chất phân tích trong cùng điều kiện với mẫu phân
A từ đường chuẩn. Nhưng, thực tế
nền mẫu thực và mẫu xây dựng đường chuẩn là khác
tích như chất nền, môi trường pH, ... nhau.
- Đo phổ UV-Vis của mẫu chuẩn và mẫu phân tích
- Xác định kA từ hệ số góc của đường chuẩn (Sstd – Cstand)
- Từ giá trị Sx (Ax) của mẫu phân tích suy ra nồng độ Cx của mẫu phân tích
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/27
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/30 27 30
b. Phương pháp đường chuẩn (multiple-point
c1. Thêm chuẩn một điểm (single standard addition) standardization)
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/31
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/34 31 34
1.5. Phương pháp định lượng
c1. Thêm chuẩn một điểm (single standard addition) Ví dụ 2:
c. Phương pháp thêm chuẩn (standard additions)
Ưu điểm: Loại bỏ được sự ảnh hưởng của nền mẫu phân tích (spike)
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/32
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/35 32 35
c1. Thêm chuẩn một điểm (single standard addition)
c1. Thêm chuẩn một điểm (single standard addition) Ví dụ 1: (spike)
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/33
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/36 33 36
c2. Đường thêm chuẩn – thêm chuẩn nhiều điểm
c2. Đường thêm chuẩn – thêm chuẩn nhiều điểm (multiple standard additions) (multiple standard additions)
• Chuẩn bị một dãy mẫu phân tích nồng độ chưa biết CA với thể tích V0
• Thêm lần lượt vào dãy mẫu phân tích trên một thể
tích thay đổi Vstd của chất chuẩn phân tích có nồng độ Cstd
• Thêm nước (dung môi) đến vạch mức thể tích Vf
• Đo phổ UV-Vis của tất cả dãy mẫu trên
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/37
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/40 37 40
c2. Đường thêm chuẩn – thêm chuẩn nhiều điểm (multiple standard additions)
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/38 38
c2. Đường thêm chuẩn – thêm chuẩn nhiều điểm (multiple standard additions) Vstd
Nguyễn X. Trường – ANACHEM-SCE-HUST-1/39 39