PTTP_Chương 2_Các phương pháp đo quang (1)

Volumetric Analysis 1 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐO QUANG 1 Phân loại phương pháp 2 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV VIS) 3 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 4 Phương pháp quang phổ phá[.]

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐO QUANG

1 Phân loại phương pháp

2 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS)

3 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

4 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES)

1 PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP

 Ví dụ 1: xác định hàm lượng ion Fe 3+ dùng phản ứng:

Fe3+ + 6 SCN-  [Fe(SCN)6]

 Đo độ hấp thụ quang của chất màu ở 490 nm  Hàm lượng Fe 3+

 Ví dụ 2: xác định hàm lượng đường saccharose bằng phân cực kế:

Đo sự giao động của góc quay bằng phương pháp cân bằng điểm khôngquang học  Phương pháp không quang phổ

 Phương pháp quang phổ

 Phương pháp đo quang: Dựa trên sự tương tác của chất cần phân tích với bức xạ điện từ (ánh sang) hoặc sự phát ra bức xạ điện từ của chấtcần xác định

2 PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ (UV-VIS)

 Một số ví dụ thực tế:

có bước sóng nằm trong vùng UV-VIS tạo ra.

2 PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ (UV-VIS)

 Phổ UV-VIS là phổ giải Cực đại và cựctiểu của phổ là những vùng sóng  xácđịnh tùy theo cấu trúc và liên kết của phân

tử hay nhóm nguyên tử có trong hợp chất

 Định tính

 Định lượng

 Định luật Buguer – Lambert – Berr

- Chiếu chùm tia sáng đơn sắc có bước sóng xác định, vào một môi trườngđồng nhất có chiều dày l (cm), nồng độ C:

- Theo định luật bảo toàn năng lượng, ta có:

Io = I + Ih

2.1 Định luật Buguer – Lambert – Berr

- Không đo được Ih, đo được I0 và I Giữa I0, I, l, C

có mối quan hệ được biểu diễn bằng định luậtBuguer – Lambert – Berr:

I

Io = 10

−ε.l.C

→ A = ε l C

 : hệ số hấp thụ, phụ thuộc vào bản chất của chất và 

l: chiều dày của tầng hấp thụ ánh sáng, đo bằng cm C: nồng độ chất hấp thụ, có thể là nồng độ M, %, mg/ml… (trừ nồng độ molan)

 Nội dung: Độ hấp thụ quang của dung dịch hấp thụ ánh sáng tỉ lệ thuận với chiều dày của tầng hấp thụ và nồng độ chất có trong tầng đó

 Độ chính xác của máy đo cao nhất khi A = 0,4343

 Đo A trong khoảng 0,15 – 0,8: Sai số đo nhỏ

2.1 Định luật Buguer – Lambert – Berr

Ví dụ 1: Dung dịch kali permenganat (C = 1,28.10-4 mol/l) có độ truyền qua

là 0,5 ở bước sóng 525 nm nếu sử dụng cuvet có chiều dày 10 mm

a Tính hệ số hấp thụ phân tử của dung dịch permanganat tại bước sóngnày Có C, T, l  tính  CT: A = .l.C và A= lg(1/T)  tính được 

b Nếu tăng nồng độ lên gấp đôi, hãy tính độ hấp thụ quang và độ truyềnqua của dung dịch mới này C’ = 2C, l = const,  = const  A’ =???  T’=??

Ví dụ 2: Độ truyền qua của một dung dịch là 35,0 % Tính độ truyền qua

của dung dịch này nếu pha loãng dung dịch từ 25,0 ml thành dung dịch50,0 ml

A = .l.C

A = lg(1/T)

2.1 Định luật Buguer – Lambert – Berr

Ví dụ 2: Độ truyền qua của một dung dịch là 35,0 % Tính độ truyền qua

của dung dịch này nếu pha loãng dung dịch từ 25,0 ml thành dung dịch50,0 ml

T = 0,35  A = ???

Pha loãng từ 25 ml thành 50 ml  C’ = (1/2)C  A’ = (1/2)A  T’ =

A = .l.C

A = lg(1/T)

2.1 Định luật Buguer – Lambert – Beer

Ví dụ 3: Một dung dịch có độ truyền qua là 85,0% khi đo bằng cuvet có

chiều dày 1,00 cm Tính độ truyền qua của dung dịch này khi sử dụng cuvet

có chiều dày 10,00 cm

Ví dụ 4: Một mẫu nước ô nhiễm chứa crom (M = 52 g/mol) ở nồng độ 0,1

ppm Để xác định hàm lượng của nó, người ta dựa vào phản ứng tạo phứccủa Cr6+ với diphenylcarbazit (max = 540 nm, max = 41700 l/mol.cm) Phải

sử dụng cuvet có chiều dày bao nhiêu (cm) để độ hấp thụ của dung dịchmẫu phân tích đạt giá trị 0,40

10  Tính chất của định luật Buguer-Lambert-Berr: tính cộng tính

- Tính cộng tính theo chiều dày của tầng hấp thụ màu:

A = lC = l1C +l2C + …+ lnC = Cn

i=1li,trong đó l = l1 + l2 + … + ln

- Tính cộng tính theo nồng độ chất hấp thụ màu:

A = lC = lC1 +lC2 + …+ lCn = ln

i=1Ci,trong đó C = C1 + C2 + … + Cn

2.1 Định luật Buguer – Lambert – Berr

Chất 1: Dung dịch màu đỏChất 2: Dung dịch màu vàng

 Dung dịch có màu da camTổng quát: Khi có n chất hấp thụ màu, phải đo A ở n bước sóng ứng với

max của từng chất màu, từ đó lập n phương trình độ hấp thụ quang A hỗnhợp

Chất 1 ở bước sóng cực đại 1: Ahh

1 = 1, 1.l.C1 + 2, 1lC2 + …+ n, 1lCnChất 2 ở bước sóng cực đại 2: Ahh

2 = 1, 2.l.C1 + 2, 2lC2 + …+ n, 2lCn

…Chất n ở bước sóng cự đại n: Ahh

n = 1, n.l.C1 + 2, nlC2 + …+ n, nlCn

 Giải hệ phương trình sẽ xác định được các nồng độ Ci

2.2.3 Tính chất của định luật Buguer – Lambert – Berr

Ví dụ 5: Để xác định nồng độ (mol/l) của hai chất màu A (Co(NO3)2) và B (Cr(NO3)3 trong dung dịch hỗn hợp, người ta tiến hành đo độ hấp thụ quang của dung dịch hỗn hợp và từng chất riêng biệt ở hai bước sóng 510 nm và 575 nm Giá trị độ hấp thụ đo được như sau: Chất màu A (C = 1,5.10 -1 mol/l) có độ hấp thụ là 0,714 ở 510 nm và 0,0097 ở 575 nm ; Chất màu B (C = 6,0.10 -2 mol/l) có

độ hấp thụ là 0,298 ở 510 nm và 0,757 ở 575 nm ; Dung dịch phân tích có độ hấp thụ là 0,40 ở 510 nm và 0,577 ở 575 nm Chiều dày cuvet bằng 1 cm.

a Tính 4 hệ số hấp thụ phân tử A(510), B(510), A(575) và B(575) Chất A: C = 1,5.10 -1 mol/l, A510 = 0,714, A575 = 0,0097, l = 1cm

A510 = 510.l.C  510 = ???

A575 = 575.l.C  575 = ???

b Tính nồng độ theo mol/l của hai chất A và B trong dung dịch hỗn hợp.

2.2.3 Tính chất của định luật Buguer – Lambert – Berr

Ví dụ 5: Để xác định nồng độ (mol/l) của hai chất màu A (Co(NO3)2) và B (Cr(NO3)3 trong dung dịch hỗn hợp, người ta tiến hành đo độ hấp thụ quang của dung dịch hỗn hợp và từng chất riêng biệt ở hai bước sóng 510 nm và 575 nm Giá trị độ hấp thụ đo được như sau: Chất màu A (C = 1,5.10 -1 mol/l) có độ hấp thụ là 0,714 ở 510 nm và 0,0097 ở 575 nm ; Chất màu B (C = 6,0.10 -2 mol/l) có

độ hấp thụ là 0,298 ở 510 nm và 0,757 ở 575 nm; Dung dịch phân tích có độ hấp thụ là 0,40 ở 510 nm và 0,577 ở 575 nm Chiều dày cuvet bằng 1 cm.

b Tính nồng độ theo mol/l của hai chất A và B trong dung dịch hỗn hợp.

A hh

510 = 0,40 = A,510 .l.CA + B,510 .l.CB

A hh

575 = 0,577 = A,575 .l.CA + B,575 .l.CB

2.1 Định luật Buguer – Lambert – Berr

Ví dụ 6: Đo A của dung dịch màu gồm 2 chất màu B và C tại 2 bước sóng 1 và

2 được các giá trị tương ứng là 0,35 và 0,48 Tính nồng độ dung dịch theo mol/l của hai chất B, C Biết: với cuvet 1cm, dung dịch 2.10 -4 M của chất B có A1 = 0,22, A2 = 0,64 và dung dịch 2.10 -4 M của chất C có A1 = 0,46, A2 = 0,34 (Đáp số: CB = 9,27.10 -5 M, CC = 1,08.10 -4 M).

15  Điều kiện áp dụng định luật Buguer – Lambert – Berr:

- Ánh sáng đi qua dung dịch màu là ánh sáng đơn sắc

- Khoảng nồng độ phải thích hợp

- Dung dich màu là dung dịch thật (trong suốt)

- Điều kiện đo là thống nhất ở mọi mẫu

- Không pha loãng dung dịch màu

2.1 Định luật Buguer – Lambert – Berr

- Chỉ tồn tại một phức chất màu duy nhất giữa chất xác định và thuốc thử

- Phức chất màu phải bền với thời gian để kịp đo độ hấp thụ quang  từ

5 đến 10 phút

2.1 Định luật Buguer – Lambert – Berr

xử lí tín hiệu

2.2 Máy quang phổ UV-VIS (đọc thêm)

-  > 320 nm: Đèn dây tóc wonfram hoặc đèn halogen

- UV: Đèn Deuteri (D2),  < 350 nm

 Nguồn sáng:

- Vai trò: Cung cấp bức xạ điện từ

2.2 Máy quang phổ UV-VIS (đọc thêm)

 Bộ phận đơn sắc hóa

Máy làm việc cả trong tử ngoại: vật liệu làm lăng kính không hấp thụ tửngoại (thạch anh)

2.2 Máy quang phổ UV-VIS (đọc thêm)

- Detector:

- Tế bào quang điện (photocell),

- Ống nhân quang (photomultivlers),

- Mảng diod (diod array)

 Bộ phận tiếp nhận và xử lí tín hiệu (Detector)

- Tín hiệu quang  detector được chuyển thành tín hiệu điện  bộ phậnkhuếch đại  chuyển đến máy ghi (recorder): vẽ phổ, chuyển vào máy tính

để xử lí tiếp và lưu lại các dữ liệu  đồng thời phổ được dựng và in ra quamáy in hay máy vẽ

2.2 Máy quang phổ UV-VIS (đọc thêm)

21  Buồng đo và cuvet:

- Buồng đo: buồng kín đặt ống chứa dung dịch phân tích

- Cuvet: thủy tinh hay nhựa trong suốt

2.2 Máy quang phổ UV-VIS (đọc thêm)

- Cấu tạo buồng đo: máy 1 chùm tia hoặc 2 chùm tia

Sơ đồ quang của máy quang phổ một chùm tia 2.2 Máy quang phổ UV-VIS (đọc thêm)

Sơ đồ quang của máy quang phổ hai chùm tia 2.2 Máy quang phổ UV-VIS (đọc thêm)

- Chọn khoảng nồng độ thích hợp (khoảng tuyến tính)

- Chọn điều kiện thích hợp (pH, dung môi…)

25 2.3.1 Định lượng dung dịch một thành phần

 Phương pháp đường chuẩn

 Phương pháp thêm chuẩn

2.3 Ứng dụng phương pháp phổ UV-VIS

Ví dụ 8: Một chất X có cực đại hấp thụ tại 350 nm Nồng độ chất X trong dung

dịch A được xác định như sau :

- Lấy 5,00 ml dung dịch A pha loãng bằng nước cất vừa đủ 100,00 ml Đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 350 nm, với cuvet 1 cm, được giá trị A1 là 0,264.

- Làm tương tự trên nhưng thêm 10,00 ml dung dịch của chất X có nồng độ 10

-2 % trước khi định mức đủ 100,00 ml Đo độ hấp thụ quang như trên được giá trị

A2 là 0,308.

Tính nồng độ (%) của X trong dung dịch A.

A = .l.C

A = lg(1/T)

2.3 Ứng dụng phương pháp phổ UV-VIS

Ví dụ 8: Một chất X có cực đại hấp thụ tại 350 nm Nồng độ chất X trong dung dịch A

được xác định như sau :

- Lấy 5,00 ml dung dịch A pha loãng bằng nước cất vừa đủ 100,00 ml Đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 350 nm, với cuvet 1 cm, được giá trị A1 là 0,264.

- Làm tương tự trên nhưng thêm 10,00 ml dung dịch của chất X có nồng độ 10 -2 % trước khi định mức đủ 100,00 ml Đo độ hấp thụ quang như trên được giá trị A2 là 0,308.

Tính nồng độ (%) của X trong dung dịch A.

Ta có: Apt = A1 = 0,264 =  l.Cpt (1)

A2 = Apt + Atc  Atc = 0,308 – 0,264 = 0,044 =  l.Ctc (2)

Từ (1) và (2) ta có: (Cpt/Ctc) = (Apt/Atc)  Cpt = (0,264x10 -3 /0,044) = 6.10 -3 % Vậy nồng độ phần trăm của chất X trong dung dịch A là:

C%X trong mẫu = (6.10 -3 100)/5 = 0,12 %

A = .l.C

A = lg(1/T)

2.3 Ứng dụng phương pháp phổ UV-VIS

Ví dụ 9: Nồng độ của ion Cu2+ có thể được xác định bằng phản ứng của nó với thuốc thử cuprizone và đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 606 nm bằng cuvet có chiều dày 1 cm Lấy 5,00 ml dung dịch mẫu, tạo phức với thuốc thử cuprizone và định mức vừa đủ 10,00 ml Đo độ hấp thụ quang của dung dịch này được giá trị

A1 là 0,118 Làm tương tự trên nhưng thêm 1,00 ml dung dịch tiêu chuẩn ion Cu 2+

có nồng độ 20,00 mg/l trước khi tạo phức với thuốc thử cuprizone, sau đó định mức vừa đủ 10,00 ml Đo độ hấp thụ quang như trên được giá trị A2 là 0,162 Tính nồng độ ion Cu 2+ (mg/l) trong dung dịch mẫu.

a Tính cộng tính của độ hấp thụ quang và nguyên tắc định lượng nhiều thành phần

 Độ hấp thụ quang có tính chất cộng tính nên dung dịch mà chứa nhiềuchất tan khác nhau thì độ hấp thụ tổng cộng sẽ là tổng của độ hấp thụcủa các chất:

Atổng = A1 + A2 + A3 +

 Để định lượng từng chất trong dung dịch của nhiều chất, phải tiến hànhloại bỏ ảnh hưởng của các chất khác đối với chất cần khảo sát

2.3.2 Định lượng dung dịch nhiều thành phần

b Đo quang hỗn hợp tại nhiều bước sóng

Tổng quát: Khi có n chất hấp thụ màu, phải đo A ở n bước sóng ứng với

max của từng chất màu, từ đó lập n phương trình độ hấp thụ quang A

Chất 1 ở bước sóng cự đại 1: Ahh

1 = 1, 1.l.C1 + 2, 1lC2 + …+ n, 1lCnChất 2 ở bước sóng cự đại 2: Ahh

2 = 1, 2.l.C1 + 2, 2lC2 + …+ n, 2lCn

…Chất n ở bước sóng cự đại n: Ahh

n = 1, n.l.C1 + 2, nlC2 + …+ n, nlCn

 Giải hệ phương trình sẽ xác định được các nồng độ Ci

2.5 MỘT SỐ ỨNG DỤNG PP UV-VIS TRONG KIỂM NGHIỆM THỰC PHẨM

2.5.1 Hàm lượng polyphenol tổng số trong chè - TCVN 9745-1:2013

- Nguyên tắc

- Dụng cụ, hóa chất

- Qui trình phân tích

- Tính toán kết quả

2.5 MỘT SỐ ỨNG DỤNG PP UV-VIS TRONG KIỂM NGHIỆM THỰC PHẨM

2.5.2 Hàm lượng anthocyanin tổng số trong đồ uống- TCVN 11028:2015

- Nguyên tắc

- Dụng cụ, hóa chất

- Qui trình phân tích

- Tính toán kết quả

2.5 MỘT SỐ ỨNG DỤNG PP UV-VIS TRONG KIỂM NGHIỆM THỰC PHẨM

2.5.3 Hàm lượng sắt trong chè đen theo bài báo “Spectrophotometric determination of total iron content in black tea”

- Nguyên tắc

- Dụng cụ, hóa chất

- Qui trình phân tích

- Tính toán kết quả

2.5 MỘT SỐ ỨNG DỤNG PP UV-VIS TRONG KIỂM NGHIỆM THỰC PHẨM

2.5.3 Hàm lượng sắt trong chè đen theo bài báo “Spectrophotometric determination of total iron content in black tea”

- Nguyên tắcMẫu chè chứa Fe  dung dịch Fe3+  [Fe(SCN)6]3- đỏ máu

- Dụng cụ, hóa chất+ Hóa chất để phá mẫu  dung dịch Fe3+: hỗn hợp axit H2SO4 và HNO3 đặc+ Hóa chất tạo phức [Fe(SCN)6]3-: dung dịch KSCN 5M

+ Hóa chất: dùng làm chất chuẩn: FeCl3

2.5 MỘT SỐ ỨNG DỤNG PP UV-VIS TRONG KIỂM NGHIỆM THỰC PHẨM

2.5.3 Hàm lượng sắt trong chè đen theo bài báo “Spectrophotometric determination of total iron content in black tea”

- Qui trình phân tích + 1,0 gam mẫu chè + hh axit đặc  lọc  định mức dung dịch bằng hh HNO3/HCl 0,05 M đến thể tích 100 ml

+ Pha dung dịch chuẩn: 20 mg FeCl3  100 ml: 0,0012 M + Pha dãy chuẩn:

2.5 MỘT SỐ ỨNG DỤNG PP UV-VIS TRONG KIỂM NGHIỆM THỰC PHẨM

2.5.3 Hàm lượng sắt trong chè đen theo bài báo “Spectrophotometric determination of total iron content in black tea”

- Qui trình phân tích + 1,0 gam mẫu chè + hh axit đặc  lọc  định mức dung dịch bằng hh HNO3/HCl 0,05 M đến thể tích 100 ml

+ Pha dung dịch chuẩn: 20 mg FeCl3  100 ml: 0,0012 M + Pha và đo dãy chuẩn

+ Pha loãng dung dịch phân tích sao cho tín hiệu đo nằm trong thang chuẩn, lớn hơn LOQ của phương pháp.

+ Tạo phức và đo dung dịch phân tích

2.5 MỘT SỐ ỨNG DỤNG PP UV-VIS TRONG KIỂM NGHIỆM THỰC PHẨM

2.5.3 Hàm lượng sắt trong chè đen theo bài báo “Spectrophotometric determination of total iron content in black tea”

- Tính toán kết quả + Xây dựng đường chuẩn + Tính hàm lượng Fe trong mẫu theo đường chuẩn

38 1 Xác định hệ số hấp thụ ánh sáng  của chất màu A, đã đo độ hấp thụ quang của

2 dung dịch chất màu A có nồng độ C1 = 10 -4 M với cuvet 5 cm được A = 0,60 và

có nồng độ C2 = 4 10 -4 M được A = 0,48 với cuvet 1cm Hỏi:  có phụ thuộc vào cuvet và nồng độ chất màu không? (Đáp số: không).

2 Độ hấp thụ quang của hai dung dịch phức của ion Cu 2+ với NH3 có nồng độ C1,

C2 được đo ở cùng bước sóng trong hai cuvet có độ dày l1, l2 (l1  l2) Hai dung dịch này có cùng độ hấp thụ quang khi nào? (Đáp số: C1 = l2C2/l1).

4 Độ truyền qua của một dung dịch là 35,0% Tính độ truyền qua của dung dịch này nếu pha loãng dung dịch từ 25,0 ml thành dung dịch 50,0 ml (T = 0,59).

5 Một dung dịch có độ truyền qua là 85,0% khi đo bằng cuvet có chiều dài 1,00

cm Tính độ truyền qua của dung dịch này khi sử dụng cuvet có chiều dài 10,00

cm (T = 0,20).

BÀI TẬP

39 6. Để kiểm tra độ chính xác của một máy quang phổ tiến hành như sau: Chuẩn bị dung

dịch chuẩn K2Cr2O7 có nồng độ 60,06 ppm trong môi trường axit H2SO4 0,0050M Độ hấp thụ quang của dung dịch này với cuvet 1,00 cm ở bước sóng 350 nm là 0,640 Hãy tính hệ

số hấp thụ phân tử của K2Cr2O7 ở bước sóng này.

10 Để xác định nồng độ (mol/l) của hai chất màu A (Co(NO3)2) và B (Cr(NO3)3 trong dung dịch hỗn hợp, người ta tiến hành đo độ hấp thụ quang của dung dịch hỗn hợp và từng chất riêng biệt ở hai bước sóng 510 nm và 575 nm Giá trị độ hấp thụ đo được như sau : Chất màu A (C = 1,5.10 -1 mol/l) có độ hấp thụ là 0,714 ở 510 nm và 0,0097 ở 575 nm ; Chất màu

B (C = 6,0.10 -2 mol/l) có độ hấp thụ là 0,298 ở 510 nm và 0,757 ở 575 nm ; Dung dịch phân tích có độ hấp thụ là 0,40 ở 510 nm và 0,577 ở 575 nm.

a Tính 4 hệ số hấp thụ phân tử A(510), B(510), A(575) và B(575) ( A(510) = 4,76 ; B(510) = 4,967 ; A(575) = 0,647 ; B(575) = 12,617)

b Tính nồng độ theo mol/l của hai chất A và B trong dung dịch hỗn hợp (Đáp số CA = 1,2.10 -1 mol/l ; CB = 2.10 -2 mol/l).

BÀI TẬP

40 12 So màu xác định hàm lượng của Fe trong một mẫu nước thải công nghiệp với thuốc

thử o-phenanthroline bằng phương pháp dãy màu tiêu chuẩn, đã lấy vào các bình định

mức 100ml lần lượt 0,00; 1,00; 2,00; 3,00; 4,00 ml 10 -3 M dung dịch Fe 2+ Độ hấp thụ quang của các dung dịch màu tiêu chuẩn lần lượt là: 0,000; 0,183; 0,364; 0,546; 0,727 Xác định hàm lượng của Fe (mg/l) của mẫu, nếu biết độ hấp thụ quang của dung dịch màu làm từ dung dịch mẫu phân tích là 0,269.

BÀI TẬP

13 Cân 1g mẫu chứa ion PO43- rồi hoà tan thành 1000 ml dung dịch Lấy 2ml dung dịch này

để tạo màu xanh molybden thì đo được A = 0,40 Thang màu chuẩn có các trị số của A ứng với các hàm lượng của ion PO43- như sau:

Hãy tính: a Thành phần % của ion PO43- trong mẫu (Đáp số: 0,0125%).

b Tính sai số của phép đo, nếu biết rằng việc lập đường chuẩn mắc sai số

± 0,01 đơn vị độ hấp thụ quang.