Bài giảng Hóa phân tích môi trường - Chương 5: Các phương pháp phân tích hóa lí

Nội dung text: Bài giảng Hóa phân tích môi trường - Chương 5: Các phương pháp phân tích hóa lí

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 1
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 2
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 3
4. Vùng ánh sáng nhìn thấy 400 nm 500 nm 600 nm 700 nm Bước sóng, l, tăng Năng lượng giảm Analytical Chemistry 4
5. Các thông số liên quan tới phổ 1. Sóng Bước sóng,  Tần số,  2. Các hạt photon 3. Năng lượng E = h h Hằng số Planck = 6.626×10-34 J.s E hν c Vận tốc ánh sáng = 2.998×108 m.s-1 c ν λ Analytical Chemistry 5
6. Sự chuyển mức năng lượng khi kích thích e Trạng thái đầu Hấp thụ Phát xạ Analytical Chemistry 6
7. Sự chuyển mức năng lượng khi kích thích e Analytical Chemistry 7
8. Incandescent Continuous Hot Gas Discrete Emission Cold Gas Discrete Absorption Atomic absorption: electrons excited to higher energy levels Atomic emission: excited electrons lose energy Analytical Chemistry 8
9. Eh = Elevels E = Ef –Ei Absorption: Ef > Ei Emission: Ef < Ei Analytical Chemistry 9
10. Phân tử hấp thụ và phát xạ Analytical Chemistry 10
11. Phổ phân tử Absorption Emission y t i s n e t n I 400 500 600 700  (nm) Analytical Chemistry 11
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 12
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 I I 0 I1 1 T I Nồng độ C 0 Analytical Chemistry 13
14. 5.1.2. Định luật Bouguer – Lambert – Beer I T 10-εbC I0 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 14
15. 5.1.2. Định luật Bouguer – Lambert – Beer Để thuận tiện cho việc tính toán, chúng ta sử dụng đại lượng A, mật độ quang (độ hấp thụ): A log T A log 10 εbC A εbC T có giá trị từ 1 → 0 hay 100% → 0% A có giá trị từ 0 → ∞ Analytical Chemistry 15
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 16
17. Quan hệ giữa tia hấp thu và màu của chất bị hấp thu Tia bị hấp thu Màu của chất λ, nm Màu 400 – 430 tím vàng lục 430 – 490 xanh vàng da cam 490 – 510 lục xanh đỏ 510 – 530 lục đỏ tím 530 – 560 lục vàng tím 560 – 590 vàng xanh 590 – 610 da cam xanh lục 610 – 730 đỏ lục Analytical Chemistry 17
18. 5.1.4. Kỹ thuật định lượng bằng phổ UV – VIS Thiết bị phân tích: Nguồn Bộ Mẫu Bộ thu sáng tán sắc nghiên cứu tín hiệu Analytical Chemistry 18
19. Cuvet Analytical Chemistry 19
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 20
21. Phương pháp chuẩn độ trắc quang •Dựng đồ thị A = f(V) trước và R sau điểm tương đương • Điểm cắt nhau (điểm gãy) của 2 đoạn thẳng chính là điểm tương đương X Analytical Chemistry 21
22. Các dạng đường chuẩn độ trắc quang Phương trình pư chuẩn độ X + R = Z A Cấu tử cần chuẩn độ X và thuốc thử không hấp thụ as. Sản phẩm Z hấp thụ as V A X hấp thụ R, Z không hấp thụ V Analytical Chemistry 22
23. Các dạng đường chuẩn độ trắc quang A X, Z không hấp thụ R hấp thụ V A X, R hấp thụ Z không hấp thụ V Analytical Chemistry 23
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 24
25. Analytical Chemistry 25
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 26
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 27
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 28
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 29
30. 5.2.2. Thế điện cực Điện cực Điện cực khí Pt / Ox / Kh // + Pt(H2) / H2 / H // Analytical Chemistry 30
31. 5.2.2. Thế điện cực Điện cực Điện cực bạc clorua Điện cực calomel Ag / AgCl ; Cl- - (Pt) Hg / Hg2Cl2 ; Cl Analytical Chemistry 31
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 32
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 33
34. 5.2.3. Phương pháp đo thế điện cực Analytical Chemistry 34
35. 5.2.4. Kỹ thuật định lượng Đo điện thế trực tiếp Chuẩn độ điện thế Analytical Chemistry 35
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 36
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 37
38. Chuẩn độ điện thế Cách xác định điểm tương đương Analytical Chemistry 38
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 Analytical Chemistry 39