Bài giảng Đại cương các phương pháp phân tích quang phổ - Lê Nhất Tâm

Nội dung text: Bài giảng Đại cương các phương pháp phân tích quang phổ - Lê Nhất Tâm

1. ĐẠI CƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ Lê Nhất Tâm - IUH- IBF lenhattam@iuh.edu.vn
2. ĐẠI CƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ Các nội dung chính: • Cơ sở của phương pháp • Bức xạ điện từ • Phân loại bức xạ điện từ • Tính chất sóng hạt của bức xạ • Năng lương vật chất • Tương tác vật chất với bức xạ điện từ • Phổ hấp thụ- Các phương pháp phổ hấp thụ • Phổ phát xạ- các phương pháp phổ phát xạ
3. ĐẠI CƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ Cơ sở của phương pháp: Dựa vào đặc tính của bức xạ phát ra hay được hấp thụ, và cường độ của bức xạ mà người ta có thể định tính hay định lượng thành phần các chất có trong mẫu.
4. BỨC XẠ ĐIỆN TỪ Bản chất của bức xạ điện từ + Bức xạ điện từ (hay sóng điện từ) là sự kết hợp của dao động điện trường và từ trường biến thiên vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như sóng + Khi một điện tích dao động với tần số sẽ làm xuất hiện một điện trường và một từ trường biến thiên cùng tần số. Trường tổng hợp của điện trường và từ trường gọi là trường điện từ. Trường điện từ truyền trong không gian gọi là sóng điện từ
5. BỨC XẠ ĐIỆN TỪ ➢Tần số : là số chu kỳ bức xạ điện từ thực hiện được trong một đơn vị thời gian : ➢Bước sóng: là khoảng đường song truyền được trong thời gian một chu kỳ: c  = c.T =  ➢Năng lượng của bức xạ: ➢Số sóng : là số chu kỳ thực hiện được trong khoảng đường 1cm
6. PHÂN LOẠI BỨC XẠ ĐIỆN TỪ • Sự phân loại dựa trên khác biệt về tần số hay bước sóng bức xạ: Bức xạ λ( cm) λ(nm) Tia Ɣ 10-11- 10-8 10-4- 10-1 Tia Rơngen ( tia X) 10-8- 10-6 10-1 - 10 Tia tử ngoại- khả 10-6- 10-4 10 – 103 kiến Tia hồng ngoại 10-4- 10-2 1000 – 10.000 Vi sóng 10-1- 10 106 – 108 Sóng Radio >100 >109
7. TÍNH CHẤT SÓNG HẠT CỦA ÁNH SÁNG Tính chất sóng: Thể hiện trong vùng bức xạ điện từ có tần số nhỏ, bước sóng lớn.
8. TÍNH CHẤT SÓNG HẠT CỦA ÁNH SÁNG Tính chất hạt: Thể hiện trong vùng bức xạ điện từ có tần số lớn, bước sóng nhỏ.
9. NĂNG LƯỢNG CỦA VẬT CHẤT Năng lượng phân tử hay nguyên tử là tổng các dạng năng lượng E = Eđt+Edđ+ Eq + Eđt = Năng lượng điện tử của phân tử + Edđ = Năng lượng do những dao động gây bởi tương tác giữa các nguyên tử trong phân tử . + Eq = Năng lượng do sự quay của các phân tử chung quay trong trục nào đó của nó.
10. TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC BỨC XẠ VÀ VẬT CHẤT • Khi chiếu bức xạ điện từ vào dung dịch chứa các phân tử hay vùng chứa các nguyên tử hay ion thì bức xạ điện từ có thể bị hấp thu. • Phổ ghi nhận sự hấp thu được gọi là phổ hấp thụ phân tử . Nguyên tử hay ion.
11. TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC BỨC XẠ VÀ VẬT CHẤT Khi phân tử hấp thu bức xạ, chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng kích thích, nghĩa là bản thân nó đã thay đổi mức năng lượng: ∆E = Ekt – Ecb = ∆Eđt +∆Edđ+ ∆Eq Và : ∆Eel > ∆Edđ> ∆Eq
12. QUÁ TRÌNH CHUYỂN MỨC
13. SỰ HẤP THU BỨC XẠ CỦA VẬT CHẤT PHỔ HẤP THU Khi năng lượng kích thích đạt giá trị 0,03- 0,3 Kcal/mol, trạng thái quay của phân tử bắt đầu bị kích thích nhưng trạng thái dao động và trạng thái điện tử vẫn không đổi. Lúc này ta phổ quay có bước sóng dài như hồng ngoại xa E  = q q h
14. SỰ HẤP THU BỨC XẠ CỦA VẬT CHẤT PHỔ HẤP THU Khi năng lượng chuyển động nhiệt tăng lên 0,3- 12Kcal/mol, trạng thái điện tử của phân tử cũng chưa bị kích thích nhưng trạng thái dao động bắt đầu bị kích thích. Những photon tương ứng với biến thiên năng lượng dao động có bước sóng vào cở: λ= 2500nm- 0,1mm ứng với bức xạ vùng hồng ngoại.Lúc này ta có phổ thu được là phổ dao động Edđ  = dđ h
15. SỰ HẤP THU BỨC XẠ CỦA VẬT CHẤT PHỔ HẤP THU • Khi kích thích các điện tử với năng lượng cao hơn, vào khoảng vài chục đến vài trăm Kcal/mol, thì lúc đó trạng thái điện tử bắt đầu bị kích thích. Bức xạ lúc đó ứng với vùng khả kiến và tử ngoại. Eel el = h • Khi bức xạ bị hấp thu làm ảnh hưởng trạng thái điện tử của phân tử phổ thu được có tần số  el
16. PHỔ HẤP THU • Đường biểu diễn sự giảm năng lượng bức xạ theo đại lượng đặc trưng của bức xạ (như độ dài sóng, tần số hay số sóng) khi bức xạ chiếu qua mẫu gọi là phổ hấp thu. • Vật hấp thu ở dạng nguyên tử hay phân tử ta có phổ hấp thu nguyên tử hay phân tử tương ứng • Tần số bức xạ bị hấp thu có ý nghĩa đặc trưng có cấu trúc vật chất. Nghiên cứu tần số hấp thu trên phổ để nhận diện hay định tính mẫu. Dựa vào cường độ hấp thu có thể định lượng mẫu.
17. PHỔ HẤP THU
18. CÁC LOẠI PHỔ HẤP THỤ • Phổ hấp thụ phân tử: + Phổ hấp thu UV-VIS + Phổ hấp thu IR • Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
19. CÁC LOẠI PHỔ HẤP THỤ Absorption spectroscopy • Định nghĩa: quang phổ hấp thu là phương pháp nghiên cứu về sự hấp thu bức xạ. Bức xạ bị hấp thu được xác định thông qua tần số hay bước sóng của bức xạ khi bức xạ tương tác với mẫu • Sự thay đổi cường độ của quá trình hấp thu tạo nên phổ hấp thu. Phổ hấp thu được trình bày dưới dạng phổ điện từ
20. CÁC LOẠI PHỔ HẤP THỤ U.V- Vis Spectrophotometry + Hấp thụ ở bước sóng tương ứng với trong vùng UV- Vis. + + Khoảng đo 190 nm đến 900 nm + Cung cấp rất ít thông tin về mặt định tính, nhưng rất hiệu quả về định lượng
21. CÁC LOẠI PHỔ HẤP THỤ
22. CÁC LOẠI PHỔ HẤP THỤ Phổ IR: Là phổ hấp thu trong đó tất cả các phân tử hấp thụ ở bước sóng ánh sáng tương ứng với trong vùng IR. Quang phổ hồng ngoại cung cấp khả năng đo các loại dao động khác nhau của các liên kết giữa các nguyên tử ở các tần số khác nhau.
23. CÁC LOẠI PHỔ HẤP THỤ Phổ nghiên cứu sự hấp thu trong vùng từ 1- 2,5µm, 2,5-25µm, ngoài 25µm Phổ hồng ngoại thu được của Polystyren trong vùng mid IR
24. CÁC LOẠI PHỔ HẤP THỤ Atomic absorption spectroscopy • Định nghĩa : phổ hấp thu nguyên tử là kỹ thuật dùng để xác định hàm lượng của các kim loại có trong mẫu thử • Kỹ Thuật này có thể dùng để phân tích hàm lượng trên 70 nguyên tố kim loại khác nhau có trong dung dịch Atomic Absorption Spectrometer
25. CÁC LOẠI PHỔ HẤP THỤ Các quá trình xảy ra khi nguyên tử hóa bằng ngọn lửa Dạng Dạng ion phân tử Dung dịch Sương Sol khí khô Nguyên tử Phun sương Loại dung môi Bay hơi tự do 27
26. SỰ PHÁT XẠ CỦA VẬT CHẤT Vật chất ở dạng nguyên tử hay phân tử, nhận năng lượng bức xạ thích hợp, chuyển mức năng lượng thấp (bền) lên mức năng lượng cao hơn (kém bền), có khuynh hướng trở lại mức năng lượng thấp hơn và có thể phát ra bức xạ, đó là hiện tương phát xạ.
27. SỰ PHÁT XẠ CỦA VẬT CHẤT Mẫu nguyên tử Hydro
28. SỰ PHÁT XẠ CỦA VẬT CHẤT
29. SỰ PHÁT XẠ CỦA VẬT CHẤT
30. CÁC LOẠI PHỔ PHÁT XẠ • Phổ phát xạ nguyên tử (AES) • Phổ huỳnh quang • Phổ phát xạ ion (ICP)
31. CÁC LOẠI PHỔ PHÁT XẠ Atomic emission spectroscopy • Định nghĩa : là một phương pháp định lượng dựa trên việc đo cường độ bức xạ phát ra từ các nguyên tử khi chúng chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản. Từ đó người ta xác định hàm lượng chất xác định.
32. CÁC LOẠI PHỔ PHÁT XẠ Phổ huỳnh quang •Định nghĩa : trong phương pháp này lượng chất có trong mẫu có thể được xác định bởi lượng bức xạ phát ra bởi các phân tử cấu tạo nên mẫu • Phương pháp này dựa trên hiện tượng huỳnh quang “fluoroscence”.
33. CÁC LOẠI PHỔ PHÁT XẠ Các quá trình xãy ra trong ICP