9/13/2020 1 PHỔ ĐIỆN TỪ PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS atomic absorption spectrophotometry) Phân tử chất Hấp thu năng lượng Dịch chuyển điện tử Quay và dao động Nguyên tử khi hấp thu năng lượn[.]
Trang 1PHỔ ĐIỆN TỪ
PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ
(AAS: atomic absorption spectrophotometry)
Phân tử chất:
Hấp thu năng lượng:
- Dịch chuyển điện tử
Trang 2 Bản chất của quang phổ nguyên tử và ion
Sự chuyển dịch điện tử hóa trị giữa các vân
đạo của nguyên tử hay ion ↔ sự hấp thu và
phát xạ photon.
Kích hoạt (excitation): nhận năng lượng
(nhiệt, photon)
Phân rã (decay): giải phóng năng lượng
(photon)
Kích thích: a, b
Ion hóa: c
Ion hóa/kích thích: d
Phát xạ ion: e
Phát xạ nguyên tử: f, g, h
Năng lượng ↔ bước sóng (tần số)
ΔE = hν = hc/λ
Phổ nguyên tử: 160-860nm (UV-VIS)
UV-VIS phổ biến hơn phổ tia X, γ: đúng,
chính xác, linh hoạt, rẻ tiền.
• Bước sóng của bức xạ phát ra đặc trưng cho từng nguyên tố
• Một nguyên tố có thể có nhiều bước sóng do có nhiều buớc chuyển dời của điện tử giữa các mức năng lượng trong nguyên tử đó
• Quá trình kích thích và phân rã của nguyên tử xảy ra trong cả ba phuơng pháp phổ nguyên tử (AAS, AES
và AFS)
Trang 3• Các nguyên tử ở trạng thái kích họat đuợc tạo thành trong mơi
trường cĩ năng luợng, nhiệt độ cao.
• Các nguồn năng luợng: hồ quang điện, ngọn lửa, plasma
• Phổ phát xạ: đặc trưng, sử dụng phân tích định tính
• Các kỹ thuật phát xạ: cũng đuợc dùng trong phân tích định lượng.
• Ví dụ: quang kế ngọn lửa.
• AAS: đo sự suy giảm cường độ bức xạ tại một buớc sĩng đặc trưng bị hấp thu bởi một đám hơi nguyên tử tự do
• Cuờng độ hấp thu tỷ lệ với mật độ hơi đơn nguyên tử tỷ
lệ với nồng độ (trong một chừng mực nhất định) định lượng
• Dùng một nguồn bức xạ đặc biệt cung cấp 1 bức xạ ở một bước sĩng đặc trưng định lượng chọn lọc một nguyên tố khi cĩ mặt các nguyên tố khác.
1 Sự xuất hiện phổ nguyên tử :
• Điều kiện bình thường:
–Nguyên tử không hấp thụ hay phát xạ
nguyên tử ở trạng thái cơ bản
Khi ở trạng thái hơi nguyên tử
- Các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định
• - Nguyên tử nhận được năng lượng dưới dạng các tia bức xạ và chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản
Trang 42 Điều kiện để thu được phổ hấp thụ nguyên tử
Nguyên tử phải ở trạng thái hơi nguyên tử tự do
• Quá trình chuyển nguyên tử về trạng thái hơi nguyên tử tự do:quá trình nguyên tử hóa.
- Có chùm tia sáng với bước sóng thích hợp chiếu vào đám hơi nguyên tử
Có thiết bị ghi đo phổ thích hợp
14
3 Nguyên tử hóa mẫu phân tích :
• Giai đoạn quan trọng nhất của phép đo:
Số nguyên tử tự do trongtrạng thái hơi nguyên tử
quyết định cường độ vạch phổ hấp thụ
do từ mẫu phân tích với hiệu suất cao và ổn
định để phép đo đạt kết quả chính xác và độ
lập lại cao.
Nhiệt độ nguyên tử hóa:2000 – 6000oC
Kỹ thuật nguyên tử hóa :
Kỹ thuật ngọn lửa đèn khí :
+ Độnhạy không cao: 0.05 - 1ppm + 1700 – 31500C
Phổ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA:
(Flame _AAS)
Trang 5Quá trình nguyên tử hĩa tùy thuộc vào:
Nhiệt độ
Nhiệt độ của ngọn lửa
Oxidant-Fuel Temp., °C
Air-Methane 1850-1900
Air-Natural Gas 1700-1900
Air-Hydrogen 2000-2050
Air-Acetylene 2125-2400
N2O-Acetylene 2600-2800
Chế độ oxid hĩa (oxidizing)/khử (reducing) của mơi
trường nguyên tử hĩa
Bản chất của chất phân tích và nền mẫu (matrix)
• Kỹ thuật không ngọn lửa:
-Độ nhạy rất cao: 0.1 ng
- 60000C
phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (ETA -AAS): Electro-thermal Atomization AAS
18
4 Cường độ vạch phổ
Định luật Lambert – Beer:
Chiếu chùm tia sáng cường độ I o qua đám hơi
nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích
nồng độ C và bề dài L thì cường độ vạch
phổ hấp thụ nguyên tử A là:
• K: hệ số hấp thụ, phụ thuộc chiều dài sóng
• C: nồng độ nguyên tố cần xác định có trong lớp hơi nguyên tử
Trang 65 Thiết bị đo phổ hấp thụ nguyên tử
21
NGUỒN SÁNG
MẪU
BỘ ĐƠN SẮC
VÀ DETECTOR
KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU AAS
* Nguồn phát bức xạ đơn sắc: phát ra ánh sáng có bước sóng đặc trưng cho nguyên tố cần phân tích
+ Đèn catot rỗng (thường sử dụng)
+ Đèn catot rỗng: nguồn phát ra những bước sóng đặc trưng, catot rỗng được làm bằng nguyên tố cần xác định
22
Cấu tạo đèn Catot rỗng
–
+
Anot
Catot rỗng
Cửa sổ
Hơi nguyên tử
Khí trơ
☻Thân và vỏ đèn: thủy tinh hay thạch anh
☻Điện cực: catot va anot
+ Anot: kim loại trơ và bền nhiệt: W, Pt + Catot: hình ống rỗng, đường kính 3 – 5mm, dài 5 – 6 mm, bằng kim loại phân tích
☻Khí trong đèn: khí trơ: Argon, heli hay nito (99.99%)
Trang 7* Bộ phận nguyên tử hóa: để tạo ra đám hơi nguyên tử của chất phân tích
• Kỹ thuật ngọn lửa :Hỗn hợp một khí oxy hóa và một khí cháy:
• + Acetylen + không khí nén;
• +Acetylen + N2O
• +Acetylen + H2
Kỹ thuật không ngọn lửa: năng lượng nhiệt để hóa hơi mẫu phân tích
26
Các quá trình xảy ra trong bộ phận
nguyên tử hĩa
1 Bay hơi nước
2 Muối bị nĩng chảy
3 Nguyên tử hĩa
4 Nguyên tử hấp thu ánh sáng khi cĩ bức xạ
chiếu qua
Trang 8* Bộ đơn sắc : để tách ánh sáng tại bước sóng đặc trưng ra khỏi ánh sáng khác
quang học dùng để thu nhận và phát tín hiệu phân tích
30
NGUỒN SÁNG
BỘ PHẬN NGUYÊN
TỬ HĨA
BỘ ĐƠN SẮC
Trang 96 Ưùng dụng phép đo AAS :
6.1.Đối tượng chính:
- Phân tích lượng vết các nguyên tố kim loại
trong các hợp chất vô cơ và hữu cơ:quặng, đất,
đá, nước, các sản phẩm nông nghiệp, phân
bón, thực phẩm…
- Xác định gần 65 nguyên tố đến giới hạn
33
• +Phi kim : Si, P, Selenium, Tecũng được xác định chính xác bằng phương pháp này
6.2 Phân tích định lượng bằng phổ hấp thụ nguyên tử
Phương pháp đường chuẩn Phương pháp thêm chuẩn
34
Chuyển mẫu phân tích về dạng dung dịch
chứa chất cần phân tích
Chuẩn bị dãy chuẩn
Nguyên tử hóa mẫu lần lượt dung dịch so
sánh và đường chuẩn và đo độ hấp thụ của
Bước sóng và giới hạn phát hiện của một vài
nguyên tố bằng F-AAS
Nguyên tố
Độ dài sĩng, nm
Al Au Ca
309.3 242.8 422.7
C2H2– N2O
C2H2– N2O
0.1 0.03 0.003
Trang 10Xác định hàm lượng kẽm Zn và Fe trong mẫu sữa : Cân
2g sữa cho vào lò nung 550oC, sau đó hòa tan tro trong
HNO3 1 N và định mức lên vạch mức 50 ml Đem đo phổ
hấp thu nguyên tử thu được Afe = 0.225 và Azn = 0.357.
Chuẩn bị dãy chuẩn của Fe và Zn trong bình định mức 50
ml và thực hiện đo A tương tự như mẫu thu được bảng
sau:
V fe, 10
ppm
V Zn, 10
ppm