Chương 5: Các phương pháp phân tích hóa lí

Analytical Chemistry 1 Chương 5: Các phương pháp phân tích hóa lí 5.1. Phương pháp phân tích phổ tử ngoại và phổ khả kiến 5.2. Phương pháp phân tích đo điện thế 5.3. Phương pháp sắc ký Analytical Chemistry 2 5.1. Phương pháp phân tích phổ tử ngoại và phổ khả kiến 5.1.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp 5.1.2. Định luật Bouguer – Lambert – Beer 5.1.3. Sự hấp thu bức xạ tử ngoại và khả kiến của các hợp chất 5.1.4. Kỹ thuật định lượng bằng phổ UV – VIS 5.1.5. Thiết bị đo phổ UV – VIS 5.1.6. Ứng dụng Analytical Chemistry 3 5.1.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp  Nghiên cứu đám phổ từ miền tử ngoại gần tới miền hồng ngoại gần Analytical Chemistry 4 Vùng ánh sáng nhìn thấy Bước sóng, l, tăng Năng lượng giảm 400 nm 500 nm 600 nm 700 nm Analytical Chemistry 5 Các thông số liên quan tới phổ h Hằng số Planck = 6.626×10-34 J.s c Vận tốc ánh sáng = 2.998×108 m.s-1 hνE  λ cν  1. Sóng Bước sóng,  Tần số,  2. Các hạt photon 3. Năng lượng E = h Analytical Chemistry 6 Sự chuyển mức năng lượng khi kích thích e Trạng thái đầu Hấp thụ Phát xạ Analytical Chemistry 7 Sự chuyển mức năng lượng khi kích thích e Analytical Chemistry 8 Atomic absorption: electrons excited to higher energy levels Atomic emission: excited electrons lose energy Incandescent Hot Gas Cold Gas Continuous Discrete Emission Discrete Absorption Analytical Chemistry 9 Eh = Elevels E = Ef – Ei Absorption: Ef > Ei Emission: Ef < Ei Analytical Chemistry 10 Phân tử hấp thụ và phát xạ Analytical Chemistry 11 Phổ phân tử 400 500 600 700  (nm) Absorption Emission In te ns it y Analytical Chemistry 12 5.1.2. Định luật Bouguer – Lambert – Beer  Khi chiếu chùm sáng đi qua dung dịch chất hấp thụ ánh sáng, chất đó chỉ hấp thụ chọn lọc một số tia sáng tùy theo màu sắc của chất Analytical Chemistry 13 5.1.2. Định luật Bouguer – Lambert – Beer  Chiếu chùm sáng đơn sắc có cường độ I0 qua dung dịch có nồng độ C, sau khi qua khỏi dd cường độ còn lại là I:  Độ truyền qua của ánh sáng: T I0 I1 T I I 0 1  Nồng độ C Analytical Chemistry 14 5.1.2. Định luật Bouguer – Lambert – Beer εbC- 0 10 I I T  Trong đó: - ε là hệ số hấp thụ phân tử, đặc trưng cho bản chất của chất hấp thụ as và bước sóng của ánh sáng chiếu vào - b là bề dày của dung dịch (cm) - C là nồng độ dung dịch (mol/L) Analytical Chemistry 15 5.1.2. Định luật Bouguer – Lambert – Beer     εbCA A TA εbC    10log log Để thuận tiện cho việc tính toán, chúng ta sử dụng đại lượng A, mật độ quang (độ hấp thụ): T có giá trị từ 1 → 0 hay 100% → 0% A có giá trị từ 0 → ∞ Analytical Chemistry 16 5.1.3. Sự hấp thu bức xạ tử ngoại và khả kiến của các hợp chất  Một vật có màu hoặc không màu là do kết quả tương tác khi chiếu ánh sáng vào vật đó  Nếu as bị khuếch tán hoàn toàn hoặc đi qua hoàn toàn thì vật đó sẽ có màu trắng hoặc không màu đối với người qua sát  Nếu tất cả các tia của ánh sáng trắng đều bị hấp thụ thì vật có màu đen  Một vật có màu đỏ là do hấp thụ chọn lọc as vùng khả kiến theo một trong các kiểu sau: - Hấp thu tất cả các tia trừ tia màu đỏ - Hấp thu 2 vùng khác nhau của as trắng sao cho các tia còn lại cho mắt ta có cảm giác màu đỏ - Hấp thu tia phụ của tia màu đỏ (tia lục) Analytical Chemistry 17 Quan hệ giữa tia hấp thu và màu của chất bị hấp thu lụcđỏ610 – 730 xanh lụcda cam590 – 610 xanhvàng560 – 590 tímlục vàng 530 – 560 đỏ tímlục510 – 530 đỏlục xanh490 – 510 vàng da camxanh430 – 490 vàng lụctím400 – 430 Màuλ, nm Màu của chấtTia bị hấp thu Analytical Chemistry 18 5.1.4. Kỹ thuật định lượng bằng phổ UV – VIS  Thiết bị phân tích: Nguồn sáng Bộ tán sắc Mẫu nghiên cứu Bộ thu tín hiệu Analytical Chemistry 19 Cuvet Analytical Chemistry 20 Phương pháp chuẩn độ trắc quang  Điểm tương đương nhận được bằng phương pháp đo quang  Yêu cầu của phản ứng dùng trong chuẩn độ trắc quang:  Thỏa mãn yêu cầu chung của pư pttt  Cấu tử cần định lượng phải chuyển thực tế thành phức  Chuẩn độ trắc quang thực tế được sử dụng trong những trường hợp sau:  Sản phẩm pư chuẩn độ có màu  Màu của chỉ thị không biến đổi đột ngột mà thay đổi chậm  Chuẩn độ dung dịch có màu  Chuẩn độ chất hấp thụ as thuộc miền tử ngoại, khả kiến hoặc hông ngoại gần  Chuẩn độ dung dịch rất loãng Analytical Chemistry 21 Phương pháp chuẩn độ trắc quang R X • Dựng đồ thị A = f(V) trước và sau điểm tương đương • Điểm cắt nhau (điểm gãy) của 2 đoạn thẳng chính là điểm tương đương Analytical Chemistry 22 Các dạng đường chuẩn độ trắc quang  Phương trình pư chuẩn độ X + R = Z A V Cấu tử cần chuẩn độ X và thuốc thử không hấp thụ as. Sản phẩm Z hấp thụ as A V X hấp thụ R, Z không hấp thụ Analytical Chemistry 23 Các dạng đường chuẩn độ trắc quang A V X, Z không hấp thụ R hấp thụ A V X, R hấp thụ Z không hấp thụ Analytical Chemistry 24 Phương pháp đo quang Ví dụ: Xác định hàm lượng NO2- trong nước  Ở môi trường pH = 2 – 2,5; nitrit tác dụng với acid sulfanilic và naphthylamine tạo thành acid azobenjol naphthylamine sulfonic có màu đỏ tía  Analytical Chemistry 25 Analytical Chemistry 26 5.2. Phương pháp phân tích đo điện thế 5.2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp 5.2.2. Thế điện cực 5.2.3. Phương pháp đo thế điện cực 5.2.4. Kỹ thuật định lượng 5.2.5. Thiết bị đo điện thế 5.2.6. Ứng dụng Analytical Chemistry 27 5.2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp  Các phương pháp phân tích điện hóa dựa trên các quy luật, hiện tượng có liên quan tới phản ứng điện hóa xảy ra trên ranh giới tiếp xúc giữa các cực và dung dịch phân tích Analytical Chemistry 28 5.2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp  Hệ thống phân tích điện hóa:  Dung dịch chất điện li chứa trong bình điện hóa  Các điện cực  Máy đo Analytical Chemistry 29 5.2.2. Thế điện cực  Điện cực: hệ nối tiếp nhau của các tướng dẫn điện (kim loại, dung dịch chất điện li) Điện cực kim loại – ion kim loại (điện cực tan) Me / Men+// Analytical Chemistry 30  Điện cực Pt / Ox / Kh // Điện cực khí Pt(H2) / H2 / H+ // 5.2.2. Thế điện cực Analytical Chemistry 31 5.2.2. Thế điện cực  Điện cực Điện cực bạc clorua Ag / AgCl ; Cl- Điện cực calomel (Pt) Hg / Hg2Cl2 ; Cl- Analytical Chemistry 32 5.2.2. Thế điện cực  Ranh giới tiếp xúc giữa kim loại và dung dịch chất điện li luôn xuất hiện một thế - Thế điện cực cân bằng  Nguyên nhân: do xuất hiện lớp điện kép ở ranh giới giữa kim loại và dd chất điện li  Các kim loại có tính âm điện cao (Zn, Fe …) tích điện âm trên bề mặt  Các kim loại kém hoạt động (Cu, Ag, Hg…) tích điện dương trên bề mặt Analytical Chemistry 33 5.2.3. Phương pháp đo thế điện cực  Không thể đo trực tiếp thế cân bằng của một điện cực  Dựa vào hiệu thế cân bằng của 2 cực  Chọn cực tiêu chuẩn có thế = 0 Pt (H2) / H2 p = 1at / H3O+ a = 1 Analytical Chemistry 34 5.2.3. Phương pháp đo thế điện cực Analytical Chemistry 35 5.2.4. Kỹ thuật định lượng  Đo điện thế trực tiếp  Chuẩn độ điện thế Analytical Chemistry 36 Đo điện thế trực tiếp  Dựa vào phương trình Nernst xác định nồng độ của các ion thông qua xác định thế  Đo pH: điện cực thủy tinh E = Ebđx + 0,059lgaH+  Điện cực chọn lọc ion: đo hiệu thế giữa điện cực chọn lọc và điện cực chuẩn rồi tính ra hàm lượng chất khảo sát theo giá trị thế đo được Analytical Chemistry 37 Chuẩn độ điện thế  Nguyên tắc:  Điện cực chỉ thị tham gia phản ứng điện hóa với một trong các cấu tử có mặt trong cân bằng chuẩn độ  Khảo sát sự biến thiên của hiệu thế (Eđo) giữa đc chỉ thị trên và một đc chuẩn theo thể tích dung dịch chuẩn thêm vào Vc Analytical Chemistry 38 Chuẩn độ điện thế  Cách xác định điểm tương đương Analytical Chemistry 39 5.3. Phương pháp sắc ký 5.3.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp 5.3.3. Ứng dụng 5.3.2. Một số phương pháp sắc ký thông dụng