PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN

CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.1. Mở đầu
Sự hấp thụ năng lượng được lượng tử hóa và do các electron bị kích thích nhảy từ orbital
có năng lượng tháp lên orbital có năng lượng cao hơn gây ra
Bước chuyển NL này tương ứng với sự hấp thị các bức xạ có bước sóng λ, tần số ν theo
phương trình:
h - hằng số Plank: 6,6256. 10-34 J.s
c - vận tốc ánh sáng: 3.108 m.s-1
1
2
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.1.1. Một số đặc trưng của bức xạ điện từ
1.1.1.1. Đặc trưng sóng
Bản chất sóng của ánh sáng được dặc trưng bằng hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa
+ Chu kỳ T: Thời gian thực hiện một dao động điện từ (s)
+ Tần số ν = 1/T: Số dao động trong một giây (s-1)
+ Bước sóng λ = c/ν: Khoảng cách dao động thực hiện trong một chu kỳ (m)
+ Số sóng ῡ = 1/λ: số dao động thực hiện trên một đơn vị chiều dài đường đi của sóng
1.1.1.2. Đặc trưng hạt
Bản chất hạt của ánh sáng thể hiện ở hiệu ứng quang điện và hiệu ứng compton
+ Photon có khối lượng tĩnh bằng 0
+ Năng lượng photon: E = mc2 = hν = hc/λ
3
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.1.2. Phân loại bức xạ điện từ
Phân loại một số bức xạ điện từ theo bước sóng hoặc theo tần số
4
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
5
6
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Trong vùng khả kiến có 7 mầu cơ bản
7
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Phương pháp phổ UV-VIS thường sử dụng quang phổ kế có bức xạ với bước
sóng từ 200 nm đến 1000 nm
Mức NL tương ứng E (kcal/mol)
8
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.1.3. Định luật hấp thụ quang Buger-Lambert-Bear
9
Phương pháp phổ hấp thụ UV-VIS được sử dụng rất thuận lợi và phổ biến trong phân tích định lượng các chất dạng đơn chất và hỗn hợp cũng như trong nghiên cứu, đo các thông số cân bằng của thuốc thử và phức màu, gọi tên là phương pháp trắc quang
10
Trong đó: + - mật độ quang đo ở bước song λ
+ T - độ truyền qua có giá trị từ 0 đến 100%
+ Io - cường độ bức xạ đi đến dung dịch
+ I - cường độ bức xạ đi ra khỏi dung dịch
+ - hệ số hấp thụ mol phân tử ở bước sóng λ
+ C - nồng độ chất hấp phụ (mol.l-1)
+ l - chiều dày cuvet (cm)
Chú ý: Mật độ quang có tính cộng tính
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
11
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
- Khi cho bức xạ điện từ tương tác với phân tử vật chất, dùng thiết bị máy phổ để ghi
nhận sự tương tác đó, ta nhận được một dạng đồ thị gọi là phổ.
- Từ định luật Lambert-Beer, người ta thiết lập và biểu diễn sự phụ thuộc:
+ Trên trục tung: A, ε, lg ε, T
+ Trên trục hoành: tần số bức xạ ʋ, số sóng ῡ, bước sóng bức xạ kích thích λ
Thu được đồ thị có dạng A λ = f(λ), lg ε = f(λ),… đồ thị này gọi là phổ.
Các đỉnh hấp phụ cực đại gọi là dải (band) hay đỉnh hấp thụ (peak), chiều cao của đỉnh peak gọi là cường độ hấp thụ.
1.1.4. Phổ
12
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
13
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
14
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Phổ UV-VIS của benzen: a) trong dung dịch; b) pha hơi
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.2. Nguồn gốc các dải phổ electron trong vùng tử ngoại và khả kiến
1.2.1. Cơ sở lý thuyết
1.2.1.1 Phổ năng lượng của phân tử
Năng lượng của phân tử có ba thành phần chính:
E = Ee + Ev + Er
Trong đó: Ee – năng lượng electron
Ev – năng lượng dao động của phân tử (vibration)
Er – năng lượng chuyển động quay của phân tử (rotation)
Ee >> Ev >> Er các mức NL trên đều được lượng tử hóa và khi có sự chuyển
dời electron trong phân tử thì biến thiên NL của phân tử là:
∆E = ∆Ee + ∆Ev + ∆Er
15
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
∆Ee cỡ 40 – 200 Kcal/mol, ứng với bức xạ UV-VIS
∆Ev cỡ 2 - 3 Kcal/mol, ứng với bức xạ hồng ngoại gần và cơ bản
∆Er cỡ 0,01 – 0,1 kcaL/mol, ứng với bức xạ hồng ngoại xa và vi sóng
Phần chủ yếu NL phân tử xác định bởi NL electron và NL dao động của phân tử
Trong nhiều trường hợp chỉ cần xét hai dạng NL đó là đủ và phổ phân tử do sự
chuyển dời electron kèm theo sự thay đổi mức NL: ∆E = ∆Ee + ∆Ev nằm trong
vùng tử ngoại và khả kiến
1.2.1.1 Phổ năng lượng của phân tử
16
17
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Các mức chuyển dời được phép theo quy luật chọn lọc của cơ học lượng tử có ∆v = ±1; ±2…
18
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
19
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Sự chuyển dời electron chỉ có thể xảy ra với 2 điều kiện sau:
a, Năng lượng photon bị hấp thụ hν phải bằng hiệu các mức năng lượng mà xảy ra sự
chuyển dời electron
hν = ∆E = E2 – E1
b, Xác suất hấp thụ photon thích hợp của phân tử phải khác 0.
Xác suất hấp thụ phụ thuộc vào khả năng bức xạ điện từ có khả năng làm thay đổi sự
phân bố các electron của trạng thái đầu sang trạng thái phân bố mới (trạng thái kích
thích) hay không.
1.2.1.1 Phổ năng lượng của phân tử
20
Giả sử phân tử ở trạng thái đầu và trạng thái kích thích được mô tả bằng các hàm sóng
ϕ1, ϕ2 thì sự chuyển dời chỉ có thể thực hiện được khi momen chuyển dời :

Đại lượng đặc trưng cho sự chuyển dời trung bình của electron. Khi nó bị kích thích
tức là đặc trưng cho sự thay đổi momen lưỡng cực của phân tử khi chuyển dời từ
trạng thái (1) sang trạng thái (2).
1.2.1.1 Phổ năng lượng của phân tử
21
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
liên hệ với xác suất chuyển dời mà xác suất chuyển dời đó đặc trưng bằng hệ số
Anstein B12:

với h – là hằng số Planck
Như vậy, xác suất hấp thụ bức xạ tỷ lệ thuận với bình phương của momen chuyển dời.
1.2.1.1 Phổ năng lượng của phân tử
22
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Để đặc trưng cho sự chuyển dời electron ngoài xác suất B12 còn dùng một đại lượng
khác không có thứ nguyên gọi là lực dao động tử, ký hiệu là f:

Với:
m – là khối lượng electron
ν – tần số bức xạ kích thích
e – điện tích cơ bản của electron
Nếu sự chuyển dời có B12 hay f12 bằng 0 thì không thể xảy ra gọi là bước nhảy bị cấm.
1.2.1.1 Phổ năng lượng của phân tử
23
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Phổ hấp thụ của phân tử có cường độ không chỉ phụ thuộc vào xác suất của bước nhảy
mà còn phụ thuộc vào số phân tử tham gia vào bước nhảy đó.
Nếu số phân tử tham gia vào bước nhảy đó càng nhiều thì cường độ phổ hấp thụ - tức
mật độ quang A (hay hệ số hấp thụ mol phân tử ε) càng lớn.
Mặt khác, giữa hai mức E1 và E2 có nhiều bước nhảy electron – dao động nên phổ hấp
thụ phân tử không phải là phổ vạch mà là một dải phổ có cùng cường độ hấp thụ A
(hoặc ε) thay đổi theo bước sóng kích thích λ khác nhau.
1.2.1.1 Phổ năng lượng của phân tử
24
25
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.2.1.1 Phổ năng lượng của phân tử
25
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
26
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.2.1.2. Dạng của một dải phổ chuyển mức electron từ E1 đến E2
Biểu diễn dạng của một dải phổ electron xuất hiện khi có sự chuyển mức electron từ E1
đến E2 (với các mức dao động khác nhau) thường dùng đồ thị phụ thuộc mật độ quang
A hoặc ε vào bước sóng λ (hoặc tần số ν hay số sóng ) vì các đại lượng trên đều có thể
xác định bằng thực nghiệm.
Nếu biểu diễn ε phụ thuộc vào số sóng , sự phụ thuộc đó có biểu thức toán học như sau:

Đường biểu diễn có dạng đường cong phân bố xác suất chuẩn Gaus, có tính đối xứng
với bề rộng nửa chiều cao pic hấp thụ
Nếu biểu diễn bằng đường ε (hay A) = f (λ) thì
27
1.2.1.2. Dạng của một dải phổ chuyển mức electron từ E1 đến E2
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Các dạng biểu diễn 1 dải phổ electron
28
1.2.1.2. Dạng của một dải phổ chuyển mức electron từ E1 đến E2
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Vì đường cong hấp thụ thường xác định bằng xác suất chuyển dời electron và được xác
định bằng lực dao động tử tổng hợp theo tất cả các cách nhảy của electron từ E1 đến E2
có thể xảy ra trong giới hạn của một dải phổ hấp thụ đã mô tả.
Lực dao động tử tổng hợp khi đó có giá trị sau:
(1.10)
Với: c – vận tốc ánh sáng
N – số Avogadro
m – khối lượng electron
e – điện tích cơ bản của electron
A – diện tích giới hạn bởi đường cong hấp thụ của một dải phổ, với
(1.11)
29
1.2.1.2. Dạng của một dải phổ chuyển mức electron từ E1 đến E2
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Do đó:
(1.12)
Thay từ (1.9) vào (1.12) bằng phương pháp tính gần đúng tích phân theo đồ thị cho kết
quả sau:
(1.13)
Xác suất chuyển dời tính từ (1.8)
(1.14)
30
1.2.1.2. Dạng của một dải phổ chuyển mức electron từ E1 đến E2
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Xác định được xác suất chuyển dời B12 sẽ có ý nghĩa trong nghiên cứu lý thuyết về mặt
hấp thụ, bản chất chất màu.
Với các chất phẩm màu f ~ 0,01÷1,0, giá trị εmax ~ 103 ÷ 105
Theo Bray εmax >105 là ít có khả năng.
Các chất màu yếu có f ~ 0,001÷0,01; εmax < 103.
Các bước nhảy được phép có  ~ 103 ÷ 105.
Bước nhảy có ε ≈ 103 (f ≈ 0,01) bị ngăn cấm 1 phần
Các bước nhảy có ε < 103 (tức f < 0,01) là các bước nhảy bị ngăn cấm.
Trong phương pháp trắc quang ε ≥ 104 mới có giá trị phân tích.
31
1.2.1.3. Các dải phổ kích thích electron của phân tử chất màu
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Ở phần trên ta xét sự xuất hiện 1 dải phổ electron do sự chuyển dời electron trong phân
tử từ mức E1 sang mức E2. Nhưng trong phân tử có rất nhiều mức năng lượng electron:
E1, E2, E3,…En cho nên có thể có nhiều loại chuyển dời electron.
Ví dụ:
Ngoài sự chuyển dời từ E1→E2 còn có sự chuyển dời từ E1→E3, E1→Ej… Mỗi loại
chuyển dời electron đó cho 1 dải hấp thụ như đã trình bày ở trên, hơn nữa tất cả các dải
hấp thụ đó đều xuất hiện cùng một lúc, do đó ta thu được dải phổ do cộng lại nhiều dải
phổ riêng, nó tuân theo quy tắc cộng tính của mật độ quang.
32
1.2.1.3. Các dải phổ kích thích electron của phân tử chất màu
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Biểu thức toán học cho bất kỳ dải phổ nào của phân tử chất màu có thể viết ở dạng sau:
(1.15)
Ở đây có j dải phổ tức có j chuyển dời electron. Ở trong phân tử đối với một số nhóm nào
đó của nó sẽ có dải j, tỷ phần của dải này là αj
- hệ số hấp thụ mol phân tử trung bình tại số sóng
εi(max) - cực đại của dải j tại số sóng .
33
Khi đó phổ hấp thụ của phân tử có thể có dạng nhu hình vẽ, có thể có một số εmax.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 





Hình 1.5. Hình dạng của dải phổ hấp thụ
1.2.1.3. Các dải phổ kích thích electron của phân tử chất màu
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
34
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.2.2. Quan hệ giữa cấu tạo chất màu với phổ hấp thụ của các ion vô cơ
1.2.2.1. Phổ hấp thụ của các ion vô cơ
Thường với các phức màu có thể xác định được trung tâm hấp thụ ánh sáng (mang màu)
là ion kim loại hay phối tử.
Ví dụ: axit salyxilic tạo được phức bền với các ion Al3+, Ir3+, Ga3+, Fe3+, Cu2+ và một số ion
kim loại khác nhưng 3 phức đầu (với ion Al3+, Ir3+, Ga3+) không màu, còn phức với Fe3+
màu đỏ, phức với Cu2+ màu xanh lục. Như vậy có thể kết luận trung tâm mang màu là ion
kim loại chuyển tiếp Fe3+, Cu2+.
Trái lại các thuốc thử như alizarin, điphenylcacbazon, phức của chúng với ion kim loại
nào cũng có màu, đương nhiên trung tâm mang màu là các phối tử hữu cơ.
35
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.2.2.2. Một số quan điểm, thuyết cũ về chất màu
Để xét nguồn gốc giải phổ phải xét đến cấu trúc phân tử chất mầu.
Với các ion vô cơ có hai loại phổ hấp thụ:
- Dải phổ hấp thụ do chuyển mức electron d, f
- Dải phổ hấp thụ do sự di chuyển các electron từ phối tử sang ion trung tâm và
ngược lại (sự dịch chuyển điện tích).
a. Thuyết Fajian
b. Thuyết electron dao động
c. Màu và độ bền liên kết
36
Trung tâm mang mầu là các ion âm: Không áp dụng được cho các ngtố́ chuyển tiếp
Mầu sắc là do electron dao động giữa các trạng thái hóa trị khác nhau của ion kim loại
Liên kết càng bền thì càng khó kích thích bởi lượng tử khả kiến có năng lượng thấp
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.2.2.3. Dải phổ hấp thụ do chuyển mức electron d,f
Đặc trưng cho các ion kim loại chuyển tiếp (có electron cuối xếp vào phân mức d chưa lấp
đầy) và các ion kim loại họ Lantanoit và họ Actinoit (có electron cuối xếp và phân mức f
chưa bão hoà) là các dải phổ hấp thụ mà có thể giải thích sự hình thành của chúng theo
thuyết trường tinh thể và thuyết trường phối tử.
a) Các nguyên tố đất hiếm (họ f)
Ngay ở dạng muối đơn giản đã có màu, phổ hấp thụ gồm nhiều dải hẹp. Màu là do các
electron ở phân mức 4f. Phân mức 4f nằm ở sâu bên trong so với các phân mức 5p, 6s ở
các lớp ngoài do đó ít bị ảnh hưởng của trường phối tử và của phân tử dung môi.
Điều đó giải thích vì sao phổ hấp thụ của các nguyên tố đất hiếm thay đổi rất ít ngay cả khi
ion đất hiếm tạo phức rất bền với các phối tử như EDTA
37
1.2.2.3. Dải phổ hấp thụ do chuyển mức electron d,f
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Phức bát diện và phức tứ diện
38
Co(H2O)62+ mầu hồng
Co(SCN)42+ mầu xanh
b) Các nguyên tố chuyển tiếp (họ d)
39
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Sự tách mức năng lương của các orbital d
40
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
41
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
42
43
44
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
45
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
46
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.2.2.4. Dải phổ hấp thụ do sự dịch chuyển điện tích
Dải phổ hấp thụ do electron của phối tử chuyển sang ion kim loại còn orbital d
chưa lấp đầy
Ví dụ 1:
  Cấu hình electron Co: 3d74s2
X = Cl-, Br-, I-
 
Trong dãy Cl-, Br-, I- khả năng khử của I- là lớn nhất nên sự dịch chuyển electron cũng
dễ dàng nhất (cần photon năng lượng nhỏ hơn). Do đó, nếu thay X lần lượt là Cl-, Br-,
I- thì có sự dịch chuyển dải phổ hấp thụ về phía sóng dài (chuyển dịch batocrom hay
chuyển dịch đỏ):
47
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.2.2.4. Dải phổ hấp thụ do sự dịch chuyển điện tích
Ví dụ 2: Trong ion MnO4- (cấu hình Mn: 3d54s2).
Mn VII còn các orbital d trống, nguyên tử oxi còn 2 electron ở phân lớp 2p, các electron
này khi bị ánh sáng kích thích dễ chuyển sang orbital d trống của mangan. Dải phổ có
cường độ rất mạnh, MnO4- có màu tím.
Ví dụ 3: Ion CrO42- (cấu hình electron Cr: 3d54s1)
CrVI có các orbital trống, các electron không tham gia liên kết ở phân lớp 2p của oxi có
thể chuyển sang khi có ánh sáng kích thích. CrO42- có màu vàng.
48
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.2.2.4. Dải phổ hấp thụ do sự dịch chuyển điện tích
b. Dải phổ hấp thụ do electron của kim loại chuyển sang mức năng lượng của phối tử
Trường hợp này xảy ra với ion kim loại thể hiện tính khử (dễ nhường electron).
Ví dụ: Fe2+ trong phức của nó với o-phenaltrolin (màu đỏ):
 
 
 
 
Electron chuyển từ Fe2+ sang mức năng lượng của phối tử khi có ánh sáng kích thích.
o-phenaltrolin là thuốc thử rất nhạy được dùng để xác định Fe2+.
49
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
c. Dải phổ Ritbe
Dải phổ loại này xuất hiện do sự chuyển dịch electron trong bản thân mỗi ion kim loại.
Ví dụ 1: Ce (cấu hình electron của Ce: 4f26s2), trong ion Ce2+ có sự chuyển dời electron
từ 4f sang 5d còn trống khi chiếu ánh sáng kích thích.
50
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Ví dụ 2: Cu (cấu hình electron của Cu: 3d104s1), trong ion Cu2+ có sự chuyển dời electron
từ 3d sang 4s.
Sự chuyển dời như vậy làm thay đổi số lượng tử chính của electron chuyển dịch. Đây là
các dải phổ được phép (không bị ngăn cấm) nên thường có cường độ mạnh.
Trong một số phân tử có 2 nguyên tử của cùng 1 nguyên tố ở trạng thái hoá trị khác
nhau, dễ xảy ra sự chuyển dịch electron giữa các nguyên tử đó và tạo ra các dải phổ
có cường độ rất mạnh.
Ví dụ3: K4[Fe(CN)6] tạo với ion Fe3+ phức có thành phần: Fe4III[FeII(CN)6]3. Sự chuyển
dịch electron trong cân bằng Fe2+ ⇄ Fe3+ đòi hỏi năng lượng thấp, dải phổ có cường
độ rất mạnh trong vùng khả kiến.
51
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.2.3. Phổ hấp thụ của các hợp chất hữu cơ
52
53
Các dạng chuyển dịch điện tử theo mức năng lượng trong hợp chất hữu cơ
Thứ tự mức NL:
54
Ảnh hưởng của dung môi
55
Dung môi tinh khiết không phân cực (non-polar solvent: như hidrocacbon) thì hầu như không tương tác với phân tử ở cả trạng thái cơ bản cũng như trạng thái kích thích nên không ảnh hưởng đến phổ hấp thụ của phân tử. Phổ chất đo trong dung dịch tương tự như phổ khi đo chất tinh khiết ở trạng thái khí.
Dung môi phân cực (polar solvent: như nước, rượu…) thì chúng tương tác với MO ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích: có thể làm tăng hoặc giảm độ bền của các MO do đó phổ của phân tử đo ở các dung môi này thay đổi so với phổ đo trong dung môi là các hidrocacbon
(i) π - π* Transitions
Do tương tác giữa dung môi với MO: trạng thái kích thích phân cực hơn trạng thái cơ bản làm tăng mức năng lượng khi chuyển từ π - π*. Cực đại hấp thụ thay đổi 10-20 khi đo trong hexan so với rượu etanol
56
(ii) n - π* Transitions
Do dung môi phân cực có thể tạo liên kết hidro với trạng thái cơ bản tốt hơn so với trạng thái kích thích nên dm phân cực làm tăng mức NL của chuyển dịch từ n - π* . Cực đại hấp thụ chuyển dịch về phía sóng ngắn trong dm phân cực
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Chuyển dời electron từ π lên π*
57
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.2.3.2. Phổ hấp thụ của ankan, anken, ankin, và polien
a. Ankan
Ankan có các chuyển dời electron σ → σ * dải phổ nằm ở vùng tử ngoại.
Quy luật chung với ankan: Thêm mắt xích – CH2 – vào mạch ankan tức là thêm vào hệ
liên kết σ hai electron, xuất hiện 2MO mới (σ và σ *) hiệu số các mức năng lượng ∆E
xảy ra sự chuyển dời σ → σ * giảm xuống, phổ hấp thụ chuyển dịch về phía sóng dài
(chuyển dịch batocrom).
VD:
+ CH4 có dải phổ ở vùng λ < 150nm; λmax ~ 125nm.
+ Etan C2H6: Liên kết σ giữa C – C kém bền hơn liên kết σ giữa C – H. Dải phổ có
λmax ~ 135nm.
+ Octan có λmax = 170nm.
58
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
b. Anken, Ankin
+ Etilen C2H4: 2 nguyên tử cacbon có lai hoá sp2, trong phân tử C2H4 có 12electron hoá
trị tham gia trong 5 liên kết σ và 1 liên kết .
Chuyển dời →* , dải phổ có λmax = 165nm, εmax ~ 104.
+ Axetilen C2H2: Các nguyên tử cacbon có lai hoá sp. Có 2 liên kết  do các đám mây
không lai hoá 2px, 2py tạo thành.
Chuyển dời →*, dải phổ có λmax = 175nm, cường độ mạnh.
Ngoài ra còn có dải nằm trong khoảng λ ~ 210 ÷ 240nm liên quan đến cấu trúc dao động.
59
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
c. Polien (có nhiều nối đôi)
Nếu các nối đôi không liên hợp: xảy ra kích thích cục bộ các electron , chuyển dời
→*, phổ hấp thụ khác không nhiều so với phổ của etilen.
Nếu các nối đôi tạo mạch liên hợp (luân phiên với nối đơn)
Khi tăng số nối đôi liên hợp, tăng số electron 2px của các nguyên tử cacbon tham gia
liên kết . Mỗi liên kết đôi mới mang vào hệ liên hợp 2electron 2px làm tăng số MO
lên 2 đơn vị ( và *). Sự tăng số liên kết đôi dẫn đến sự giảm khoảng cách giữa các
mức năng lượng ∆E (xem hình 1.9) và phổ hấp thụ chuyển dịch về phía sóng dài.
60
61
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
62
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Các chuyển dời →* trong các polien
63
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.2.3.3. Ảnh hưởng của các nhóm thế
a. Ankan có nhóm thế chứa cặp electron không phân chia
Phổ hấp thụ sẽ phức tạp, Có 2 dạng dải phổ:
- Dải có cường độ mạnh σ → σ *
- Dải có cường độ yếu n→ σ *
 Hiệu ứng cám ứng ít ảnh hưởng đến năng lượng các orbital σ và σ * nên vị trí
λmax của dải σ → σ * ít thay đổi nhưng dải n→ σ * chịu ảnh hưởng nhiều: năng lượng của
các electron không liên kết n sẽ tăng lên trong trường hợp +I (nhóm thế cho electron:
ankyl , - NH2, - OH, - Cl, - Br, …) và giảm xuống khi có hiệu ứng – I (nhóm thế hút electron:
– NO2, - CHO, - COOH, -CN, - SO3H…)
Trong trường hợp + I, các mức n, σ * xích lại gần, chuyển dịch batocrom. Còn trong trường
hợp – I các mức n, σ * xa dần, chuyển dịch hypsocrom.
64
Ví dụ: CH3OH có λmax=159nm (σ → σ *)
và λmax=183nm (n→ σ *)
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
b. Ảnh hưởng của hiệu ứng liên hợp
Khi hấp thụ ánh sáng, quá trình đó tăng mạnh dẫn đến sự chuyển dịch điện tích trong
phân tử.
 
 
 
Dải phổ hấp thụ →* trong những hợp chất như vậy gọi là dải phổ chuyển dịch điện tích,
λmax chuyển dịch về phía sóng dài.
Do sự tham gia của các electron không phân chia n vào mạch liên hợp tạo hệ MO của các
electron  nên đặc tính riêng của các electron n cũng biến mất cùng dải phổ n → *.
65
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
c. Phổ hấp thụ của benzen có 1 nhóm thế
Benzen có hệ 6 electron 2px tạo thành 3 liên kết  di động trong vòng benzen. Phân tử
benzen có 6 mức năng lượng
Benzen có 3 dải hấp thụ:
λmax1 = 180nm; ε ~ 47000
λmax2 = 203nm; ε ~ 7000
λmax3 = 256nm; ε ~ 200
Dải λ = 256nm cường độ nhỏ thường gọi
là dải hấp thụ benzen, thường kèm theo
cấu trúc dao động
66
67
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Với các nhóm thế cho electron như ( gọi chung là auxocrom)
Hiệu ứng liên hợp dẫn đến tạo thành hệ MO mới gồm 6 electron  vòng benzen và đôi electron không tham gia liên kết n. Sự sắp xếp lại các MO phụ thuộc mức năng lượng của đôi electron n so với các mức  của benzen. Độ âm điện của B càng lớn thì mức năng lượng n ở trạng thái ban đầu (trước khi liên hợp) càng nằm dưới cách xa các mức ban đầu của benzen. Như vậy với các nhóm thế có độ âm điện nhỏ mức n gần mức  của benzen hơn và hiệu ứng liên hợp sẽ mạnh hơn, ∆E càng giảm và dải hấp thụ benzen càng dịch chuyển về phía sóng dài (chuyển dịch batocrom).
VD
68
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Với các nhóm thế nhận electron ( gọi chung là cromofor)
Với dải phổ → * sẽ quan sát thấy chuyển dịch batocrom. Chuyển dịch batocrom tăng
theo dãy:
-NH3+< -SO2NH2 < -COO - < -CN < -COOH < -COCH3 < -NO2
Còn dải n→* cường độ thấp thường bị che phủ bởi dải →* hoặc dải phổ chuyển dịch
điện tích nên có thể không quan sát được dải n→*
Kết luận: Hiệu ứng liên hợp luôn dẫn đến chuyển dịch Batocrom
69
Electron của nối đôi trong nhóm thế (ví dụ: C=O ) có thể tham gia liên hợp với hệ electron  của vòng benzen. Ngoài ra còn đôi electron không phân chia ở nguyên tử thuộc nhóm thế nên còn có chuyển dịch n→* bên cạnh chuyển dịch →*
70
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
71
Xét thêm một số VD về ảnh hưởng của mức độ liên hợp đến các cực đại hấp thụ
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
72
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
d. Trường hợp có hai nhóm thế trong vòng benzen
Hiệu ứng có tính cộng tính, đặc biệt nếu 2 nhóm thế có tính cho, nhận electron ngược nhau thì ảnh hưởng của chúng lớn hơn nhiều tổng ảnh hưởng của từng nhóm riêng biệt.
Ví dụ: Trong nitrophenol
 
Theo tính toán chuyển dời batocrom chỉ có 25nm (trong đó 14nm cho nhóm –OH và 11nm cho nhóm –NO2) nhưng thực tế chuyển dời tới 59nm (đối với dải λ=256nm của benzen)
Sự liên hợp của các nhóm thế khác dạng (cho, nhận electron) tạo nên sự chuyển dịch đáng kể các electron  của mạch liên hợp về phía nhóm thế nhận electron.
Phân tử càng phân cực mạnh trước và sau khi kích thích, năng lượng chuyển dời (∆E) càng nhỏ, dải phổ hấp thụ càng chuyển mạnh sang vùng sóng dài.
73
74
75
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
76
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Phổ UV-VIS của một số hợp chất hữu cơ
Trong hệ liên hợp: π-π* λmax~240 nm, n- π* λmax~300 nm
77
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
78
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
1.2.3.4. Phổ hấp thụ của phức mầu tạo bởi ion kim loại với các thuốc thử hữu cơ có mầu
Quy luật định tính : mọi quá trình làm tăng độ phân cực ở đầu mạch liên hợp đều làm chuyển dịch dải hấp thụ về phía sóng dài.
Khi ion kim loại tạo phức với thuốc thử hữu cơ có màu thì phức tạo thành có dải phổ hấp thụ chuyển dịch về phía sóng dài so với dải phổ hấp thụ của riêng thuốc thử
Thực nghiệm cho thấy λmax phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Bản chất của kim loại
Mức độ oxihóa của ion kim loại
Kích thước của ion kim loại …
79
80
81
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
82
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo UV-VIS
83
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
84
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
85
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
86
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
87
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
88
CHƯƠNG 1: PHỔ HẤP THỤ CỦA PHÂN TỬ TRONG VÙNG BỨC XẠ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN
89