Quang phổ UV-VIS

Quang phổ UV-VIS Sinh viên: Nội dung 1. Phổ hấp thụ và nguyên lý 2. Các định luật cơ bản 3. Độ chính xác khi đo phổ hấp thụ 4.Sai số phép đo 5. Phương pháp định lượng 6. Hệ đo Phổ UV-VIS 7. Ứng dụng I.Phổ hấp thụ UV-VIS 1.Đặc điểm • Đồ thị biểu diễn A = f( λ ) (hoặc ε =f( λ ) hoặc lg ε = f( λ )) gọi là phổ hấp thụ ánh sáng của dung dịch. • Phổ hấp thụ thường được biểu diễn dưới dạng một đường cong cho thấy sự phụ thuộc độ hấp thụ của một chất bất kì ở trạng thái dung dịch vào bước sóng của ánh sáng chiếu tới. • Phổ hấp thụ của một chất được đặc trưng bởi bước sóng max mà tại đó sự hấp thụ là lớn nhất 2. Nguyên lý của phổ hấp thụ • Khi chiếu một chùm bức xạ điện từ tác động lên khối vật chất thì sự hấp thụ của khối vật chất đó phụ thuộc vào bản chất của nó, như vậy đo lượng tia bức xạ bị hấp thụ ta có thể xác định được tính chất của vật liệu. • Phổ hấp thụ ứng dụng tốt nhất đối với những nguyên tử hoặc phân tử nhỏ. • Khi ánh sáng tương tác với các phân tử khí xảy ra 3 quá trình khác nhau: - Quá trình hấp thụ - Quá trình phát xạ tự phát - Quá trình phát xạ kích thích. Đối với phổ hấp thụ chúng ta chỉ xét 2 quá trình: Hấp thụ và phát xạ tự phát. II.Các định luật cơ bản 1.Định luật Lambert Ta có: 𝑑𝑖 = −𝑘. 𝑖. 𝑑𝑥 ⇒ 𝑑𝑖 𝑖 = 𝑘. 𝑑𝑥 Bỏ qua phần năng lượng tán xạ, phản xạ. Lấy tích phân hai vế: 𝑑𝑖 𝑖 = −𝑘. 𝑑𝑥 𝑙 0 𝐼 𝐼0 ⇔ ln 𝐼 − ln 𝐼0 = −𝑘. 𝑙 Suy ra: 𝐼 = 𝐼0. 𝑒 −𝑘𝑙 Nội dung: Khi độ dày của lớp môi trường tăng theo cấp số cộng thì cường độ sáng giảm theo cấp số nhân. 2. Định luật Beer Cak . Cba I I ..log 0  lg3,2ln  HÖ sè hÊp thô % Nång ®é (g/l) §é nghiªng =a.b A=a.b.C 1 2 HÖ sè truyÒn qua (%) Nång ®é (g/l) 0 20 40 60 80 100 Hệ số hấp thụ và hệ số truyền qua phụ thuộc vào nồng độ Kortum và Sieler cho thấy định luật Beer chỉ áp dụng được khi nồng độ thấp. Hệ số hấp thụ riêng a phụ thuộc vào chiết suất môi trường và nồng độ. Tại C=10exp (-3) chiết suất không thay đổi. Như vây, khi phân tích dung dich ở nồng độ cao cần có hiệu chỉnh 220 )2(   n n aa III. §é chÝnh x¸c khi ®o phæ hÊp thô • CÊp chÝnh x¸c cho biÕt kÕt qu¶ ®o gÇn b»ng gi¸ trÞ chÊp nhËn. Cßn sai sè m« t¶ tÝnh lÆp l¹i cña phÐp ®o. • CÊp chÝnh x¸c thêng ®îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch so s¸nh th«ng n¨ng dI qua khÈu ®é g¾n vµo mÉu vµ ®îc ®ãng më t¹i c¸c ®iÓm kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh hiÖu chØnh. C¸c th«ng sè cña hÖ ®o ¶nh hëng tíi cÊp chÝnh x¸c lµ: - §é réng khe: nÕu khe réng qu¸, gi¶i th«ng sÏ réng h¬n gi¸ trÞ thùc. Cßn nÕu qu¸ hÑp sÏ khã ph©n biÖt tÝn hiÖu víi mÉu. - Tèc ®é quÐt qu¸ nhanh còng g©y ra lçi, ®Ønh cña phæ sÏ bÞ dÞch vÒ vïng bíc sãng thÊp. - CÊp chÝnh x¸c cña bíc sãng, cÇn ph¶i hiÖu chØnh tríc khi ®o ®Ó ®¹t ®ù¬c bíc sãng tiªu chuÈn. - Sù lÖch chïm s¸ng lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y mÊt chÝnh x¸c ®Æc biÖt lµ khi chïm s¸ng yÕu. Nguyªn nh©n lµ do ¸nh s¸ng bÞ t¸n x¹ do bôi hoÆc Èm mèc ë bÒ mÆt c¸c dông cô quang häc. HÖ sè h©p thô thùc sù khi kh«ng cã hiÖn tîng lÖch tia s¸ng ®îc x¸c ®Þnh nh sau: Is : cêng ®é ¸nh s¸ng bÞ hÊp thô bëi mÉu chuÈn s s apperent II II A    0log IV. Sai số phép đo  Sai sè cña hÖ sè truyÒn qua : ∆T  Sai sè cña cêng ®é ¸nh s¸ng : ∆I  Sai sè cña nång ®é : ∆C • C¸c sai sè nµy suÊt hiÖn khi bÞ nhiÔu khi ®o. • Gi¸ trÞ cña sai sè trong kho¶ng 0,01 ÷ 0,002 trªn toµn bé thang ®o. I.Cơ sở lý thuyết Sai sè t¬ng ®èi cña nång ®é: • Theo ®Þnh luËt Beer : → ab T I I abab A lglog 1 0  )( 434,0 I dI ab  TabdT dC 434,0  )( 434,0 I dI AC dC  V.Các phương pháp định lượng 1. Phương pháp so mầu bằng mắt Có các cách chủ yếu để định lượng theo phương pháp so mầu bằng mắt đó là: lập dãy mầu chuẩn, chuẩn độ so sánh mầu và cân bằng mầu. Phương pháp cho kết quả với độ chính xác không cao, tuy nhiên rất đơn giản không cần máy đo phổ. Phương pháp thích hợp trong việc kiểm tra ngưỡng cho phép của chất nào đó trong một sản phẩm cụ thể xem có đạt hay không. 2. Phương pháp đường chuẩn Phương trình cơ bản của phép đo định lượng theo phổ UV−Vis là: • A= ε. l. C (ε. l = const vậy A = f(C) hàm bậc nhất) Bằng cách chuẩn bị một dãy dung dịch mầu có nồng độ tăng dần và biết chính xác trước C1, C2, C3,… (thường là 5−7 nồng độ nằm trong vùng tuyến tính của mối quan hệ A−C) và dung dịch mầu của chất cần xác định nồng độ trong cùng điều kiện phân tích như dãy dung dịch chuẩn. Nghiên cứu chọn điều kiện phù hợp nhất đo phổ của các mẫu chuẩn và mẫu phân tích như các thông số về thời gian, môi trường, loại cuvet… Đo độ hấp thụ quang của các dung dịch chuẩn, dựng đường chuẩn theo hệ tọa độ A−C sau đó đo độ hấp thụ quang của dung dịch chất mầu cần xác định nồng độ (giả sử là Ax), rồi áp vào đường chuẩn ta sẽ có nồng độ Cx tương ứng với nồng độ chất cần xác định. Đồ thị chuẩn A-C và cách xác định nồng độ từ Ax đo được Phương pháp rất tiện lợi để phân tích hàng loạt mẫu của cùng một chất trong một loại đối tượng nghiên cứu, nhanh chóng, hiệu suất cao. 3. Phương pháp thêm chuẩn Nguyên tắc : Lấy cùng 1 lượng dung dịch cần phân tích 𝐶𝑥 vào 2 bình định mức 1 và 2. Thêm vào bình 2 một lượng dung dịch chuẩn của chất phân tích 𝐶𝑎 .Thực hiện phản ứng hiện màu ở cả 2 bình trong các điều kiện thí nghiệm thích hợp hoàn toàn như nhau.Đem đo D của 2 dung dịch ở 𝜆𝑚𝑎𝑥 . Theo định luật Lambert – Beer với 𝐷𝑎 𝑣à 𝐷𝑥 ta có: 𝐶𝑥 = 𝐶𝑎. 𝐷𝑥 𝐷𝑎 − 𝐷𝑥 Trong đó: 𝐷𝑥 là mật độ quang của dung dich không thêm. 𝐷𝑎 là mật độ quang của dung dich sau khi thêm. Dùng phương pháp này có thể loại trừ được ảnh hưởng của các chất lạ, đồng thời có thể kiểm tra được độ chính xác của phép phân tích VI. Hệ đo Phổ UV-VIS 1.Nguyên lý Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo quang 1. Nguồn sáng: cung cấp bức xạ ánh sáng vùng trông thấy thì dùng đèn sợi đốt Vonfram; vùng tử ngoại: dùng đèn hydro, deteri, thuỷ ngân… 2. Hệ tán sắc: hệ tán sắc có nhiệm vụ biến chùm tia đa sắc thành chùm tia đơn sắc (cung cấp bức xạ đơn sắc). Với các máy thế hệ cũ sử dụng từ 10 tới 12 kính lọc ánh sáng cho dải phổ hẹp chứ không cho hệ đơn sắc. Các máy hiện đại hơn thì sử dụng lăng kính để cho ánh sáng đơn sắc. Các máy UV-Vis thế hệ mới sử dụng cách tử (1200−1800 vạch/mm có khi tới 2400 vạch/mm) có độ phân giải cao từ 1 tới 0,2nm. 3. Mẫu phân tích: chất phân tích có thể cho tác dụng với một thuốc thử trong môi trường thích hợp nhằm tạo phức chất có độ nhạy đảm bảo tính định lượng của phương pháp. Nếu chất phân tích là chất khí thì phải chứa mẫu vào cuvet đóng kín. Cuvet dùng cho phổ UV phải là cuvet thạch anh. Cuvet dùng cho phổ Vis có thể là cuvet nhựa hoặc cuvet thuỷ tinh 4. Detector: trong các máy đơn giản dùng tế bào quang điện để chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện rồi cho qua bộ khuếch đại hiển thị kết quả đo. Trong các máy thế hệ mới có độ nhạy cao thường dùng detector dạng ống nhân quang hoặc loại chuỗi diot (DAD). Detector chuỗi diot thích hợp cho việc đo đồng thời nhiều cấu tử với nhiều bước sóng khác nhau, thiết bị khá bền 2.Nguyên tắc Phổ hấp thụ UV-VIS là phổ hấp thụ của các chất tan ở trạng thái dung dịch dồng thể của một dung môi nhất định như : nước, metanol, benzen, toluen, cloroform …Vì thế, muốn thực hiện phép đo phổ này ta phải :  Hòa tan chất phân tích trong một dung môi phù hợp  Chiếu vào dung dich mẫu chứa hợp chất cần phân tích 1 chùm bức xạ đơn sắc có năng lượng phù hợp để cho chất phân tích hay sản phẩm của nó hấp thụ bức xạ để tạo ra phổ hấp thụ UV-VIS của nó.  đo cường độ của chùm sáng sau khi đã qua dung dịch mẫu nghiên cứu Máy đo UV-VIS 3101 3. Dụng cụ đo phổ Mô hình máy phổ hấp thụ laser diot điều khiển được: Delta F 700 Series. Máy phổ UV-VIS-NIR Absorption Spectrophotometer (Cary 5000) VII.Ứng dụng -Kiểm tra độ tinh khiết Vết của tạp chất trong chất hữu cơ được phát hiện dễ dàng khi nó có cường độ hấp thu đủ lớn -Nhận biết chất và nghiên cứu cấu trúc Bằng cách so sánh phổ hấp thu của chất so với phổ hấp thu của chất trong thiên nhiên hoặc với mẫu chuẩn có thể cho kết luận về một sản phẩm tổng hợp -phân tích hôn hợp Các máy quang phổ uv-vis hiện đại có khả năng xác định các nồng độ riêng rẽ trong hỗn hợp gồm n cấu tử. máy sẽ dụng tính chất cộng độ hấp thu để giải hệ phương trình và cho kết quả nồng độ từng cấu tử trong hỗn hợp phân tích. -Xác định khối lượng phân tử -xác định hằng số phân ly acid-bazo Xác định hằng số phân ly acid-bazo là một trong những phương pháp quan trọng để nghiên cứu cấu trúc các hợp chất hữu cơ.Nội dung của phương pháp là đo phổ hấp thu của các chất hữu cơ chứa các nhóm có tính chất acid-bazo phụ thuộc vào ph của môi trường -Xác định thành phần của phức chất Thành phần của phức chất trong dung dich có thể được xác định bằng quang phổ hấp thu tử ngoại và khả biến theo một trong các phương pháp khác nhau phương pháp biến số liên tục,phương pháp tỉ lệ mol Xin chân thành cảm ơn