Bài giảng phân tích thành phần thực phẩm phân tích công cụ

Nhóm các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý phương pháp công cụ - Các tín hiệu về phát xạ dùng trong phương pháp phổ xạ phát quang.... - Các tín hiệu về hấp thụ bức xạ phương pháp so

PHÂN TÍCH CÔNG CỤ

Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN

MỞ ĐẦU

1 Nhóm các phương pháp phân tích hóa học

2 Nhóm các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý (phương pháp công cụ)

- Các tín hiệu về phát xạ (dùng trong phương pháp phổ xạ phát quang )

- Các tín hiệu về hấp thụ bức xạ (phương pháp so màu, đo quang, cộng hưởng từ hạt nhân và cộng hưởng Spin electron)

- Các tín hiệu về tán xạ (phương pháp đo độ đục, quang phổ Raman)

- Các tín hiệu về khúc xạ (phương pháp đo khúc xạ, giao thoa)

ĐẶC TÍNH CỦA BỨC XẠ ĐIỆN TỪ

Bức xạ điện tử bao gồm: ánh sáng nhìn thấy, các tia tử ngoại, hồng ngoại, tia

Rơnghen (tia X), tia gama (γ), sóng radio… có bản chất 2 mặt: vừa có tính





Sóng vô tuyến

< 0,05 A 0 0,05 ÷ 100 A 0

10 ÷ 180 nm

180 ÷ 350 nm

350 ÷ 770 nm

770 ÷ 2500 µm 2,5 ÷ 50 µ m

50 ÷ 1000 µ m

1 ÷ 300 mm

> 300 mm

> 6.10 19 3.10 16 ÷ 6.10 19 1,7.10 15 ÷ 3.10 16 8,6 10 14 ÷ 1,7.10 15 3,9.10 14 ÷ 8,6 10 14 1,2.10 14 ÷ 3,9 10 14 6.10 12 ÷ 1,2 10 14 3.10 11 ÷ 6.10 12 1.10 9 ÷ 3.10 11

< 1.10 9

Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN

SƠ ĐỒ CHUNG CỦA THIẾT BỊ ĐO QUANG

I I I

I

Io = dm + pc + tx + ′

I I

Etf: năng lượng toàn phần của hệ phân tử

Ee: năng lượng liên quan đến chuyển động của điện tử

Ev: năng lượng liên quan đến chuyển động dao động

Ej: năng lượng liên quan đến chuyển động quay

Ee≥Ev≥Ej

Ee≈60 - 150 Kcal/mol

Ev≈ 1 - 10 Kcal/mol

E ≈0.01 - 0.1 Kcal/mol

2 Trạng thái dao động của phân tử

• Phân tử có 2 nguyên tử

Dao động điều hòa:

Dao động phi điều hòa:

x: hệ số phi điều hòa

1 1 1

m m

2

1

K h

2 2

2

2

1 4

1

2

• Phân tử có nhiều nguyên tử

– Dao động hóa trị (dao động co dãn liên kết)

– Dao động biến dạng (dao động biến hình)

3 Máy quang phổ hồng ngoại

• Nguồn sáng

Nguồn phát xạ Miền phổ (cm -1 ) Điều kiện phát xạ

Thanh Cacbon silic Thanh nén nec từ hỗn hợp:

ZrO2, CeO2, Y2O3ThO2Đèn sợi đốt Vonfram

Miền hồng ngoại gần và trung bình: 300 - 5000 Miền hồng ngoại gần và trung bình 400 – 5000 Miền hồng ngọai gần và miền nhìn thấy 2500 - 5000

1 1

1

log log log

I

I I

I I

I I

I I

4 Hiệu lực của định luật Lambert-Beer

• Tính đơn sắc của ánh sáng

• Ảnh hưởng của chỉ số khúc xạ và nhiệt độ dung dịch

• Tương tác của chất nghiên cứu với chất lạ và môi trường

6.2 Phương pháp đo độ hấp thụ

• Đối với 1 chât nghiên cứu

– Phương pháp đường chuẩn– Phương pháp thêm

– Phương pháp vi sai

• Đối với hỗn hợp chất nghiên cứu

– Trường hợp lý tưởng– Một trong hai chất ảnh hưởng đến chất kia– Trường hợp chung

• Bộ thu quang điện

Detector quang điện: Tế bào quang điện, ống nhân quang

– Xác định chất chống oxy hóa – Kim loại nặng

• Ứng dụng khác

– Dược phẩm – Môi trường – Y học

Hấp thụ

Chuyển dịch Stoc λ

!3

.303,2

!2

.303,2 303,2

3 3 2

c l I

k

c l I k

độ phân giải trung bình

5 Ứng dụng

• Định lượng chất vô cơ

trường

1 1

n n R



Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN

Với các hạt ion có 1 điện tử, với điện tích Z

Với hạt nhiều điện tử

n n R Z

−

∆+

2 2 1

n n

R Z



/2

v h

b

C a

I =

tinh, thạch anh, fluorin, muối mỏ…

nhân quang điện tử)

máy phát hồ quang Hệ tán sắc Bộ thu ánh sáng

Mỗi nguyên tố có 1 quang phổ phát xạ đặc trưng

• Phương pháp đo độ dài sóng

• So sánh với mẫu chuẩn đã biết trước thành phần

• Tìm vạch cuối cùng

5.3 Phân tích định lượng

• Quang phổ chụp ảnh(dùng kính ảnh)– Phương pháp so sánh độ đen (phương pháp đường chuẩn)

S = K.lgC + Ko– Phương pháp “cặp vạch phân tích” (pp nội chuẩn)

ΔS = Snc– Sss= k.lgC + ko

• Thiết bị quang điện(tế bào quang điện, nhân quang điện tử)

6 Các ứng dụng

• Luyện kim

• Địa chất, khai khoáng

• Môi trường, y sinh học, thực phẩm

• Nghiên cứu vũ trụ(phương pháp không thể thay thế được)

3 Thiết bị đo

3.1 Sơ đồ nguyên lý

Hệ thống phát bức xạ

Nguồn photon

Ngọn lửa

Bộ lọc tia đơn sắc Bộ thu

Nguồn nguyên tử

• Ion hóa bằng va chạm điện tử

• Ion hóa bằng trường điện tử

Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN

2.2 Máy khối phổ

1 Bộ nạp; 2 Buồng ion hóa; 3 Thấu kính đẩy; 4 Thấu kínhhội tụ (điện cực); 5 Khe vào buồng phân tích; 6 Bộ phận tíchtừ; 7 Khe ra; 8 Bộ thu; 9 Điện nghiệm; 10 Nhân điện từ; 11

Bộ ghi

R

2.

2

H e

V z m

3 Ion phân tử và ion phân tử đồng vị

Đa số các nguyên tố trong thiên nhiên gồm hỗn hợp nhiều đồngvị

Giả sử phân tử có 2 nguyên tố A và B mỗi nguyên tố có một sốđồng vị: A1, A2…Ai; B1, B2…Bjthành phần tương ứng củachúng trong thiên nhiên là a1, a2,…ai; b1, b2…bj Hệ số hóa họccủa A, B trong hợp chất là n và m (AnBm).Cường độ tương đốicủa các pic có thể được tính theo hệ thức:

(a1+ a2+ …ai)n(b1+ b2+…+ bj)m

Khai triển đa thức này cần chú ý tổ hợp các số hạng đồng nhất sẽcho ion cùng khối lượng và từ đó tính được cường độ tương đốicủa các pic

Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN

4 Năng suất phân giải R

Năng suất phân giải R của một máy khối phổ đo khả năng cóthể phân biệt hai pic ứng với khối lượng gần nhau nhất M và

∆

=

PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN THẾ

1 Đặc điểm chung của phương pháp

Phương pháp xác định nồng độ các ion dựa vào sự thay đổithế điện cực khi nhúng vào dung dịch phân tích

Phương trình NernstVới dung dịch loãng

Ở 25oC ta có

me

F n

T R E

.303,2+

=

me

F n

T R E

Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN

2 Điện cực dùng trong phương pháp điện thế

2.1 Điện cực chỉ thị

• Phương pháp kết tủa, tạo phức: điện cực Ag

• Phản ứng oxy hóa khử: điện cực trơ: Pt, Au, Pd, Ir

• Phản ứng trung hòa: điện cực Quinhydron, điện cực thủy tinh