Phuongphaptracquang

TIỂU LUẬN:
PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG

GVHD: HOÀNG XUÂN THẾ
NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 3
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
LỚP 08CDSH

UV /Vis spectral region

Violet:   400 - 420 nm

Indigo:   420 - 440 nm

Blue:   440 - 490 nm

Green:   490 - 570 nm

Yellow:   570 - 585 nm

Orange:   585 - 620 nm

Red:   620 - 780 nm
Đại cương về bức xạ điện từ và phổ:
Bức xạ điện từ và phổ
Định nghĩa: Bức xạ điện từ là một dạng năng lượng có tính sóng và hạt
Đặc điểm: Bức xạ điện được đặc trưng bằng bước sóng, độ lớn bước sóng của bức xạ thường nằm trong vùng 109 nm đến hàng ngàn km. Khi chuyển động trong không gian,nó di chuyển dưới dạng sóng, vì vậy nó còn được gọi là sóng điện từ. Tập hợp các bức điện từ có bước sóng khác nhau gọi là phổ
Nguyên nhân tạo ra bức xạ điện từ: Bức xạ điện từ thường được tạo ra bởi sự tương tác của một nguồn năng lượng nào đó với vật chất chẳng hạn như cơ năng, nhiệt năng, điện năng…Ngoài ra, sự giải phóng năng lượng của vật chất ở trạng thái năng lượng cao không bền như sự phát xạ của nguyên tử, phân rã phóng xạ, sự phát huỳnh quang…
Sự phân chia phổ bức xạ điện từ :
có 2 cách
Cách1: Theo độ dài của bước sóng
Nhận xét: theo cách phân loại này thì tính tuần tự dài theo độ sóng, năng lượng sẽ giảm dần, bước sóng tăng dần. Nhược điểm của cách phân chia này không rõ ràng giữa các vùng sóng, không nói lên được bản chất của vùng phổ
Cách2: Theo bản chất của mỗi loại phổ:
Phổ nguyên tử gồm 2 loại:
Của điện tử hóa trị tự do khi chuyển mức năng lượng. Thuộc dạng này có phổ phát xạ nguyên tử, phổ hấp thu nguyên tử, phổ huỳnh quang nguyên tử.
Của các điện tử nội bên trong như các điện tử lớp K, lớp L hoặc sát hạt nhân. Thuộc loại này có phổ tia X và phổ γ.
Phổ phân tử :các phổ phân tử này là do sự chuyển mức năng lượng của các điện tử hóa trị ở trạng thái liên kết và cặp điện tử hóa trị tự do của các nhóm phân tử, hoặc các gốc tự do có trong phân tử quyết định. Thuộc loại này gồm có phổ hấp thụ UV, phổ hấp thụ vùng VIS, phổ hồng ngoại IR, phổ tán xạ Raman, phổ phát xạ huỳnh quang phân tử.
Phổ khối lượng: Được sinh ra và quyết định bởi khối lượng của các nguyên tố và đồng vị hoặc do khối lượng các mảnh, các nhom 1phân tử chất hấp thụ tạo nên.
Phổ cộng hưởng từ: Do điện tử trong phân tử hoặc do proton trong phân tử quyết định. Tương ứng với 2 cơ chế có phổ cộng hưởng từ của điện tử và cộng hưởng từ hạt nhân
THUYẾT VÂN ĐẠO PHÂN TỬ MO (MOLECULAR ORBITAL)
Những luận điểm cơ bản của thuyết MO:
Nếu trong nguyên tử mối electron được miêu tả bằng một hàm sóng ψ Orbital nguyên tử thì trong phân tử mối electron được miêu tả bằng một hàm sóng ψ Orbital phân tử (MO). Xác xuất tìm thấy electron trong một thể tích dv của phân tử cũng là ψ2dv tương tự nguyên tử.
Trong mỗi Orbital phân tử electron đặc trưng bằng một bộ số các lượng tử, các Orbital phân tử với các tên: б,π,б, Φ…
Các electron của phân tử được phân bố trên các MO theo: nguyên lí Pauli (Mỗi MO chỉ chứa tối đa 2electron), nguyên lí vững bền (Ở trạng thái cơ bản , trong nguyên tử,các electron sẽ chóan những mức năng lượng thấp trước rồi đến trạng thái năng lượng có mức cao hơn tiếp theo), qui tắc Hund (Trong một phân lớp, các electron được sắp xếp sao cho tổng số các spin là cực đại).
Từ các AO của các nguyên tử tham gia tạo thành liên kết, suy ra MO của các phân tử mới tạo thành bằng cách tổ hợp tuyến tính các AO ban đầu. n AO tổ hợp cho nMO.
Yêu cầu các AO tham gia tổ hợp liên kết:
-Có năng lương gần bằng nhau.
-Có mức xen phủ đáng kể.
-Có tính đối xứng giống nhau đối với trục nối tâm 2 nguyên tử.
Tổ hợp tuyến tính 2 Orbital
Giả sử một phân tử tạo thành 2 nguyên tử A và B, mỗi nguyên tử có một AO tham gia liên kết ψa , ψb thì MO phân tử tạo thành có hàm sóng ψ= ca ψa ± cb ψb
ca, cb: Hệ số đánh giá sự đóng góp các AO vào sự tạo thành MO
Tổ hơp tuyến tính cộng các AO cho MO có năng lượng thấp hơn AO xuất phát (MO liên kết): ψ+= ca ψa + cb ψb
Tổ hơp tuyến tính trừ các AO tạo ra cho MO có năng lượng lớn hơn AO xuất phát (MO phản liên kết_MO*):
ψ-=ca ψa - cb ψb
Độ bội= bậc liên kết= (số e trên MO liên kết-số e trên MO phản liên kết)/2
Bậc liên kết càng lớn liên kết càng bền  độ dài liên kết càng ngắn
Bậc liên kết =0 liên kết không hình thành
Sự chuyển mức năng lượng electron với hấp thụ bức xạ UV_VIS:

Các bức xạ UV_vis có năng lượng khá lớn nên có khả năng làm thay đối mức năng lượng của các electron từ trạng thái cơ bản kích thích.
Các electron б trong liên kết đơn C-C, C-H.
Các electron π trong liên kết bội, hệ thống thơm.
Các electron n của cặp electron tự do không tham gia kiên kết của N,O,halogen
Electron б chuyển lên trạng thái kích thích б*  cần có năng lượng lớn vì khỏang cách lớn.
Electron π chuyển lên trạng thái kích thích π* cần có năng lượng nhỏ vì khỏang cách gần.



CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Các phân tử,ở điều kiện bình thường, chúng tồn tại ở trạng thái cơ bản,trạng thái này có năng lượng thấp và bền vững.
Khi có một chùm sáng (chùm proton) kích thích với tần số thích hợp,thì các điện tử hóa trị(điện tử liên kết) trong phân tử sẽ hấp thu năng lượng của chùm sáng và chuyển lên trạng thái có kích thích có năng lượng cao hơn.
Theo cơ học năng lượng tử,ở trạng thái cơ bản của phân tử,các điện tử liên kết được sắp đầy vào các orbital liên kết có mức năng lượng thấp.Khi kích thích chúng sẽ có sự di chuyển lên các mức có năng lượng cao.

Lúc này phân tử đã bị kích thích.Hiệu số giữa hai mức năng lượng cơ bản và kích thích chính là năng lượng mà phân tử đã
hấp thu để chuyển từ mức năng lượng cơ bản. Năng lượng bị phân tử hấp thu chính là năng lượng của nguồn sáng . Quá trình này được biểu thị theo hệ thức sau:
?E(e)=E*-E0=h?=hc??
Trong quá trình kích thích , cùng với sự chuyển mức năng lượng của các electron liên kết , còn kèm theo sự quay va dao động của nguyên tử trong phân tử dưới tác dụng của nguồn sáng.
Tổng năng lượng mà phân tử nhận được khi bị kích thích bao gồm ba thành phần:
Ets=?E(e)+?E(d)+?E(q)
?E(e)>?E(d)>?E(q)Vì thế mà phổ UV-VIS không phải là phổ vạch như phổ AES hay AAS.
Như vậy,phổ hấp thu phân tử UV-VIS là phổ được hình thành do sự tương tác của các điện tử hóa trị ở trong phân tử hay nhóm phân tử với chùm nguồn sáng kích thích (chùm tia bức xạ trong vùng UV-VIS)tạo ra.
Là phổ tổ hợp sự di chuyển mức năng lượng của các điện tử liên kết,của sự quay và sự dao động của phân tử.Phổ UV-VIS là phổ đám chứ không phải là phổ vạch, nhu AES,AAS.
CƠ SỞ ĐỊNH TÍNH CỦA PHƯƠNG PHÁP
Định tính của phương pháp này là dựa vào bước sóng hấp thụ.
Để định tính người ta quét sóng, thường là người ta đo độ hấp thu của dung dịch ở các bước sóng khác nhau. Đo từ λ nhỏ λ lớn.
Bước sóng nào lớn nhất thì đặc trưng.
CƠ SỞ ĐỊNH LƯỢNG CỦA PHƯƠNG PHÁP:
Khi ta chiếu 1 chùm sáng có cường độ ban đầu là I0 vào 1 cuvet chứa dung dịch mẫu có độ dầy là L thì có 3 hiện tượng xảy ra :
Phần chùm sáng đi qua cuvet có cường độ IT
Phần phản xạ và tán xạ theo mọi phương có cường độ là Ir ; Ip
Phần bị các phân tử cuvet hấp thu có cường độ là IA : Io=IA + IT + Ir + Ip
- Gọi A có độ hấp thu quang của phân tử xác định trong dd chứa trong cuvet ở 1 bước sóng xác định thì:
Aλ=Lg100/T=2-LgT=LgIo/IT
- Nếu trong cuvet có nồng là C (mol/l), trong 1 phạm vi nhất định của C thì mối quan hệ của A va C ta có định luật Beer
A=ε.L.Cb
Trong đó :
b: là 1 hằng số ,0 Khi c nhỏ b=1,Khi c lớn thì b<1
ε: là1hệ số hấp thu quang phân tử của chất hấp thu cuvet
Đối với 1 chất phân tích trong 1 dung môi xác định và trong 1 cuvet cụ thể thì
ε = const , L= const ,đặt k= ε.L thì ta có : Aλ=K.Cb
Phương trình làm cơ sở định lượng của phương pháp UV-VIS
GIỚI HẠN PHÁT HIỆN VÀ GIỚI HẠN ĐỊNH LƯỢNG CỦA PHƯƠNG PHÁP
Các mẫu đo UV-VIS là các dạng dung dịch. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ UV-VIS của mẫu. Cụ thể:
Các yếu tố thuộc về cấu trúc phân tử của chất tan:
+ Nhóm mang màu và nhóm trợ màu
+ Ảnh hưởng của vị trí không gian
+ Một số nhóm mang màu đặc trưng
Các yếu tố thuộc về môi trường:
+ Dung môi
+ Tương tác giữa các lưỡng cực (dipole-dipole)
+ Liên kết Hydro
+ Ảnh hưởng pH
+ Nồng độ và các tương tác khác trong dung dịch
Các yếu tố thuộc về thiết bị: Định luật Lambert-Beer chỉ hòan tòan đúng với chùm tia đơn sắc.
Ảnh hưởng của các hiện tượng quang học khác: phản xạ, khuếch tán,…đặc biệt là hiện tượng tán xạ do dung dịch không đồng nhất về mặt quang học. Do đó dung dịch phải trong suốt hạn chế hiện tương tán xạ, phản xạ, khuếch tán ánh sáng…
Điều kiện áp dụng định luật Beer:
Thiết bị phải có khả năng tạo ra chùm tia đơn sắc nhất định. Độ đơn sắc càng cao càng tốt.
Chất thử phải bền trong dung dịch và bền dưới tác dụng của tia UV-VIS.
Dung dịch phải nằm trong khoảng nồng độ thích hợp.
Dung dịch phải trong suốt để hạn chế tối đa các hiện tương quang học khác.
HẤP THỤ PHÂN TỬ
Sự hấp thu bởi các phân tử chứa nhiều nguyên tử, đặc biệt trong trạng thái đông tụ,là một quá trình phức tạp hơn vì số các trạng thái năng lượng có thể tăng nhanh. Có thể biểu diễn năng lượng chung của phân tử như sau:
E= Ee+Ev+Ej (2.17)
Ee là năng lượng có liên quan đến các obitan khác nhau của các electron ben ngoài của phân tử;
Ev- năng lượng các dao động giữa các nguyên tử của cả phân tử;
Ej-năng lượng quay của các phân tử xung quanh trọng tâm.
SỰ HẤP THU TRONG CÁC VÙNG VI SÓNG VÀ VÙNG HỒNG NGỌAI(IR)
Ở pt (2.17), năng lượng mỗi bậc số hạng giảm so với số hạng trước 2 bậc.
Phổ hấp thụ quay thuần túy không có các sự chuyển electron và dao động có thể nhận được dưới tác dụng của bức xạ vi sóng mà năng lượng của nó nhỏ hơn bức xạ hồng ngọai nghiên cứu quang phổ các chất hơi.
Trong vùng hồng ngọai, quan sát được hấp thụ dao động. Trong phổ, xuất hiện các pic hẹp. Trong khi hấp thụ một photon của năng lượng bức xạ thì biên độ dao động các nguyên tử trong phân tử tăng. Để xảy ra hấp thụ quá trình dao động cần kèm theo sự thay đổi chung của lưỡng cực
Số các trạng thái dao động của phân tử ở một mức độ đáng kể xác định bằng số các nguyên tử (số các liên kết đã được tạo ra bởi chúng).


Phổ hồng ngọai, hấp thụ phân tử chất hữu cơ, các liên kết CHT kim lọai- Ligan cũng nhạy với bức xạ hồng ngọai sóng dài nghiên cứu phổ trắc quang về các Ion phức của các kim lọai.
SỰ HẤP THỤ TRONG CÁC VÙNG KHẢ KIẾN & TỬ NGOẠI
Ee phải lớn hơn Ev,Ejđể chuyển các electron bên ngòai phải đòi hỏi có năng lượng bức xạ vùng khả kiến & tử ngọai.
Khác với phở hấp thu nguyên tử các phổ hấp thu phân tử gồm một khỏang rộng các λ.
Mỗi một trạng thaí electron tương ứng với nhiều trạng thaí năng lượng dao động&quay phổ phân tử thường gồm nhiều dãy hấp thụ phân bố gần nhau.
SỰ HẤP THỤ TRONG TỪ TRƯỜNG
Khi có sự tác động lên các electron, hay các hạt nhân của nguyên tố bằng một từ trường mạnhxuất hiện các mức lượng tử bổ sung của năng lượng. Các mức này liên quan đến các tính chất từ của các phần tử
Khi hấp thụ bức xạ có λ dài hay tần số thấpsự khác nhau trong năng lượng của các trạng thái bị kích thích nhỏ& chuyển một trạng thái vào trạng thái khác.
Các hạt nhân, người ta dùng sóng radio từ 10-200MHz
Các electron, người ta dùng sóng radio từ 1000-25000MHz
Nghiên cứu sự hấp thụ bởi các hạt nhân&các electron trong từ trường bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)& cộng hưởng thuận từ electron (EPR) tương ứng.
YÊU CẦU ĐỐI VỚI THUỐC THỬ HỮU CƠ:
Caùc thuoác thöû höõu cô thöôøng ña daïng ,phong phuù.trong caáu truùc phaân töû cuûa caùc thuoác thöû höũ cô thöôøng coù nhieàu lieân keát ñoâi,lieân keát ñoâi lieân hôïp,lieân keát azo (-N=N),voøng thôm coù chöùa caùc goác töï do hay coù caùc nhoùm chöùc.
Chuùng thöôøng laø caùc acid höõu cô yeáu hay caùc bazô höõu cô yeáu.
Trong phaûn öùng taïo phöùc vôùi caùc ion kim loaïi chung thöôøng ñoùng vai troø laø ligan.
Phức hình thành giữa thuốc hữu cơ với các ion kim loại thường có màu , có độ nhạy rất cao và có hệ số hấp thu ? lớn thường khoảng 20.000�100.000.
Nhiều hợp chất phức giữa thuốc thử hữu cơ với các ion kim loại rất bền có hằng số b?n từ 107�1020 nên độ hấp thu quang A rất ổn định trong một thời gian từ 10 phút�24 giờ, nhờ vậy mà có độ lặp lại độ hấp thu quang A giữa các lần đo liên tiếp nếu như máy quang phổ hoạt động ổn định. Vì thế mà các thuốc thử hữu cơ được sử dụng rất nhiều trong phép đo phổ hấp thu phân tử UV-VIS .
Danh sách một số thuốc thử hữu cơ thông dụng được sử dụng trong phép đo phổ hấp thu phân tử UV-VIS để xác định các kim loại:
Nhö vaäy, vôùi caùc chaát höõu cô ta coù phoå UV-VIS ,thì chæ caàn hoøa tan chuùng vaøo moät dung moâi phuø hôïp taïo moät dung dòch ñoàng nhaát ño ôû moät böôùc soùng thích hôïp thu ñöôïc phoå (ñoä haáp thu quang cuûa chuùng).
Caùc dung moâi hay ñöôïc duøng laø :H2O,C6H6,CHCl3,CCl4,MIBK
(Metylisobutylkentone),Pyridyn…
Caùc ion kim loaïi cho chuùng taùc duïng choïn loïc vôùi moät thuoác thöû höõu cô (ñieàu kieän nhaát ñònh) taïo ra hôïp chaát phöùc haáp thu böùc xaï vaø coù ñoä nhaïy cao.
Di?u ki?n t?o ra h?p ch?t ph?c:
Xảy ra nhanh, hoàn toàn theo một hướng có tính chất định lượng.
Tạo sản phẩm là hợp chất bền,ổn định,không thay đổi thành phần trong một khoảng thời gian tối thiểu.
Sản phẩm phải có hệ số hấp thu phân tử ? >1000 và càng lớn càng tốt.
Không có phản ứng phụ xảy ra (phản ứng giữa ion xác định với thuốc thư)�?ph?n ?ng cĩ tính ch?n l?c.
Cực đại hấp thu của sản phẩm sinh ra từ phản ứng phải khác với cực đại hấp thu của thuốc thử và của dung môi, sự khác biệt càng lớn càng tốt. Tốt nhất là dung môi và thuốc thử không có cực đại hấp thu trong vùng sóng đo sản phẩm tạo phức là tốt nhất.
LƯƠNG THÙY NGÂN 3008080050
TẠ DUY KIỆT 3008080031
PHẠM THỊ LIỄU 3008080116
TRẦN THỊ LUYÊN 3008080039
TRẦM HÙNG MẠNH 3008070036
NGUYỄN THỊ NGỌC NGÀ 3008080047
VÕ THỊ KIM NGÂN 3008080048
NGUYỄN THỊ HỒNG NGỌC 3008080051
CHÂN THÀNH CẢM ƠN