Chương 1. Mở đầu | Bài giảng môn Phân tích bằng công cụ | Đại học Bách khoa hà nội

PHÂN TÍCH BẰNG CÔNG CỤ Trần Thị Thúy
Bộ môn Hóa phân tích
Viện Kỹ thuật hóa học, Trường ĐHBK Hà Nội 01-2016 2 Nội dung
Phần 1. Các phương pháp phân tích quang học 1.1. Mở đầu
1.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử
1.3. Phương pháp phổ phát xạ
1.4. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Phần 2. Các phương pháp phân tích điện hóa
2.1. Phương pháp điện phân
2.2. Phương pháp đo điện thế 2.3. Phương pháp von-ampe
Phần 3. Các phương pháp tách
3.1. Phương pháp tách chiết
3.2. Phương pháp sắc ký khí
Phần 1. Các phương pháp quang học 3 Chương 1. Mở đầu 1.1. Mở đầu Phương pháp quang học
là việc sử dụng ánh sáng
là tín hiệu đo để có thông
tin về nồng độ hóa học.
Hình 1. Phổ hấp thụ của ozone, chỉ ra cực đại hấp thụ ở vùng bức
xạ tử ngoại ở bước sóng gần 260 nm 4 1.1. Mở đầu Ozon được tạo ra ở độ cao 20-40 km do sự tương tác
giữa tia UV (hν) của mặt trời và O2 O + hν → O 2 O + O → O 2 3 Ozon hấp thụ tia cực tím là nguyên nhân gây cháy da và ung thư da.
Hình 2. Lượng O trung bình trong khí quyển 3
tại Halley ở Nam Cực trong tháng Mười. 5 1.1. Mở đầu
Một lời giải thích bắt đầu với chlorofluorocarbons (CCl F ), Freon-12, 2 2
trước đây được sử dụng trong tủ lạnh và điều hòa không khí. Các hợp
chất này tồn tại lâu dài, nó không có sẵn trong tự nhiên, lan tỏa tới tầng
bình lưu, nơi họ xúc tác phân hủy ozone. CCl F + hν → CClF + Cl (a) 2 2 2
(Sự tạo thành Cl bằng quang hóa) Cl + O → ClO + O (b) 3 2 O → O + O (c) 3 2 O + ClO → Cl + O (d) 2
Cl được tạo ra từ (d), phản ứng lại ở (b), do đó một đơn nguyên tử Cl
có thể phá hủy 105 phân tử O . Chuỗi phản ứng kết thúc khi Cl hoặc ClO 3
phản ứng với hydrocacbon hoặc NO tạo ra HCl hoặc ClONO . 2 2
Để bảo vệ cuộc sống từ bức xạ tia cực tím, các điều ước quốc tế hiện
nay cấm hoặc loại bỏ chlorofluorocarbons, và có một nỗ lực để tìm sản phẩm thay thế an toàn. 6 1.1. Mở đầu
Hình 3. Quá trình xảy ra với phân tử khi hấp thụ ánh sáng ở các vùng khác nhau
1.2. Tính chất cơ bản của bức xạ điện từ 7
1.2.1. Tính chất sóng
Theo mô hình sóng, bức xạ điện từ là những dao động có hai
thành phần điện trường và từ trường làm truyền theo một
phương. Các thành phần điện trường và từ trường vuông góc
với nhau và được biểu diễn bằng các sóng phân cực phẳng
Hình 4: Thành phần điện trường và từ trường 8 1.2.1. Tính chất sóng Các tham số sóng:
Tần số ν là số dao động mà bức xạ điện từ thực hiện trong một giây.
Bước sóng λ là quãng đường giữa hai điểm cân bằng bất kỳ mà bức xạ
điện từ đi qua (khoảng cách giữa hai cực đại hay cực tiểu).
Vận tốc truyền bức xạ điện từ v (m/s) là tích số giữa tần số ν và i
bước sóng λ (tính bằng m): v = ν λ (1-1) i
Vận tốc của bức xạ điện từ phụ thuộc vào thành phần của môi
trường mà bức xạ điện từ đi qua. Chỉ số dưới diễn tả môi
trường mà nó truyền qua. 9
1.2.1. Tính chất sóng
Môi trường chân không:
vận tốc của bức xạ điện từ (c) trở nên không phụ
thuộc vào bước sóng và nó đạt cực đại. C = 2,99792×108 m/s.
Vận tốc của bức xạ điện từ trong không khí chỉ khác
rất ít (khoảng 0,03% nhỏ hơn) vận tốc ánh sáng trong
chân không. Trong các trường hợp này phương trình
(1-1) có thể viết dưới dạng:
c = ν λ = 3,00×108 m/s = 3,00×1010 cm/s (1-2) 10
1.2.1. Tính chất sóng
Trong các môi trường khác, vận tốc của bức xạ điện từ bị chậm lại
do sự tương tác giữa trường điện từ của bức xạ và các electron
xung quanh các nguyên tử hay phân tử có mặt trong môi trường.
Do tần số của bức xạ là bất biến và cố định bởi nguồn, bước sóng
sẽ phải giảm khi bức xạ từ môi trường chân không sang môi trường khác.
Hình 5. Sự thay đổi bước sóng khi bxđt truyền từ không khí qua
thủy tính và truyền trở lại không khí 11
1.2.1. Tính chất sóng
Số sóng, được định nghĩa là nghịch đảo của bước
sóng (tính bằng đơn vị cm) là một cách khác để mô tả
bức xạ điện từ. Đơn vị của số sóng là cm– 1.
Số sóng được sử dụng rộng rãi trong phổ hồng
ngoại. Số sóng là một đơn vị thuận tiện, vì ngược với
bước sóng, nó tỉ lệ thuận với tần số (do vậy tỉ lệ với
năng lượng) của bức xạ. Như vậy, ta có thể viết:7 ν = kν (1-3)
ở đây, k là hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào môi trường và
về giá trị là nghịch đảo của vận tốc. 12
1.2.1. Tính chất sóng
Ví dụ: Tính số sóng của tia bức xạ hồng ngoại với bước sóng là 5,00 μm. 1 ν = = 2000 cm–1 5𝜇𝑚 ×10−4 𝑐𝑚 𝜇𝑚 13
1.2.2. Tính chất hạt
Năng lượng của photon phụ thuộc vào tần số của
bức xạ và được đưa ra dưới dạng: E = hν (1-4)
ở đây h là hằng số Planck (h = 6,63.10–34J.s).
Có thể biểu diễn năng lượng của photon dưới dạng
bước sóng và số sóng: ℎ𝑐
E = = hc𝜈 (1-5) 𝜆
Chú ý là số sóng giống như tần số, tỉ lệ thuận với năng lượng 14
1.2.2. Tính chất hạt
Ví dụ: Tính năng lượng photon (J) của bức xạ điện từ
nếu biết ν = 2000 cm–1
Áp dụng phương trình (1-5): 𝑐𝑚
E = hc𝜈 = 6,63.10–34 (J.s) × 3,00.1010 × 2000 𝑠
cm–1 = 3,98.10–20 (J) 15
1.2.3. Phổ bức xạ điện từ
Hình 6. Mỗi một màu sắc tương ứng với một bước
sóng ánh sáng khác nhau 16
1.2.3. Phổ bức xạ điện từ
Bảng 1. Màu sắc của ánh sáng vùng trông thấy 17
1.2.3. Phổ bức xạ điện từ
Màu sắc nào bạn trông đợi khi bạn có một dung dịch chứa
ion phức có độ hấp thụ cực đại ở vùng trông thấy ở λ = max 562 nm A. xanh B. tím C. Vàng D. Xanh tím 18
1.2.3. Phổ bức xạ điện từ
Hình 7. Các sóng của phổ bức xạ điện từ thay đổi độ dài trong
một phạm vi vô cùng rộng, từ bước sóng dài như kích thước của
tòa nhà là sóng radio, đến vô cùng ngắn như hạt nhân của một nguyên tử là tia γ 19
1. 3. Câu hỏi ôn tập 1.
Nêu tính chất sóng và tính chất hạt của phổ bức xạ điện từ. 2.
Tại sao người ta hay sử dụng số sóng trong phổ hồng ngoại? 3.
Bước sóng của phổ trông thấy dao động trong miền nào? 4.
Tính năng lượng (kJ) của 1 mol photon của ánh sáng đỏ với λ=650nm? ĐS. 184 kJ/mol
5. Tính năng lượng (kJ) của 1 mol photon của ánh sáng tím với λ=400nm? ĐS. 299 kJ/mol
6. Hãy tính tần số (Hz), số sóng (cm-1) và năng lượng (J/photon, và J/mol
photon) của ánh sáng trong vùng trông thấy có λ=562nm
ĐS. 5,33×1014 Hz, 1,78×104 cm-1, 3,53×10-19 J/photon, 213kJ/mol