Bài giảng Phân tích công cụ

Độ đặc hiệu Độ đặc hiệu specificity đo khả năng phân tíchcủa một phương pháp để phân biệt các chất phân tích so với tất các các chất khác có thể có trong mẫu.. Trang 3 + Phương sai SD2 c

CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH CÔNG CỤ 1.1 Đối tượng nghiên cứu

Vấn đề phân tích chất

+ Thuật ngữ “Phân tích” là thu nhận thông tin từ đối tượng nghiên cứu về 2 phương diện được biểu diễn bằng hai đại lượng đặc trưnglà hằng số đặc trưng cho đối tượng nghiên cứu (vd: thế điện cực, bước sóng, thời gian lưu, môi trường pH, tính tan…) và thông tin về thành phần định lượng (VD: như lượng điện tiêu thụ cho quá trình, cường độ dòng, cường độ ánh sáng, nồng độ…)

+ Phân tích công cụ: khảo sát các tham số của đối tượng, ghi nhận các tham số này bằng các dụng cụ - thiết bị - máy móc từ đơn giản đến phức tạp, tinh vi

Các bước tiến hành phương pháp phân tích công cụ được tóm tắt theo sơ đồ:

Hình 1: Qúa trình thu nhận thông tin trong phương pháp phân tích công cụ

Câu hỏi: thế nào là sai số ngẫu nhiên, sai số hệ thống (VD)

1.2 Phân loại

+ Hóa học phân tích bao gồm phương pháp hóa ướt cổ điển và phương pháp công cụ hiện đại

+ Trong đó, phương pháp phân tích công cụ hiện đại được chia ra làm 3 phần chính

- Các phương pháp quang học: bao gồm các phương pháp phổ phân tử và phương pháp phổ nguyên tử

Trong trương trình học sẽ tập chung vào phương pháp phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại nhìn thấy, phương pháp phổ phát xạ nguyên tử và phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

- Các phương pháp phân tích điện hóa: bao gồm điện cực và phương pháp điện thế, phương pháp điện

phân, và phương pháp Vôn – Ampe

- Các phương pháp tách: Bao gồm chiết, sắc ký khí, sắc ký lỏng và điện di mao quản

1.3 Thẩm định phương pháp (Method Validation)

+ Trong phân tích, cần lựa chọn đúng phương pháp áp dụng, có tính khoa học, phù hợp với mục tiêu phân tích để có thể đưa ra kết quả tin cậy, chính xác nhất với giá thành thực hiện thấp nhất

+ Thẩm định phương pháp là quá trình chứng minh một phương pháp phân tích được chấp nhận cho một mục đích phân tích đề ra Các thông số trong thẩm định phương pháp bao gồm tính đặc hiệu, độ tuyến tính, độ chính xác, độ đúng, miền tuyến tính, độ thu hồi, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng

+ Đối với các phòng thí nghiệm phân tích chuẩn VILAS, việc thẩm định phương pháp là bắt buộc để đáp ứng được tiêu chuẩn ISO/IEC 17025

Một số tiêu chí dùng để thẩm định phương pháp bao gồm: Độ đặc hiệu, độ tuyến tính, độ chính xác, độ chụm, khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng, độ ổn định

Hình 2:Sắc đồ điện di của thuốc cefotaxim (pic số 4) và các tạp chất đã được biết đến trong quá trình

sản xuất thuốc (pic số 1-3 và 5-9)

Quan sát thấy ngoài pic chính (số 4) thể hiện sự có mặt của cefatoxim, còn xuất hiện rất nhiều các pic gây nhiễu của tạp chất (xuất hiện trong quá trình tổng hợp cefatoxim), làm giảm độ đặc hiệu của phương pháp Để tăng độ đặc hiệu, trước khi phân tích cần phải tách loại các tạp chất có trong nền mẫu

Như vậy, độ đặc hiệu của phương pháp có thể được cải thiện được bằng các biện pháp phù hợp

1.3.2 Miền tuyến tính

+ Trong phân tích thườn sử dụng phương pháp đường chuẩn, các đường chuẩn ban đầu được thực nghiệm

và xây dựng bằng phương pháp hồi quy tuyến tính

+ Độ tuyến tính (linearity) là chỉ tiêu đánh giá mức độ đường hiệu chuẩn tuân theo hàm bậc nhất (hàm

tuyến tính) như thế nào, được tính thông qua giá trị bình phương của hệ số tương quan R:

𝑅 2 = [∑(𝑥𝑖 − 𝑥̅) (𝑦𝑖 − 𝑦̅)]2

∑(𝑥𝑖 − 𝑥̅) 2 ∑(𝑦𝑖− 𝑦̅) 2

Trong đó,𝑥̅và ӯ lần lượt là giá trị trung bình của tất cả các giá trị x, y tại mỗi điểm chuẩn

+ Thông thường, đường hiệu chuẩn có 5 điểm chuẩn ở khoảng nồng độ từ 0,5 đến 1,5 lần so với nồng độ chất cần phân tích (qua phép phân tích sơ bộ), mỗi điểm chuẩn cần thực nghiệm lấy số liệu ít nhất 3 lần lấy giá trị trung bình

Ví dụ:

Hình 3 là đường hiệu chuẩn của Holmi – một nguyên tố đất hiếm, có độ tuyến tính cao R2 = 0,9999

Hình 3: Xây dựng đường hiệu chuẩn trong phân tích

Giá trị R2 càng gần 1 chứng tỏ đường hiệu chuẩn càng chính xác Tùy vào từng mục đích phân tích, giá trị

R2 được chấp nhận ở nhiều mức độ khác nhau, thông thường R 2 ≥ 0,995 được coi là có độ tuyến tính cao

Câu hỏi: tìm cách bấm máy tính để tính Giá trị R2

+ Phương sai (SD 2 ) của mộ bộ số liệu là số đặc trưng cho độ phân tán của các số liệu so với giá trị trung bình

+ Độ lệch chuẩn là giá trị chênh lệch trong tập dư liệu so vói gía trị TB: SD

n i i

- Hệ số biến thiên (coefficient variation-CV) càng nhỏ, độ chụm càng cao và đc định nghĩa là tỷ số giữa

độ lệch chuẩn và giá trị trung bình:

x

SD

CV =

Trong đó SD (Standard Deviation) là Độ lệch chuẩn, x là giá trị trung bình của các kết quả thực nghiệm

- Người ta sử dụng hệ số biến thiên dưới dạng phần trăm (Độ lệch chuẩn tương đối):

(%) , 100

đo có giống nhau…(các yếu tố sai số ngẫu nhiên)

Câu hỏi: tìm cách bấm máy tính để tính phương sai và độ chuẩn cho một bộ số liệu

1.3.3 Độ chính xác

+ Độ chính xác (accuracy) là mức độ gần nhau của giá trị đo được (thường lấy giá trị trung bình) với giá trị “thực” hoặc giá trị được chấp nhận Một phép đo có thể có độ chụm rất cao, nhưng kết quả vẫn bị sai Hoặc ngược lại, phép đo có kết quả đúng nhưng độ chụm thấp Một phép đo có số liệu tin cậy là phép đo

- Phân tích mẫu chuẩn (đã biết kết quả đúng) trong cùng một nền mẫu tương tự như dung dịch phân tích

- Phân tích mẫu trắng với việc thêm vào một lượng chất phân tích đã biết

- Dùng phương pháp thêm chuẩn

Thêm chuẩn (spiking) là phương pháp phổ biến nhất để đánh giá độ chính xác vì việc áp dụng các phương pháp phân tích khác trong phòng thí nghiệm để so sánh kết quả thường khó khăn, các mẫu chuẩn và mẫu trắng cũng không có sẵn

Trong phương pháp thêm chuẩn, độ chính xác được đánh giá qua độ thu hồi (spike recovery), độ thu hồi được định nghĩa theo công thức:

+ Là khoảng nồng độ ở đó độ tuyến tính, độ chính xác và độ chụm được chấp nhận

VD: Độ tuyến tính R2 (hệ số tương quan bình phương)  0,995; độ chính xác R’ (độ thu hồi) 2%, độ chụm RSD (hệ số biến thiên)  3%

Hình 5: Xác định khoảng tuyến tính 1.3.7.Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng

+ Giới hạn phát hiện (LOD) hay còn gọi là giới hạn phát hiện dưới, làsố lượng nhỏ nhất của chất phân

tích có sự khác biệt “đáng kể” so với mẫu trắng

+ Giới hạn định lượng: là số lượng nhỏ nhất của chất phân tích có thể đo được cho kết quả pt chấp nhận được

+ Cách xác định giới hạn phát hiện:

- Sau khi ước lượng giới hạn phát hiện từ các thí nghiệm, chuẩn bị 1 mẫu với nồng độ lớn hơn từ 1 đến 5 lần so với giới hạn phát hiện

- Đo tín hiệu với số lần lặp là n(n>7)

- Tính độ lệch chuẩn SD cho sô lần lặp n

- Đo các tín hiệu với mẫu trắng và xác định giá trị TB y mầu trắng

- Giới hạn phát hiện lý thuyết y dl = y mầu trắng + 3SD

- LOD xácđịnh ở trênlà LOD lýthuyết, giờ ta cầnxácnhậnlại LOD đóđểxemnócóphảilà LOD thựctếkhông

- Tín hiệu đúng (y phân tích - y mầu trắng ) tỷ lệ với C nồng độ của mẫu: y phân tích - y mầu trắng = m×C

m: độ dốc của đường chuẩn hóa

- Giới hạn phát hiện thực tế (nồng độ thấp nhất có thể đo được):

m

SD LOD =3

- Giới hạn định lương:

m

SD LOQ=10

VD: GT (T.22)

1.3.8 Độ ổn định

+ Độ ổn định là khả năng cuả một phương pháp phân tích không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi nhỏ + VD: phương pháp tách sắc ký là ổn định nếu nó cho kết quả chấp nhận được khi thành phần dung môi,

pH, nồng độ đệm, nhiệt độ, khối lượng tiêm mẫu, bước sóng…

1.4 Một số phương pháp hiệu chuẩn

1.4.1Phương pháp đường chuẩn

+ Hàm toán phổ biến xây dựng đường chuẩn là: y = a.x hoặc y = a.x + b

+ Các dung dịch chuẩn của các đối tượng cần nghiên cứu được chuẩn bị sao cho nồng độ của các dung dịch chuẩn chia đều trên dải tuyến tính

Nhược điểm: không khắc phục được ảnh hưởng của nền mẫu

1.4.2.Phương pháp thêm chuẩn

𝑡í𝑛ℎ𝑖ệ𝑢đ𝑜𝑡𝑟ướ𝑐𝑡ℎê𝑚𝑐ℎ𝑢ẩ𝑛 𝑡í𝑛ℎ𝑖ệ𝑢đ𝑜𝑠𝑎𝑢𝑡ℎê𝑚𝑐ℎ𝑢ẩ𝑛

Gọi [X] i là nồng độ dung dịch cần xác định, V o là thể tích dung dịch chất phân tích ban đầu, V s là thể tích dung dịch chất chuẩn với nồng độ [S] i và thể tích tổng V= V o + V s

Phương trình tính toán có dạng:

[𝑋]𝑖[𝑋]𝑓+ [𝑆]𝑓=

+ Sau đó thêm một lượng dịch chuẩn vào các bình theo cấp số cộng

+Cuối cùng thêm nước cất đến vạch và lắc đều, phân tích các mẫu pha theo thứ tự từ loãng đến đặc

Đồ thị của phương pháp có dạng như sau:

) ( ] [ ] [ )

(

0

V S X

I I V

V

i

X X S

X+ = + Note: Phương pháp này là cần thiết khi chất phân tích bị phân hủy một phần trong dung dịch

+ Đối với chất phân tích ko bị mất đi trong dung dịch, thì không cần phải chuẩn bị riêng cho từng phép

đo

1.4.3Phương pháp nội chuẩn

+ Chất nội chuẩn là một lượng hợp chất đã biết, khác với chất phân tích, được thêm vào dung dịch cần phân tích

+ Tín hiệu của chất phân tích được so sánh với tín hiệu với chất nội chuẩn để từ đó tìm ra nồng độ của dung dịch cần phân tích

+ Phương pháp nội chuẩn đặc biết hữu ích cho việc pt khi hàm lượng mẫu pt(F: hệ số tỷ lệ)

+ Chúng ta chuẩn bị một hỗn hợp gồm chất nội chuẩn đã biết nồng độ và chất phân tích Sau đó đo tín hiệu và xác định tỷ số tín hiệu chất nội chuẩ và phân tích

𝑇í𝑛ℎ𝑖ệ𝑢𝑐ℎấ𝑡𝑝ℎâ𝑛𝑡í𝑐ℎ 𝑛ồ𝑛𝑔độ𝑐ℎấ𝑡𝑐ℎấ𝑡𝑝ℎâ𝑛𝑡í𝑐ℎ = 𝐹

𝑡í𝑛ℎ𝑖ệ𝑢𝑐ℎấ𝑡𝑐ℎ𝑢ẩ𝑛 𝑛ồ𝑛𝑔độ𝑐ℎấ𝑡𝑐ℎ𝑢ẩ𝑛

1.4.4 Phương pháp pha loãng đồng vị

+ Chuẩn pha loãng đồng vị là trường hợp đặc biệt của chuẩn nội chuẩn

+ Trong phương pháp này, chất nội chuẩn chính là chất phân tích nhưng dưới dạng được đánh dấu đồng

vị ổn định hay nói cách khác là dạng đồng vị làm giàu, được thêm vào mẫu trước khi xử lý mẫu

+ Phép xác định nồng độ nguyên tố (Q s ) được thực hiện bằng cách đo tỷ lệ đồng vị trong hỗn hợp mẫu- chuẩn pha thêm (X) so sánh với tỷ lệ trong mẫu S và trong đồng vị chỉ thị làm giàu mức cao (T) sử dụng pt:

Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP

PHÂN TÍCH QUANG HỌC

I Đại cương về phương pháp phân tích quang học

II Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-vis) III Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES)

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

I Đại cương về phương pháp phân tích quang học

1 B ứ c x ạ đ i ệ n t ừ ( q u a n g p h ổ )

❑ Thuật ngữ “quang phổ” ở đó ánh sáng được phân giải tạo thành các bước sóng để tạo

thành một dải phổ, biểu diễn dưới dạng hàm của cường độ với bước sóng hoặc tần số củabức xạ

❑ Phân loại “”quang phổ”: phổ như bức xạ nằm ngoài và trong vùng nhìn thấy

(200-700 nm); phổ tia X (0.01-10 nm), phổ IR ((200-700-1mm); tử ngoại (10-380nm)…

2 T í n h c h ấ t c ơ b ả n c ủ a b ứ c x ạ đ i ệ n t ừ ( q u a n g p h ổ )

❑ Bức xạ điện từ có tính lưỡng tính sóng - hạt, hai tính chất này bổ sung cho nhau đểgiải thích nhiều cơ chế, hiện tượng xảy ra đối với bức xạ điện từ

❑ Tính chất sóng:

+ Thể hiện ở tính chất giao thoa

+ Trong mô hình sóng, bức xạ điện từ là

dao động có hai thành phần điện trường và

từ trường lan truyền theo một phương Hai

thành phần này được biểu diễn bằng các

sóng phân cực phẳng hình Sin và vuông

góc với nhau

2 T í n h c h ấ t c ơ b ả n c ủ a b ứ c x ạ đ i ệ n t ừ ( q u a n g p h ổ )

Các tham số sóng:

❑Tần số ν (Hz) là số dao động mà bức xạ thực hiện trong 1 giây

❑ Bước sóng λ (m) là độ dài một dao động

❑Vận tốc bức xạ v i (m/s) là tích số giữa tần số và bước sóng v i = ν.λ (m/s)

+ Vận tốc của bức xạ điện từ phụ thuộc vào thành phần của môi trường mà bức xạ đi qua

+ Vận tốc bức xạ điện từ đạt cực đại trong môi trường chân không, giảm đi trong các môitrường khác Do tần số sóng không đổi nên bước sóng trong các môi trường không phải làchân không cũng giảm đi

❑ Số sóng ῡ (cm -1 ) là số dao động bức xạ thực hiện trên quãng đường 1 cm, thường đượctính bằng nghịch đảo của bước sóng ῡ = 1/λ

3 P h ổ b ứ c x ạ đ i ệ n t ừ

❑ Khi các bức xạ điện từ tương tác môi trường vật chất, có thể xảy ra theo 2 khả năngtrạng thái năng lượng của phân tử hoặc nguyên tử thay đổi hoặc không thay đổi Khi có

sự thay đổi năng lượng, nghĩa là đã có sự hấp thụ hoặc bức xạ năng lượng

+ Gọi trạng thái năng lượng ban đầu của phân tử là E1, sau khi tương tác là E2, ta có:

3 P h ổ b ứ c x ạ đ i ệ n t ừ

+ Phân loại: quang phổ của bức xạ điện từ bao gồm một dải rất lớn các bước sóng

II Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-vis)

1 S ự h ì n h t h à n h p h ổ h ấ p t h ụ p h â n t ử

❑ Các phân tử vật chất tồn tại ở các trạng thái năng lượng cụ thể, mỗi trạng thái nănglượng tương ứng với một mức năng lượng

1 S ự h ì n h t h à n h p h ổ h ấ p t h ụ p h â n t ử

❑ Năng lượng phân tử có thể coi là tổng năng lượng lưu trữ của 3 dạng chuyển động sau:

- Chuyển động của các điện tử quanh các hạt nhân: các điện tử hóa trị và các điện tửkhông tham gia tạo liên kết hóa học - gọi chung là chuyển động điện tử

- Chuyển động thay đổi tuần hoàn các vị trí của các hạt nhân so với nhau - gọi là chuyểnđộng dao động của phân tử

- Chuyển động thay đổi phương hướng của toàn phân tử trong không gian - gọi là chuyểnđộng quay của phân tử, chuyển động này chỉ có ở các phân tử các chất ở trạng thái khí vàhơi

❑ Khi các phân tử hấp thụ năng lượng từ bên ngoài có thể dẫn đến các quá trình thay đổitrong phân tử.

+ Sự thay đổi trạng thái lượng tử của phân tử sẽ dẫn đến sự biến thiên năng lượng ΔEcủa phân tử tuân theo định luật Plack:

1 S ự h ì n h t h à n h p h ổ h ấ p t h ụ p h â n t ử

cao thao

E E E h hc / hc

+ Năng lượng của phân tử được lưu giữ dưới ba

e

hυ

r v

e



ΔEe là năng lượng liên quan đến chuyển động của

điện tử - gọi là năng lượng điện tử

ΔEv là năng lượng liên quan đến chuyển động dao động của hạt nhân ( vibration ) - gọi

là năng lượng dao động

ΔEr là năng lượng liên quan đến chuyển động quay của phân tử ( rotation ) - gọi là nănglượng quay

1 S ự h ì n h t h à n h p h ổ h ấ p t h ụ p h â n t ử

+ Các phân tử vật chất và bức xạ điện từ trao đổi năng lượng với nhau không phải bất

kỳ và liên tục mà có tính chọn lọc và gián đoạn Mỗi một quá trình biến đổi đều đòi hỏinăng lượng đặc trưng, nghĩa là đòi hỏi bức xạ điện từ có tần số riêng

+ Khi chiếu một chùm bức xạ điện từ với các tần số khác nhau, phân tử chỉ hấp thụđược các bức xạ có tần số phù hợp với nó, chùm bức xạ sẽ mất đi các bức xạ này

+ Đây là cơ sở để thực hiện các phép phân tích quang phổ Có hai loại phổ hấp thụphân tử được sử dụng để phân tích là phổ hồng ngoại và phổ UV-VIS, trong nội dungmôn học, chúng ta chỉ nghiên cứu phương pháp phổ UV-VIS

2 P h ổ h ấ p t h ụ p h â n t ử ( U V- v i s )

❑ Phổ hấp thụ mô tả tính chất hấp thụ của vật chất, biểu diễn ở dạng hàm của sự giảmcường độ tia bức xạ và bước sóng Các đại lượng thường dùng để biểu diễn bao gồm: độtruyền quang (T) và độ hấp thụ quang (A)

❑ Độ truyền quang (T): là tỷ số giữa cường độ ánh sáng đi qua mẫu (I) và ánh sáng

ban đầu (I0)

❑ Độ hấp thụ quang (A): được định nghĩa bởi biểu thức.

- Độ hấp thụ quang còn được gọi là mật độ quang (optical density)

+ Nếu 1% đã được truyền quang A=2

3 Đ ị n h l u ậ t c ơ b ả n v ề h ấ p t h ụ b ứ c x ạ đ i ệ n t ừ

❑ Định luật Lambert – Beer

+ Định luật về mối quan hệ giữa độ hấp phụ quang A và nồng độ (A: đại lượng không cóthứ nguyên)

❑ Thiết lập biểu thức định luật

+ Gỉa sử chiếu một chùm tia sáng đơn sắc đi qua môi trường vật chất có chiều dày b,nồng độ C, cường độ tia sáng ban đầu là I0 giảm đi chỉ còn I

3 Đ ị n h l u ậ t c ơ b ả n v ề h ấ p t h ụ b ứ c x ạ đ i ệ n t ừ

+ Năm 1760, Lambert đã cho rằng tỷ số giửa độ giảm cường độ (-dI) và đường đi (dx)của ánh sáng tỷ lệ thuận với cường độ tia sáng ban đầu I

I dx

dI 

k I dx

+ Khi đi qua môi trường vật chất, ánh sáng bị hấp thụ nhiều hay ít phụ thuộc vào bảnchất phân tử, số phân tử mà nó gặp, số phân tử lại phụ thuộc vào nồng độ và quãngđường đi

β: hệ số hấp thụ, phụ thuộc vào bản chất phân tử

C: Nồng độ (mol/l)

dấu trừ thể hiện sự giảm đi của cường độ I

3 Đ ị n h l u ậ t c ơ b ả n v ề h ấ p t h ụ b ứ c x ạ đ i ệ n t ừ

+ Lấy tích phân hai vế phương trình ta có:

+ Áp dụng quan hệ ln(a) = ln(10).lg(a), ta có:

Đây chính là biểu thức của định luật Lambert-beer+ Trong phân tích đo quang, với dung dịch phân tích xác định, bước sóng tia tới là đơnsắc thì ε cũng xác định, người ta có thể chọn b xác định nên định luật hấp thụ có thể viếtdưới dạng:

3 Đ ị n h l u ậ t c ơ b ả n v ề h ấ p t h ụ b ứ c x ạ đ i ệ n t ừ

+ Nhận xét: Độ hấp thụ của dung dịch sẽ thay đổi theo bước sóng ánh sáng truyền quadung dịch Một số bước sóng sẽ được hấp thụ nhiều hơn các bước sóng khác, phụ thuộcvào thành phần của dung dịch Bạn nhớ viết rõ bước sóng đang sử dụng để tính toán

+ Biểu thức của định luật Lambert Beer thể hiện mối quan hệ tuyến tính giữa độ hấp thụquang và nồng độ → là cơ sở cho việc thực hiện các phân tích định lượng

VD: Kết quả xác định nồng natri trong một mẫu phân bón bằng phương pháp UV-vischo độ hấp thụ A = 0,4 Cho biết bề dày cuvet chứa mâu b = 1 cm và độ hấp thụ mol ε

= 0,0248 ppm-1.cm-1 Hãy tính nồng độ natri trong mẫu phân bón?

A = ε.C.b → C = A/(ε.b) = 0,4/(1.0,0248) = 16,12 ppm

+ Ý nghĩa: Nếu trong một dung dich phân tích bao gồm chất nghiên cứu và tạp chất thì

độ hấp thụ quang:

Adung dịch = Anghiên cứu + Anền

+ Trong phân tích, ta cần chuẩn bị dung dịch trống có thành phần giống với thành phầnnền (không có mặt chất cần phân tích), khi đó:

A phân tích nghiên cứu = Adung dịch – Atrắng

4 T í n h c h ấ t c ộ n g c ủ a đ ộ h ấ p t h ụ q u a n g A

+ Như vậy, trong phân tích đo quang chú ý phải đo dung dịch trắng trước khi đo dungdịch phân tích, thì giá trị A của dung dịch phân tích đo được sẽ phản ánh đúng nồng độchất nghiên cứu

5 C á c y ế u t ố l à m s a i l ệ c h đ ị n h l u ậ t L a m b e r - B e e r

❑ Như đã nói, điều kiện để thực hiện phân tích định lượng theo định luật Lambert Beerphải tuyến tính, tuy nhiên trong thực tế, có nhiều nguyên nhân vật lý và hóa học ảnhhưởng đến tính đúng đắn của định luật: Tính đơn sắc của ánh sáng tới, nồng độ dung dịchhấp thụ, sự có mặt của các ion lạ

A = ε.b.C

❑ Tính đơn sắc của ánh sáng tới

- Giả sử chùm sáng tới có cường độ I0 không phải là tia sáng đơn sắc mà là một chùm tia

có cường độ I01, I02, I03 và chất phân tích chỉ hấp thụ tia thứ 2 còn không hấp thụ tia 1 và tia 3, khi đó

I I +I +I Const=ε.b.C

→ Lúc này A = f(C) không tuyến tính nữa

- Việc tạo được chùm tia sáng có tính đơn sắc cao lại phụ thuộc vào thiết bị, tùy theo cácmáy phân tích mà bộ phận tạo bức xạ đơn sắc có thể là kính lọc màu; hệ lăng kính haycách tử với độ phân giải cụ thể, khi này sẽ quy định tính chính xác của phép đo

5 C á c y ế u t ố l à m s a i l ệ c h đ ị n h l u ậ t L a m b e r - B e e r

❑ Nồng độ dung dịch hấp thụ:

- Thực nghiệm đã chứng minh rằng quan hệ giữa mật độ quang A và nồng độ dung dịch

C chỉ tuyến tính trong một khoảng giá trị nồng độ xác định gọi là khoảng tuyến tính củađịnh luật Lambe-Beer, ngoài khoảng tuyến tính, người ta quan sát được độ lệch khỏi sựphụ thuộc tuyến tính giữa nồng độ và độ hấp thụ

+ Khoảng tuyến tính là khác nhau đối với các máy đo khác nhau và với các đối tượngphân tích khác nhau Do đó phải xác định khoảng tuyến tính cho từng phép phân tích cụthể

5 C á c y ế u t ố l à m s a i l ệ c h đ ị n h l u ậ t L a m b e r - B e e r

❑ Sự có mặt của các ion lạ:

+ Thông thường trong các mẫu phân tích ngoài chất phân tích không thể không kể đến

sự có mặt của ion lạ, các ion này có khả năng tương tác với chất cần phân tích hay tạomàu với thuốc thử trong dung dịch cho nên sẽ ảnh hưởng đến quá trình xác định, bắtbuộc phải tìm cách loại trừ

+ Hai cách hay sử dụng nhất để loại trừ là tách

chúng ra khỏi dung dịch phân tích hoặc tìm

cách che

VD: phức Fe3+ với axit sunphosalyxylic tùy

thuộc pH ([H+]) mà tạo phức có miền phổ hấp

thụ khác nhau

do đó sai sô ΔC/C sẽ khác nhau Ta có:

+ Chuyển sang gia số hữu hạn (d → ∆):

+ Có thể khảo sát sự biến thiên (3) ΔC/C trong miền giá trị của T (0-1) với một sai số

ΔT cho trước và tìm được cự trị của ΔC/C

(3)

1(ln T T ) T

5 Đ ộ c h í n h x á c c ủ a p h é p đ o đ ộ h ấ p t h ụ q u a n g

1(ln T T ) T

+ Vì ΔT ≠ 0, nên lnT + 1 = 0 → lnT = -1 = 2,3lgT → –lgT = A = 0,435

+ Vậy với giá trị độ hấp thụ quang A ≤ 0,435 thì phép đo sẽ cho giá trị chính xác nhất

cho phép xác định nồng độ của chất nghiên cứu

+ Nếu đo mẫu phân tíc có giá trị độ hấp thụ quang A lớn → sai số của phép đo lớn

- Tạo màu bằng phản ứng oxy hóa khử hoặc tạo màu bằng phản ứng tạo phức.

- Đối với phản ứng oxy hóa khử trong phân tích đo quang thường xảy ra thực tế hoàntoàn (ví dụ như phản ứng oxy hóa Mn2+ thành MnO4-)

+ Đối với các phản ứng tạo phức thì phức tạp hơn nhiều Phản ứng tạo phức chịu ảnhhưởng của nhiều yếu tố: quá trình tạo phức nhiều cấp, H+, hằng số bền…

7 C á c b ư ớ c t r o n g p h â n t í c h đ o q u a n g U V- v i s

+ Theo phương trình tuyến tín mối quan hệ giữa A và C

+ Để xác định nồng độ trong phương pháp đo quang chúng ta phải xác định hằng số Ktrong phương trình này Có ba cách xác định hằng số K: phương pháp đường chuẩn,phương pháp tính và phương pháp thêm chuẩn

+ B2: Đo độ hấp thụ quang A cho năm mẫu

chuẩn (Chú ý: phải đo mẫu trắng trước khi đo

năm mẫu chuẩn)

+ B3: Dựng đường chuẩn từ kết quả đo được

→ A = K.C → xác định đc K = ?

2) Để xác định nồng độ amoniac trong mẫu nước, người ta sử dụng phương pháp đo quang bằng cách cho mẫu nước phản ứng với phenol có mặt ion hypochlorua Kết quả thu được như sau:

Nồng độ Mẫu trắng 2.10-3M 4.10-3M 6.10-3M 8.10-3M 10-2M Mẫu

a) Dựng đường chuẩn và nhận xét độ tuyến tính của đường chuẩn trong phương pháp trên?

b) Xác định nồng độ anomiac trong mẫu nước?

2) Một lượng lớn axit benzoic có trong nước giải khát khi kết hợp với axit ascorbic (vitamin C) sinh

ra benzene (chất gây ung thư và các bệnh mãn tính khác) Kết quả xác định hàm lượng axit benzoic trong một mẫu nước giải khát bằng phương pháp sắc ký hiệu năng cao HPLC như sau:

Chiều cao pic Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Lần 6

Mẫu trắng 820 953 962 850 946 892

Mẫu nước giải khát 5612 6198 4922 5032 6076 5660

a) Xác định độ lệch chuẩn tương đối và giới hạn phát hiện của phương pháp?

b) Đường chuẩn thể hiện mối quan hệ giữa cường độ huỳnh quang và nồng độ có hệ số góc là

m = 1094 mM-1 Xác định nồng độ giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ?

2) Để xác định nồng độ Cu2+ trong mẫu nước nuôi trồng thủy sản, người ta sử dụng phương pháp đo quang bằng cách cho mẫu nước phản ứng với amoniac để tạo phức màu [Cu(NH 3 ) 4 ]2+ Kết quả thu được như sau:

Nồng độ Mẫu trắng 2.10-3 M 4.10-3M 6.10-3M 8.10-3M 10-2M Mẫu PT

A (λ max = 610 nm) 0,056 0,186 0,373 0,522 0,685 0,848 0,568

a) Dựng đường chuẩn và nhận xét độ tuyến tính của đường chuẩn trong phương pháp trên?

b) Xác định nồng độ Cu 2+ trong mẫu nước nuôi trồng thủy sản?

2) Để xác định nồng độ Fe 3+ trong mẫu nước giếng khoan, người ta sử dụng phương pháp đo quang bằng cách cho mẫu nước phản ứng với axit sufosalyxilic tại pH = 10 Kết quả thu được như sau:

Nồng độ 2.10-3 M 4.10-3 M 6.10-3 M 8.10-3 M 10-2 M Mẫu PT

A (λ max = 424 nm) 0,280 0,457 0,606 0,769 0,932 0,568

a) Dựng đường chuẩn và nhận xét độ tuyến tính của đường hiệu chuẩn của phương pháp trên?

b) Xác định nồng độ Fe3+ trong mẫu nước giếng khoan?

7 P h ư ơ n g p h á p đ o q u a n g v i s a i

❑ Như đã trình bày, việc đo độ hấp thụ ở các giá trị A lớn có thể mắc phải sai số lớn trongviệc xác định nồng độ

λ nm300

200

A

A = ε.b.C

1.5 1.0 0.5

+ CÝ: Trong phương pháp này độ hấp thụ của dung dịch phân tích không phải so vớidung môi hoặc dung dịch trống như phương pháp đo quang thường dùng mà là so vớidung dịch so sánh chứa chất cần phân tích đã biết nồng độ Css (dung dich so sánh)

+ Chọn Csssao cho độ hấp thụ Asscủa nó khá lớn so với dung môi hoặc dung dịch trống,nhưng nhỏ hơn độ hấp thụ của dung dịch phân tích Ax cần xác định nồng độ (Ass < Ax

❑ Khi dung dịch phân tích có nồng độ lớn (giá trị

A lớn), phương pháp đo quang vi sai được sử

dụng nhằm làm giảm giá trị đo A với việc sử dụng

dung dịch so sánh chứa chất cần phân tích đã biết

nồng độ làm dung dịch nền (trắng) cho mẫu phân

tích, vì khi đó giá trị đo được sẽ nằm trong

khoảng tuyến tính, tức là hệ thức A = ε.b.C = kC

luôn đúng

7 P h ư ơ n g p h á p đ o q u a n g v i s a i

❑ Các bước phân tích bằng phương pháp đo quang vi sai

+ B1: Chuẩn bị dung dịch nền (trắng hoặc blank) đo độ hấp thụ quang ở chế độ nền+ B2: Chuẩn bị dung dịch so sánh có nồng độ Cssđo được Ass với mầu trằng là nền

Ass = Addss – Anền

CÝ: Dung dịch so sánh ở đây là dung dịch có nồng độ biết trước C ss , C ss phải chọn thế nào để độ hấp thụ của nó so với dung môi hoặc dung dịch nền khá lớn nhưng phải nhỏ hơn độ hấp thụ của dung dịch phân tích và dung dich chuẩn

+ B3: Đo độ hấp thụ quang dung dịch so sánh ở chế độ nền

+ B4: Chuẩn bị dung dịch chuẩn có nồng độ Cc biết trước và đo được Ac của chấtchuẩn với nền là dung dich so sánh: Ac = Ac’- Ass = εb(Cc– Css); với Ac’: là độ hấp thụquang của dung dịch chất chuẩn

+ B5: Chuẩn bị dung dịch phân tích có nồng độ Cxkhông biết trước và đo được Ax củachất phân tích với nền là dung dich so sánh: Ax = Ax’ - Ass = εb(Cx– Css); với Ax’: là độhấp thụ quang của dung dịch chất phân tích

→ giải pt xác định được Cx