ÔN tập PHÂN TÍCH CÔNG cụ

- Sử dụng hệ quang học thu, phân ly và ghi toàn bộ phổ phát xạ của mẫu vật - Đánh giá phổ đã ghi về mặt định tính và định lượng  Các nguồn kích thích trong phép đo AES 1 Ngọn lửa đèn kh

ÔN TẬP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ

Câu 1: Nội dung cơ bản của định luật hấp thụ Lambert-Beer 3 tính chất của A và epsilon Các dạng bài tập ứng dụng phương pháp đường chuẩn và thêm chuẩn, áp dụng định luật Lambert Beer.

- Định luật Lambert-Beer: Khi chiếu chùm sáng qua dung dịch chất hấp thụ ánh sáng thì chất đó sẽ hấp thụ chọn lọc tia sáng, tùy màu sắc của dung dịch Hay nói cách khác giũa màu sắc dung dịch và khả năng hấp thụ các tia sáng

có mối liên hệ với nhau

- 3 tính chất của A (độ hấp thụ quang)

+ Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào bước sóng

+ Sự phụ thuộc A vào nồng độ C

+ Tính chất cộng tính của độ hấp thụ quang

- Tính chất của ε (Hệ số hấp thụ mol)

ε đặc trưng cho bản chất hấp thụ ánh sáng, chỉ phụ thuộc vào bước sóng ánh

sáng tới, được xem là tiêu chuẩn khách quan quan trọng nhất đánh giá độ nhạy của phép đo quang

Câu 2: Cấu tạo của thiết bị đo phổ hấp thụ phân tử UV-VIS.

 Hệ máy 1 chùm tia

 Hệ máy 2 chùm tia

Câu 3: Nguyên tắc phép đo quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) Nêu rõ các nguồn kích thích trong phép đo quang phổ phát xạ

nguyên tử.

 Nguyên tắc đo

- Chuyển mẫu phân tích thành hơi và trạng thái nguyên tử tự do (quá trình hóa hơi, nguyên tử hóa mẫu)

- Kích thích đám hơi nguyên tử tự do phát tia bức xạ

- Sử dụng hệ quang học thu, phân ly và ghi toàn bộ phổ phát xạ của mẫu vật

- Đánh giá phổ đã ghi về mặt định tính và định lượng

 Các nguồn kích thích trong phép đo AES

(1) Ngọn lửa đèn khí

Đặc điểm: nhiệt độ 1700-3200oC, cấu tạo đơn giản, ổn định

Nhiệt độ ngọn lửa phụ thuộc vào bản chất và thành phần khí

(2) Hồ quang điện

Nhiệt độ của hồ quang điện nằm trong vùng 3500-6000oC

Nhiệt độ phụ thuộc vào bản chất vật liệu làm điện cực

Nguồn kích thích cho độ nhạy cao

Hồ quang điện xoay chiều cho kết quả ổn định hơn

(3) Tia lửa điện

Tia lửa điện là nguồn kích thích phổ có năng lượng tương đối cao, nhiệt độ

4000-6000oC, ổn định, độ lặp lại cao, nhưng độ nhạy kém hơn hồ quang điện

Yếu tố quyết định nhiệt độ của vùng phát tia lửa điện là mật độ dòng lúc xảy ra sự phóng điện giữa hai điện cực

(4) Plasma cao tần cảm ứng

Nguồn năng lượng có nhiệt độ cao Nhiệt độ ở tầm 6000-10000oC, hóa hơi và nguyên tử hóa hoàn toàn mọi trạng thái vật liệu mẫu với hiệu suất cao Các hợp chất bền nhiệt cũng bị hóa hơi và phân ly thành nguyên tử tự do

Câu 4: Nguyên tắc phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).

- Chuyển các nguyên tố phân tích thành đám hơi nguyên tử tự do

- Chiếu chùm bức xạ có bước sóng đúng với bước sóng mà chúng có thể phát

ra khi ở trạng thái kích thích → các nguyên tử sẽ hấp thụ bức xạ đó → tạo phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố

- Đo độ hấp thụ quang sẽ xác định được C

A = kC

Câu 5: Sơ đồ khối hệ thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử.

Câu 6: Kĩ thuật nguyên tử hoá ngọn lửa và kĩ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa trong phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.

1 Kĩ thuật nguyên tử hoá ngọn lửa (F-AAS)

 Yêu cầu:

- Nóng đều mẫu

- Hóa hơi và nguyên tử hóa hiệu suất cao, nhiệt độ ngọn lửa đủ lớn, điều chỉnh được, ổn định theo thời gian

- Ngọn lửa thuần khiết

- Có bề dày đủ lớn để tăng độ nhạy của phép đo

- Tiêu tốn ít mẫu

 Quá trình phụ thuộc vào:

- Nhiệt độ ngọn lửa

- Bản chất mẫu và thành phần mẫu

- Chất phụ gia

 Các quá trình xảy ra trong ngọn lửa

- Aerosol hoá: phun dung dịch mẫu thành các hạt như sương mù

- Bay hơi dung môi tạo các hạt rắn nhỏ

- Hoá hơi và nguyên tử hoá

- Hấp thụ bức xạ và tạo phổ

 Nguyên tắc

Dùng năng lựong nhiệt của dòng điện rất cao (300-500A) để đốt nóng tức khắc cuvet graphit chứa mẫu phân tích nguyên tử hoá mẫu cho phép đo AAS (hay

thuyền đặt trong cuvet graphit)

 Đặc điểm

+ Mẫu để trong cuvet graphit hay thuyền Tantan

+ Quá trình nguyên tử hoá diễn ra theo 3 giai đoạn chính, kế tiếp nhau

+ Xảy ra trong môi trường khí trơ Ar, He, N

+ Nhiệt độ cao (2000-3000oC)

+ Thời gian nguyên tử hoá ngắn (từ 3-5s)

+ Phép đo có độ nhạy cao (0,1 -10 ppb)

+ Lượng mẫu nhỏ (10- 50 μL) cho 1 lần đo.

 Các quá trình xảy ra với kĩ thuật không ngọn lửa:

- Sấy khô mẫu: nhiệt độ 100-150oC, thời gian 25-40s

- Tro hóa luyện mẫu: nhiệt độ 400-1500oC, thời gian 30-60s

Nhiệt độ tro hóa phụ thuộc vào bản chất mỗi nguyên tố, dạng hợp chất mà nguyên

tố đó tồn tại, cũng như nền mẫu

- Nguyên tử hóa mẫu: Giai đoạn cuối cùng của phép đo

Thời gian rất ngắn, 3-6s

Tốc độ tăng nhiệt độ rất lớn 1800-2500oC/s

Nhiệt độ nguyên tử hóa phụ thuộc vào bản chất mỗi nguyên tố, ở mức độ nhất định phụ thuộc vào trạng thái và thành phần mẫu, nhất là nền mẫu

- Làm sạch cuvet: nhiệt độ làm sạch cuvet được nâng cao hơn nhiệt độ nguyên

tử hóa để hóa hơi hoàn toàn lượng vết nguyên tố xác định dính ở thành cuvet

Câu 7: Nguyên tắc của các phương pháp cực phổ, von-ampe Các đại lượng đặc trưng của sóng cực phổ Điện cực giọt thuỷ ngân Cấu tạo Ưu nhược điểm.

1 Nguyên tắc của các phương pháp cực phổ, von-ampe

Phương pháp cực phổ sử dụng điện áp phân cực một chiều đối với điện cực giọt thuỷ ngân biến thiên tuyến tính với thời gian để nghiên cứu các quá trình khử cực của các chất điện hoạt (chất phân tích) trên điện cực đó

2 Các đại lượng đặc trưng của sóng cực phổ

- E1/2 : Thế ứng với nửa chiều cao của sóng cực phổ

- Igh: Dòng giới hạn khuếch tán, tức là chiều cao của sóng cực phổ tỉ lệ thuận với nồng độ của chất khử cực trong dung dịch: Igh = K C

3 Điện cực giọt thuỷ ngân

 Cấu tạo

Điện cực thủy ngân gồm mao quản bằng thuỷ tinh có chiều dài khoảng 10 đến 15cm, với đường kính lỗ khoảng 0,03 đến 0,08 mm, cung cấp những giọt Hg đường kính khoảng 1mm nhỏ đều đặn đồng thời để thực hiện phản ứng điện hóa trên đó

 Ưu điểm

- Điện cực luôn sạch: giọt rơi liên tục với tốc độ đều nên bề mặt giọt luôn

luôn được đổi mới và bề mặt giọt không bị bẩn bởi sản phẩm của phản ứng điện cực, dòng điện phân đo được vì vậy sẽ rất ổn định

- Đối tượng áp dụng rộng: Quá thế của hidro trên điện cực Hg rất lớn, khoảng

thế ghiên cứu rộng (từ +0,25V đến -2V tuỳ thuộc môi trường và chất điện li) nên phương pháp cho khả năng xác định một lượng lớn các chất vô cơ cũng như hữu cơ

- Kết quả đo chính xác, độ lặp lại cao: Kích thước của giọt rất nhỏ, nên diện

tích bề mặt rất nhỏ vì vậy lượng chất bị giảm nồng độ theo thời gian thực tế không xảy ra Kết quả đo có ổn định và chính xác

- Kết cấu gọn nhẹ: Điện cực có kích thước khá nhỏ, nên việc thiết kế các bình

điện phân thể tích nhỏ, ứng dụng rất tốt trong các phương pháp vi phân tích

Câu 8: Các loại dòng điện trong phương pháp cực phổ von-ampe Dòng khuếch tán đến điện cực giọt thuỷ ngân Phương trình

Ilkovich.

 Các loại dòng điện trong phương pháp cực phổ von-ampe: khuếch tán, điện

di chuyển và đối lưu

 Khuếch tán chất đến điện cực giọt Hg là sự khuếch tán động đến điện cực hình cầu có kích thước thay đổi theo thời gian, nên đó vừa là sự khuếch tán động vừa là sự khuếch tán đối lưu

 Phương trình Ilkovich:

Ikt = 0,732.n.F.D1/2.m2/3.t1/6.(C0-C +), trong đó

- C0 là nồng độ chất khử cực trong lòng dung dịch, mol/cm3

- C+ là nồng độ của nó trên bề mặt điện cực (mol/cm3)

- D là hệ số khuyếch tán, cm2/s

- m là tốc độ chảy của thủy ngân, giọt/s

- t là chu kỳ giọt, s

- n là số e trao đổi

Với dòng giới hạn khuếch tán thì C+ = 0, ta có phương trình dòng giới hạn khuếch tán: Ighkt = 0,732.n.F.D1/2.m2/3.t1/6.Co

Ilkovic đã đưa ra dòng trung bình:

Īghkt = 0,627.n.F.D1/2.m2/3.t11/6 C0 =K.C

Câu 9: Nguyên tắc phương pháp tách sắc kí Phân loại các phương pháp sắc kí Các đại lượng đặc trưng sử dụng trong phương pháp sắc kí.

1 Nguyên tắc phương pháp tách sắc kí

Tách riêng từng chất sau đó xác định hàm lượng các chất bằng cách đo mật thụ quang của các chất

2 Phân loại các phương pháp sắc kí

 Theo pha động

- Sắc kí khí: pha động là khí

- Sắc kí lỏng: pha động là lỏng

- Sắc kí chất lỏng siêu tới hạn: CO2 lỏng

 Theo cơ chế:

- Sắc kí hấp phụ

- Sắc kí phân bố

- Sắc kí ion

- Sắc kí rây phân tử

 Theo không gian:

- Sắc kí cột

- Sắc kí lớp mỏng

- Sắc kí giấy

3 Các đại lượng đặc trưng sử dụng trong phương pháp sắc kí

- Thời gian lưu (tR) : tính từ lúc bắt đầu bơm mẫu vào đầu cột tới khi pic đạt giá trị cực đại

- Thời gian trống (chết): tm (đối với các cấu tử không bị lưu giữ trên cột)

- Thời gian lưu hiệu chỉnh: tR’ = tR -tm

- Thể tích lưu: VR = F.tR

F: tốc độ chảy của pha động

- Thể tích lưu hiệu chỉnh: VR’ = F.tR’

Câu 10: Thuyết đĩa lí thuyết Thuyết tốc độ Phương trình

Van-Deemter Các cách làm tăng độ phân giải của phép tách sắc kí.

1 Thuyết đĩa lí thuyết

- Đĩa lý thuyết: Chia cột thành nhiều phần nhỏ, tại đó có cân bằng phân bố của chất phân tích giữa pha động và pha tĩnh

- Hiệu suất cột được quyết định bởi số đĩa lý thuyết: số đĩa lý thuyết càng lớn, hiệu suất tách càng lớn

2 Thuyết tốc độ

Các yếu tố như đường kính hạt nhồi, kỹ thuật nạp cột và các yếu tố tốc độ của pha động, hệ số khuếch tán của chất phân tích trong pha động và pha tĩnh ảnh hưởng nhiều đến sự dãn rộng vùng chất phân tích hay độ rộng của pic thu được

Chiều cao đĩa lý thuyết H, được hình thành do 3 thành phần H1, H2, H3:

H = H1 + H2 +H3

3 Phương trình Van-Deemter

4 Các cách làm tăng độ phân giải của phép tách sắc kí a) Độ phân giải

R>1,5 => tách tốt

b) Các cách để tăng độ phân giải

 Thay đổi cấu trúc cột

- Tăng chiều dài cột

- Giảm kích thước hạt nhồi

- Thay đổi pha tĩnh

- Giảm đường kính cột

 Tối ưu vận hành cột:

- Chỉnh tốc độ pha động tối ưu (ứng với H nhỏ nhất)

- Giảm nhiệt độ cột (với GC)

- Thay đổi thành phần pha động (với LC)

Câu 11: Nguyên tắc lựa chọn pha tĩnh trong sắc kí khí và sắc kí lỏng.

- Chọn theo nguyên tắc: các chất tương tự nhau sẽ hòa tan vào nhau

Chất phân cực: pha tĩnh phân cực

Chất phân tích không phân cực: pha tĩnh không phân cực

- Ít bay hơi, không phân hủy ở nhiệt độ ̣làm việc của cột

- Không có phản ứng bất thuận nghịch giữa chất phân tích và pha tĩnh cũng như khí mang

Câu 12: Các loại cột tách trong sắc kí khí và sắc kí lỏng (cột nhồi, cột mao quản).

 Sắc kí khí

 Sắc kí lỏng

Loại 1: Cột nhồi

Ống thép không rỉ, đường kính 2.1 - 4.6 mm; chiều dài: 30- 300 mm

Bên trong nhồi hạt silica xốp, đường kính 3-10 μm

Hiệu suất tách: 40 000 - 60 000 đĩa lý thuyết/m

Loại 2: Cột mao quản

Silica nung chảy, đường kính trong: 44-200 μm; chiều dài: 50-250 mm

Bên trong nhồi hạt silica xốp, đường kính hạt 3-5 μm

Hiệu suất tách: 250000 đĩa lý thuyết

Câu 13: Nguyên tắc làm việc, khả năng ứng dụng và độ nhạy của detector FID, ECD, NPD, MS trong phuơng pháp sắc kí khí Vai trò của nhiệt độ trong sắc kí khí.

1 Các detecter

khi bị đốt cháy trong ngọn lửa

sẽ bị ion hóa tạo điện tử và các ion.

+ Đặt một điện trường đủ lớn → tạo dòng điện, tỷ

lệ với lượng chất phân tích.

+ Các electron trong detector ion hóa pha động → Tạo dòng điện + Chất phân tích

có khả năng bắt giữ điện tử → giảm nồng độ electron → giảm dòng điện

Các hợp chất được đốt cháy trong plasma bao quanh một hạt rubidi được cung cấp hydro

và không khí

Các hợp chất chứa nitơ và photpho tạo ra các ion bị hút vào bộ thu Số lượng các ion đập vào bộ thu được đo và một tín hiệu được tạo ra.

+ Ion hóa chất phân tích thành những mảnh nhỏ + Tách các mảnh nhỏ bằng điện trường hoặc từ trường

Khả năng ứng

dụng Làm việc được với hầu hết các

hợp chất hữu cơ (Hợp chất có

Rất nhạy với các hợp chất có nhóm ái điện tử:

halogen, nitro.

Các hợp chất chứa nitơ và photpho

Detecter vạn năng

liên kết C-H

Phản ứng kém đối với một số chất hữu cơ không chứa hydro)

Độ nhạy

(giới hạn phát

hiện càng thấp

thì detecter càng

nhạy)

Giới hạn phát hiện tương đối thấp (0,1-10 ng)

Giới hạn phát hiện thấp: 0,1-10

pg (các hợp chất halogen hóa);

1-100 pg (nitrat);

0,1-1 ng (cacbonyl)

hiện thấp

2 Vai trò của nhiệt độ trong sắc kí khí

- Rất quan trọng đối với sắc kí khí

+ Thời gian lưu và thể tích lưu giảm khi tăng nhiệt độ

+ Độ phân giải (R) giảm khi tăng nhiệt độ

+ Hệ số tách thay đổi khi tăng nhiệt độ (thường là giảm)

+ Hiệu lực của cột tách tăng nhẹ (số đĩa lý thuyết tăng)

- Chế độ đẳng nhiệt: nhiệt độ không đổi và thấp hơn một chút so với nhiệt độ sôi của cấu tử tan

- Chế độ chương trình nhiệt độ: trong trường hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá khác nhau Ban đầu đặt nhiệt độ không đổi với cấu tử có nhiệt độ sôi thấp sau đó tăng nhiệt độ lên gần nhiệt đô sôi của cấu tử có nhiệt độ sôi cao

Câu 14: Phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) Nguyên tắc Sơ đồ khối hệ thiết bị.

 Nguyên tắc

- Mẫu ở dạng lỏng được bơm vào pha động lỏng

- Tách dựa trên sự phân bố khác nhau của chất phân tích giữa pha tĩnh và pha động

- Cần áp suất cao để đẩy dung môi qua cột

 Thiết bị

Câu 15: Khái niệm sắc kí lỏng pha thường và pha đảo Vai trò của dung môi trong sắc kí lỏng.

1 Sắc kí lỏng pha thường và pha đảo

Tùy thuộc vào gốc R pha tĩnh có thể có các tính chất khác nhau

- Nếu R chứa nhóm chức phân cực (cyano, amino, diol, ) → pha tĩnh là phân cực, pha động không phân cực hoặc ít phân cực: sắc kí pha thường

- Nếu R không phân cực (n-octyl C8 hoặc n- octyldecyl C18) → pha tĩnh không phân cực, pha động phân cực: sắc kí pha đảo

Sắc kí pha đảo được sử dụng phổ biến hơn nhiều so với sắc kí pha thường

2 Vai trò của dung môi trong sắc kí lỏng

Tách các chất theo nguyên tắc các chất tương tự nhau sẽ hòa tan vào nhau

- Trong săc ký pha thường, pha động là dung môi kỵ nước như hexan, n-heptan, benzen, cloroform, tetrachlorocarbon Nói chung pha động dung môi không phân cực hay ít phân cực.Do hạn chế về tính kỵ nước của hệ pha thường nên ít sử dụng trong thực tế

- Trong sắc ký pha đảo, pha động là hệ dung môi phân cực, nó là dung môi tan được trong nước, trong nhiều trường hợp nước lại là một thành phần chính của pha động Dung môi phố biến trong hệ pha đảo là metanol, axetonitril hay hỗn hợp metanol -nước, axetonitril – nước, axeton-nước