BÀI GIẢNG HỌC PHẦN: PHÂN TÍCH TRẮC QUANG

Kiến thức: Nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về: Chức năng phân loại phương pháp quang, các định luật cơ sở của sự hấp thu ánh sáng, phổ hấp thu và các phản ứng tạo thành hợp chất màu, các phương pháp đo cường độ màu của dung dịch , phương pháp quang phổ vi sai.Kỹ năng: Phân biệt được các phương pháp quang, hiểu được các định luật hấp thu ánh sáng, và ứng dụng được để đo cường độ màu trong dung dịch Thái độ, chuyên cần: Rèn luyện cho sinh viên tính siêng năng, chăm chỉ và có ý thức trong học tập. Yêu thích học phần, ngành học mà sinh viên đang theo học, kính trọng, yêu quý, muốn noi gương các nhà khoa học, giảng viên đang giảng dạy học phần, nhìn thấy thái độ của riêng mình, nhìn thấy giá trị của xã hội mình. Có chuẩn mực sống trong xã hội một cách có lý do và sự tự tin.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA

BÀI GIẢNG HỌC PHẦN: PHÂN TÍCH TRẮC QUANG

DÀNH CHO SINH VIÊN NGÀNH HÓA

HỆ CAO ĐẲNG

TP TUY HÒA -05/2010MỤC LỤC

Trang 1

CHƯƠNG 1: CHỨC NĂNG VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP TRẮC

QUANG 1

1.1 Chức năng 1

1.2 Bản chất của sự hấp thụ ánh sáng 1

1.3 Màu sắc và phổ hấp thụ 2

1.3.1 Cảm nhận màu sắc 2

1.3.2 Sự liên hệ giữa màu sắc và phổ hấp thụ 3

1.3.3 Đặc trưng năng lượng của các miền quang phổ 3

1.4 Phân loại các phương pháp trắc quang 4

1.4.1 Các phương pháp so màu bằng mắt 4

1.4.2 Các phương pháp so màu quang điện 5

1.4.3 Các phương pháp so màu quang phổ 5

CHƯƠNG 2: CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ CỦA SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG 6

2.1 Định luật Bughe- Lambert 6

2.2 Định luật Beer 7

2.3 Định luật hợp nhất Bughe – Lambert - Beer 8

2.4 Định luật cộng tính 8

2.4.1 Nội Dung 8

2.4.2 Xác định nồng độ chất trong hỗn hợp 9

2.5 Các nguyên nhân làm sai lệch định luật Lambert- Beer 9

2.6 Ảnh hưởng của ion lạ đến màu sắc của dung dịch và cách loại trừ 14

2.6.1Khái niệm Ion lạ 14

2.6.2 Nguyên nhân ion lạ cản trở phép phân tích 14

2.6.3 Các biện pháp loại trừ ion lạ 14

2.7 Độ chính xác của phép đo mật độ quang 17

2.7.1 Độ truyền quang (T) 18

2.7.2 Độ chính xác của phép đo mật độ quang 18

CHƯƠNG 3: PHỔ HẤP THỤ VÀ CÁC PHẢN ỨNG TẠO THÀNH HỢP CHẤT MÀU 19

3.1 Cách biểu diễn một phổ hấp thụ 19

3.1.1 Các cách biểu diễn 19

3.1.2 Nửa bề rộng của vạch phổ hấp thụ 19

3.1.3 Ý nghĩa của phổ hấp thụ ánh sáng trong phân tích trắc quang 19

3.2 Sự xen phủ giữa 2 phổ hấp thụ và sự đẳng quang 20

3.3 Đo mật độ quang khi hệ chứa 2 cấu tử có màu 21

3.4 Các tiêu chuẩn thuốc thử hữu cơ dùng trong phân tích trắc quang 23

3.5 Nghiên cứu các phản ứng tạo phức màu 23

CHƯƠNG IV: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CƯỜNG ĐỘ MÀU CỦA DUNG DỊCH 4.1 Các phương pháp so màu bằng mắt 25

4.1.1 Phương pháp pha loãng 25

4.1.2 Phương pháp chuẩn độ so màu 26

4.1.3 Phương pháp dãy tiêu chuẩn 26

4.1.4 Phương pháp cân bằng 27

4.2 Các phương pháp so màu quang điện 27

4.2.1 Hiệu ứng quang điện 27

4.2.4 Sắc kế một tế bào quang điện 27

4.2.5 Sắc kế 2 tế bào quang điện 28

4.3 Các phương pháp so màu quang phổ 29

4.3.1 Nguyên tắc hoạt động và cách đo 29

4.3.2 Các cuvet dùng trong các máy so màu quang phổ 30

4.4 Xác định nồng độ bằng phương pháp so màu quang điện và quang phổ 31

4.4.1 Phương pháp đường chuẩn 31

4.4.1.1 Xây dựng đường chuẩn 30

4.4.1.2 Tính lượng chất phân tích theo đường chuẩn 31

4.4.2 Tính lượng chất phân tích theo hệ số hấp thụ phân tử 32

4.5 Ưu điểm của các phương pháp so màu quang điện và quang phổ 32

4.6 Xác định pH theo phương pháp so màu 32

CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ VI SAI 35

Trang 3

5.1 Bản chất của phương pháp 35

5.2 Các phương pháp đo phổ vi sai 35

5.1.1 Phương pháp đường chuẩn 35

5.1.1.1 Xây dựng đường chuẩn 35

5.1.1.2 Xác định nồng độ của nguyên tố cần xác định trong dung dịch nghiên cứu 36

5.2.2 Phương pháp tính toán 36

5.2.2.1 Phương pháp đại số 36

5.2.2.2 Phương pháp thêm 37

5.3 Ứng dụng của phương pháp quang phổ vi sai 38

CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG PHỔ HẤP THỤ ĐỂ NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH 39

6.1 Xác định thành phần của phức 39

6.1.1 Phương pháp hệ đồng phân tử gam hay phương pháp biến đổi liên tục (phương pháp Oxtomuxlenco – Jole) 39

6.1.2 Phương pháp tỷ số mol: (Phương pháp đường cong bão hòa) 40

6.1.3 Phương pháp hiệu xuất tương đối của Staric Badanen 41

6.1.4 Phương pháp chuyển dịch cân bằng 43

6.2 Xác định hệ số hấp thụ phân tử theo phương pháp Cama 44

PHẦN BÀI TẬP 47

Tài liệu tham khảo 49

ĐỀ CƯƠNG HỌC PHẦN:

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG

1 Thông tin về giảng viên:

1.1- Giảng viên 1:

Họ và tên: Phan Thị Thiên Trang

Chức danh, học hàm, học vị: Cử nhân

Thời gian, địa điểm làm việc: Khoa Công Nghệ Hóa

Địa chỉ liên hệ: Văn phòng khoa công nghệ Hóa

Phòng 102 Tầng 1 nhà A3 trường CĐCN Tuy hòaĐiện thoại: 0573.501.224

Điện thoại, email: Phanthithientrang@tic.edu.vn

Các hướng nghiên cứu chính: Hóa lý thuyết, hóa vô cơ, Hóa phân tích……

1.2- Giảng viên 2:

Chức danh, học hàm, học vị: Thạc Sĩ

Thời gian, địa điểm làm việc: Khoa Hóa

Địa chỉ liên hệ: Văn phòng khoa công nghệ Hóa

Phòng 102 Tầng 1 nhà A3 trường CĐCN Tuy hòaĐiện thoại: 0573.501.224

Điện thoại, email: Voanhkhue@tic.edu.vn

Các hướng nghiên cứu chính:

1.2- Giảng viên 3:

Họ và tên: Lương Công Quang

Chức danh, học hàm, học vị:: Thạc Sĩ

Thời gian, địa điểm làm việc: Khoa Hóa

Địa chỉ liên hệ: Văn phòng khoa công nghệ Hóa

Phòng 102 Tầng 1 nhà A3 trường CĐCN Tuy hòaĐiện thoại: 0573.501.224

Điện thoại, email: Lươngcongquang@tic.edu.vn

Các hướng nghiên cứu chính:

2 Thông tin chung về học phần

Tên học phần: Phương Pháp Phân Tích Quang

Các học phần kế tiếp: Các môn cơ sở nghành và chuyên nghành

Các yêu cầu đối với học phần (nếu có):

Giờ tín chỉ đối với các hoạt động:

Trang 5

+ Nghe giảng lý thuyết: 15

Kỹ năng: Phân biệt được các phương pháp quang, hiểu được các định luật hấp thu ánh sáng, và ứng dụng được để đo cường độ màu trong dung dịch

Thái độ, chuyên cần: Rèn luyện cho sinh viên tính siêng năng, chăm chỉ và có ý thức trong học tập Yêu thích học phần, ngành học mà sinh viên đang theo học, kính trọng, yêu quý, muốn noi gương các nhà khoa học, giảng viên đang giảng dạy học phần, nhìn thấy thái

độ của riêng mình, nhìn thấy giá trị của xã hội mình Có chuẩn mực sống trong xã hội một cách có lý do và sự tự tin

4 Tóm tắt nội dung học phần

Nội dung chương trình gồm 5 chương:

Chương 1: Chức năng phân loại phương pháp quang

Chương 2: Các định luật cơ sở của sự hấp thu ánh sáng

Chương 3: Phổ hấp thu và các phản ứng tạo thành hợp chất màu

Chương 4: Các phương pháp đo cường độ màu của dung dịch

Chương 5: Phương pháp quang phổ vi sai

Chương 6: Ứng dụng phổ hấp thu để nghiên cứu cân bằng trong dung dịch

5 Nội dung chi tiết học phần

CHƯƠNG 1: CHỨC NĂNG VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG

1.1 Chức năng

1.2 Bản chất của sự hấp thụ ánh sáng

1.3 Màu sắc và phổ hấp thụ

1.3.1 Cảm nhận màu sắc

1.3.2 Sự liên hệ giữa màu sắc và phổ hấp thụ

1.3.3 Đặc trưng năng lượng của các miền quang phổ

1.4 Phân loại các phương pháp trắc quang

1.4.1 Các phương pháp so màu bằng mắt

1.4.2 Các phương pháp so màu quang điện

1.4.3 Các phương pháp so màu quang phổ

CHƯƠNG 2: CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ CỦA SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG

2.1 Định luật Bughe- Lambert

2.5 Các nguyên nhân làm sai lệch định luật Lambert- Beer

2.6 Ảnh hưởng của ion lạ đến màu sắc của dung dịch và cách loại trừ

2.6.1Khái niệm Ion lạ

2.6.2 Nguyên nhân ion lạ cản trở phép phân tích

2.6.3 Các biện pháp loại trừ ion lạ

2.7 Độ chính xác của phép đo mật độ quang

2.7.1 Độ truyền quang (T)

2.7.2 Độ chính xác của phép đo mật độ quang

CHƯƠNG 3: PHỔ HẤP THỤ VÀ CÁC PHẢN ỨNG TẠO THÀNH HỢP CHẤT MÀU

Trang 7

3.1 Cách biểu diễn một phổ hấp thụ

3.1.1 Các cách biểu diễn

3.1.2 Nửa bề rộng của vạch phổ hấp thụ

3.1.3 Ý nghĩa của phổ hấp thụ ánh sáng trong phân tích trắc quang

3.2 Sự xen phủ giữa 2 phổ hấp thụ và sự đẳng quang

3.3 Đo mật độ quang khi hệ chứa 2 cấu tử có màu

3.4 Các tiêu chuẩn thuốc thử hữu cơ dùng trong phân tích trắc quang

3.5 Nghiên cứu các phản ứng tạo phức màu

CHƯƠNG IV: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CƯỜNG ĐỘ MÀU CỦA DUNG DỊCH.274.1 Các phương pháp so màu bằng mắt

4.1.1 Phương pháp pha loãng

4.1.2 Phương pháp chuẩn độ so màu

4.1.3 Phương pháp dãy tiêu chuẩn

4.1.4 Phương pháp cân bằng

4.2 Các phương pháp so màu quang điện

4.2.1 Hiệu ứng quang điện

4.2.4 Sắc kế một tế bào quang điện

4.2.5 Sắc kế 2 tế bào quang điện

4.3 Các phương pháp so màu quang phổ

4.3.1 Nguyên tắc hoạt động và cách đo

4.3.2 Các cuvet dùng trong các máy so màu quang phổ

4.4 Xác định nồng độ bằng phương pháp so màu quang điện và quang phổ

4.4.1 Phương pháp đường chuẩn

4.4.1.1 Xây dựng đường chuẩn

4.4.1.2 Tính lượng chất phân tích theo đường chuẩn

4.4.2 Tính lượng chất phân tích theo hệ số hấp thụ phân tử

4.5 Ưu điểm của các phương pháp so màu quang điện và quang phổ

4.6 Xác định pH theo phương pháp so màu

CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ VI SAI

5.1 Bản chất của phương pháp

5.2 Các phương pháp đo phổ vi sai

5.1.1 Phương pháp đường chuẩn

5.1.1.1 Xây dựng đường chuẩn

5.1.1.2 Xác định nồng độ của nguyên tố cần xác định trong dung dịch nghiên cứu5.2.2 Phương pháp tính toán

5.2.2.1 Phương pháp đại số

5.2.2.2 Phương pháp thêm

5.3 Ứng dụng của phương pháp quang phổ vi sai

CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG PHỔ HẤP THỤ ĐỂ NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG

TRONG DUNG DỊCH

6.1 Xác định thành phần của phức

6.1.1 Phương pháp hệ đồng phân tử gam hay phương pháp biến đổi liên tục (phương pháp Oxtomuxlenco – Jole)

6.1.2 Phương pháp tỷ số mol: (Phương pháp đường cong bão hòa)

6.1.3 Phương pháp hiệu xuất tương đối của Staric Badanen

6.1.4 Phương pháp chuyển dịch cân bằng

6.2 Xác định hệ số hấp thụ phân tử theo phương pháp Cama

PHẦN BÀI TẬP

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Đình Dốc Bài giảng môn phân tích Hóa lý Đại học Quy Nhơn (2003) [2] Hồ Viết Quý Phân tích lý hóa Nhà xuất bản giáo dục (2000).

[3] Lương Công Quang Bài giảng môn phân tích công cụ Trường cao đẳng Công

nghiệp Tuy Hòa (2008)

[4] Võ Anh Khuê Luận Văn thạc sỹ hóa học Trường đại học Đà Lạt (2009).

[5] Nguyễn Văn Tài Luận văn thạc sỹ hóa học Trường đại học Đà Lạt (2007).

[6] Trương thị Diễm Phương Luận văn thạc sỹ hóa học Trường đại học Đà Lạt

(2007)

Trang 9

thuyết Bài tập Thảo luận

HÌNH THỨC TỔ CHỨC DẠY HỌC YÊU CẦU SINH

VIÊN CHUẨN

BỊ TRƯỚC KHI LÊN LỚP

1.4.3 Các phương pháp so màu quang phổ

CHƯƠNG 2: CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ

2.6.1Khái niệm Ion lạ

2.6.2 Nguyên nhân ion lạ cản trở phép

phương pháp phân tích quang trang 8 đến 15

Trang 11

3.4 Các tiêu chuẩn thuốc thử hữu cơ dùng

trong phân tích trắc quang

3.5 Nghiên cứu các phản ứng tạo phức

màu

CHƯƠNG IV: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO

CƯỜNG ĐỘ MÀU CỦA DUNG DỊCH 27

4.1 Các phương pháp so màu bằng mắt

4.1.1 Phương pháp pha loãng

4.1.2 Phương pháp chuẩn độ so màu

4.1.3 Phương pháp dãy tiêu chuẩn

4.1.4 Phương pháp cân bằng

Tuần 4 4.2 Các phương pháp so màu quang điện

4.2.1 Hiệu ứng quang điện

4.2.4 Sắc kế một tế bào quang điện

4.2.5 Sắc kế 2 tế bào quang điện

4.3 Các phương pháp so màu quang phổ

4.3.1 Nguyên tắc hoạt động và cách đo

4.3.2 Các cuvet dùng trong các máy so

màu quang phổ

4.4 Xác định nồng độ bằng phương pháp

so màu quang điện và quang phổ

4.4.1 Phương pháp đường chuẩn

trình phương pháp phân tích quang trang 26 đến 31

4.4.1.1 Xây dựng đường chuẩn

4.4.1.2 Tính lượng chất phân tích theo

đường chuẩn

4.4.2 Tính lượng chất phân tích theo hệ số

hấp thụ phân tử

4.5 Ưu điểm của các phương pháp so màu

quang điện và quang phổ

4.6 Xác định pH theo phương pháp so màu

Tuần 5

CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP QUANG

PHỔ VI SAI

5.1 Bản chất của phương pháp

5.2 Các phương pháp đo phổ vi sai

5.1.1 Phương pháp đường chuẩn

5.1.1.1 Xây dựng đường chuẩn

phương pháp phân tích quang trang 33 đến 36

Tuần 6 CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG PHỔ HẤP

THỤ ĐỂ NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG

TRONG DUNG DỊCH

6.1 Xác định thành phần của phức

6.1.1 Phương pháp hệ đồng phân tử gam

hay phương pháp biến đổi liên tục (phương

pháp Oxtomuxlenco – Jole)

6.1.2 Phương pháp tỷ số mol: (Phương

trình phương pháp phân tích quang trang 7 đến 24

Trang 13

pháp đường cong bão hòa)

6.1.3 Phương pháp hiệu xuất tương đối của

phương pháp phân tích quang trang 1 đến 2

Tuần 8 Xác định hàm lượng SO42- trong muối

Đọc giáo trình thực hành

phương pháp phân tích quang trang 2 đến 4

Đọc giáo trình thực hành

phương pháp phân tích quang trang 4 đến 5

Tuần

Đọc giáo trình thực hành

phương pháp phân tích quang trang 5 đến 6

8 Chính sách đối với học phần và các yêu cầu khác của giảng viên

8.1 Giảng viên

Xây dựng đề cương học phần đến từng bài theo mỗi tuần

Khái quát mục tiêu, những nội dung chính của bài học (cấu trúc tri thức) trong giờ lý thuyết

Xác định câu hỏi và bài tập của học phần, hướng dẫn sinh viên làm bài tập trên lớp và bài tập ở nhà theo nhóm (các câu hỏi và bài tập phải sát với nội dung của bài học)

Giới thiệu giáo trình để sinh viên đọc trước khi nghe giảng lý thuyết và làm bài tập, giúp sinh viên xác định tài liệu cần đọc thêm

Đánh giá kết quả học tập của sinh viên

8.2 Sinh viên

Lập kế hoạch học tập cho đến từng bài theo mỗi tuần, nắm bắt và thực hiện các yêu cầu của học phần, bài học, giờ học; xác định và đọc trước các tài liệu theo hướng dẫn để chuẩn bị cho việc nghe giảng lý thuyết và làm bài tập

Dự giờ nghe giảng lý thuyết, ghi chép đầy đủ mục tiêu và nội dung chính của bài học, những yêu cầu tự học và chuẩn bị bài tập theo hướng dẫn của giảng viên

Làm đầy đủ các bài tập theo hướng dẫn của giảng viên

Tham dự đầy đủ các giờ làm bài tập trên lớp và làm bài tập theo nhóm, trình bày bài tập của nhóm theo phân công

Làm đầy đủ bài kiểm tra giữa kỳ và bài thi cuối học kỳ

9 Phương pháp, hình thức kiểm tra - đánh giá kết quả học tập học phần

Phân chia các mục tiêu cho từng hình thức kiểm tra - đánh giá

9.1 Kiểm tra – đánh giá thường xuyên: 10% = 1,0 điểm

9.2 Kiểm tra - đánh giá định kì: Bao gồm các phần sau (trọng số của từng phần do giảng

viên đề xuất, chủ nhiệm bộ môn thông qua): 30% = 3,0 điểm

- Tham gia học tập trên lớp (đi học đầy đủ, chuẩn bị bài tốt và tích cực thảo luận, …): 10%

- Phần tự học, tự nghiên cứu (hoàn thành tốt nội dung, nhiệm vụ mà giảng viên giao cho

cá nhân /tuần; bài tập nhóm /tháng; bài tập cá nhân/ học kì, …): 10%

- Hoạt động theo nhóm: 10%

- Kiểm tra - đánh giá giữa kì: 50%

- Các kiểm tra khác: 30%

9.3 Thi cuối kỳ: 70% = 7,0 điểm

9.4 Lịch trình kiểm tra định kỳ, thi cuối kỳ:

- Kiểm tra giữa kỳ: tuần thứ 4

- Thi cuối kỳ: sau tuần thứ 10; thi lần 2: sau tuần thứ 12

Trang 15

CHƯƠNG 1 CHỨC NĂNG VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP TRẮC

QUANG

1.1 CHỨC NĂNG

Phân tích trắc quang là phương pháp phân tích quang học dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một chất xác định ở một vùng phổ nhất định Trong phương pháp này, chất phân tích được chuyển thành một hợp chất có khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng

Phân tích trắc quang là một phương pháp phổ biến và quan trọng để xác định hàm lượng các nguyên tố, các chất và hợp chất trong nhiều đối tượng khác nhau

Ưu điểm của phương pháp này là nhanh, thuận lợi, thiết bị không phức tạp nhưng

có độ chính xác, độ nhạy, độ đúng tương đối cao nên thường được dùng để xác định hàm lượng bé cũng như hàm lượng lớn của các chất, nguyên tố trong nhiều đối tượng nghiên cứu khác nhau và được sử dụng rộng rãi trong nhiều phòng thí nghiệm nghiên cứu, phân tích

Phản ứng hóa học tạo ra hợp chất màu đóng một vai trò quan trọng trong phân tích trắc quang, vì nó quyết định độ nhạy, độ đúng, độ chính xác của phương pháp

1.2 BẢN CHẤT CỦA SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG

Khi không có ánh sáng kích thích thì các electron ở trạng thái cơ bản (trạng thái

có mức năng lượng thấp nhất E0) Khi chiếu chùm tia sáng vào chất màu thì các electron chuyển từ mức năng lượng E0 lên mức năng lượng cao hơn E1, E2, E3,…(trạng

thái kích thích) nhưng ở thời gian không lâu khoảng 10-8 giây thì năng lượng thừa ∆E

được giải phóng bằng nhiều cách khác nhau: nhiệt, ánh sáng để trở về mức có năng lượng thấp hơn

Độ nhạy, độ đúng, độ chính xác của một phép phân tích trắc quang phụ thuộc vào

Màu phổ bị hấp thụ + Màu bổ sung → màu trắng

Ví dụ: Nếu hấp thụ tia màu chàm trong ánh sáng trắng thì màu vàng là màu bổ sung

Đồng hồ màu:

Trang 17

Ánh sáng trắng

Tím Tía

Đỏ

Da cam

Vàng

Chàm

Lam

LơLục

560

730760

605

595

580

Trong đồng hồ màu, các màu nằm đối diện với nhau thì bổ sung cho nhau Khi ánh sáng trắng chiếu vào dung dịch màu thì dung dịch màu sẽ hấp thụ một màu phổ nào đó và ta nhìn thấy màu bổ sung của màu phổ đó Như vậy màu quan sát thấy của dung dịch chính là màu bổ sung của màu phổ đã bị dung dịch hấp thụ.

Trong các máy so màu quang điện, thì màu quan sát thấy của kính lọc sáng chính

là màu phổ Vì cảm giác màu mang tính chủ quan của con người nên có thể sai lệch

1.3.2 Sự liên hệ giữa màu sắc và phổ hấp thụ

Ánh sáng là một loại bức xạ điện từ có độ dài của bước sóng khác nhau hoặc là một chùm photon có năng lượng khác nhau Những dao động điện từ quan trọng nhất đối với phân tích trắc quang có độ dài sóng sau đây:

Miền phổ tử ngoại (UV)

Miền phổ khả kiến (VIS)

Miền phổ hồng ngoại và bước sóng dàiCác dung dịch màu thường hấp thụ ánh sáng chọn lọc ở một miền phổ nhất định, các dung dịch màu khác nhau hấp thụ cực đại ở những miền phổ khác nhau

1.3.3 Đặc trưng năng lượng của các miền quang phổ

Khi hấp thụ ánh sáng, năng lượng bên trong (nội năng) của hệ tăng vọt từ E0 lên mức E1 cao hơn Phần năng lượng được hấp thụ tức là lượng photon, nó tỷ lệ với tần

1

.λ= = 7

ν

=> ν =

nm

107

λ

Mối liên hệ giữa bước sóng (cm), số sóng (cm-1) và năng lượng của photon ∆E

của các miền quang phổ được tính theo công thức:

nm

.10.3.10.62,6hEE)

eV

(

E

17 27 0

.2,4.nm

10.023,6.10.3.10.62,6)mol/kcal

(

λ

=λ

Năng lượng photon thuộc miền sóng ngắn rất lớn nên khi hấp thụ ánh sáng, phân

tử cần đo được kích thích mạnh có thể tham gia phản ứng hóa học Năng lượng photon

ở miền phổ khả kiến và vùng tử ngoại gần xấp xỉ năng lượng liên kết (chẳng hạn, năng lượng photon ứng với bước sóng bằng 300nm là 95kcal/mol xấp xỉ với nhiệt hình thành của CO2 là 94 kcal/mol) Như vậy các dao động điện từ có thể chuyển các electron liên kết lên mức năng lượng cao hơn Nếu các nguyên tử, phân tử ở trạng thái kích thích có liên kết rất bền, nó chỉ bị kích thích bởi các photon thuộc miền tử ngoại Liên kết kém bền hơn chỉ có thể được kích thích bởi các photon thuộc miền khả kiến Còn năng lượng photon thuộc miền hồng ngoại rất bé chúng không thể dùng để kích thích các điện tử hóa trị gây ra phản ứng hóa học mà chỉ gây ra chuyển động dao và chuyển động quay của các nguyên tử trong phân tử cũng như dao động của các phân tử quanh trục của nó,

1.4 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG

Chia làm 3 nhóm phương pháp

1.4.1 Các phương pháp so màu bằng mắt

Trang 19

Mắt người là công cụ để thực hiện cân bằng nổi và để xác định nồng độ các hợp chất màu Việc thực hiện sự cân bằng cường độ màu các dung dịch có thể thực hiện theo một trong các phương pháp sau:

- Phương pháp pha loãng

- Phương pháp dãy màu tiêu chuẩn

- Phương pháp chuẩn độ so màu

- Phương pháp cân bằng

Ưu điểm của phương pháp là thực hiện nhanh, đơn giản, không đòi hỏi các thiết

bị phức tạp, đắt tiền Nhưng nhược điểm là độ nhạy, độ đúng, độ chính xác của phép phân tích không cao do phụ thuộc vào mắt người quan sát, phụ thuộc vào suy nghĩ chủ quan và kinh nghiệm của người phân tích

1.4.2 Các phương pháp so màu quang điện

Các phương pháp so màu quang điện dùng các máy có tế bào quang điện Trong phương pháp này việc cân bằng cường độ màu không phải thực hiện bằng mắt mà dùng các máy có chứa các tế bào quang điện các phương pháp so màu quang điện được chia thành nhiều loại: Sắc kế một tế bào quang điện, sắc kế 2 tế bào quang điện

1.4.3 Các phương pháp so màu quang phổ

Trong các phương pháp so màu quang phổ sự giảm cường độ dòng sáng sau khi

đi qua các dung dịch màu được đo bằng các máy quang phổ hoàn chỉnh có cấu trúc phức tạp Trong các máy quang phổ hấp thụ phân tử thay cho các kính lọc sáng (so màu quang điện) người ta dùng các thiết bị đặc biệt như lăng kính thạch anh, màng cách tử Các thiết bị này cho phép tách nguồn ánh sáng ban đầu thành nguồn ánh sáng hoàn toàn đơn sắc ứng với bước sóng xác định mà tại đó dung dịch màu hấp thụ ánh sáng là cực đại

- Ánh sáng đa sắc là một chùm foton có năng lượng và bước sóng khác nhau

- Ánh sáng đơn sắc là một chùm foton có cùng năng lượng và bước sóng

CHƯƠNG 2 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ CỦA SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG

2.1 ĐỊNH LUẬT BUGHE – LAMBERT

Giả thiết chiếu một chùm sáng đơn sắc có cường độ I0 đi qua một dung dịch đồng nhất l (cm) Dòng sáng đơn sắc I0 chiếu qua dung dịch màu bao gồm các thành phần:

Ia : Cường độ dòng sáng bị hấp thụ bởi dung dịch màu

Ir: Cường độ dòng sáng bị phản xạ bởi thành cuvet và dung môi

Il ; Cường độ dòng sáng ló ra khỏi dung dịch màu

Như vậy: I0 = Ia + Ir + Il

Trong thực tế phân tích trắc quang khi đo mật độ quang thì dung dịch so sánh (mẫu trắng) và dung dịch nghiên cứu được chuẩn bị trong dung môi như nhau và đựng trong 2 cuvet hoàn toàn như nhau Vì vậy mà giá trj Ir bị triệt tiêu hoàn toàn khi đo.Giả sử lớp dung dịch đồng nhất l (cm) được chia ra nhiều lớp mỏng vô tận dl (cm), dòng ánh sáng đơn sắc có độ dài bước sóng là λ khi chiếu vào lớp mỏng dung dịch này thì cường độ dòng sáng bị giảm đi một lượng là dI (do có sự hấp thụ của lớp dung dịch màu dl)

Độ giảm tương đối của cường độ ánh sáng dI/I tỉ lệ với bề dày dl mà dòng sáng

đi qua nên ta có:

Kdl

I

dI =

−

(Trong đó K là hệ số hấp thụ ánh sáng của môi trường)

Trang 21

L (cm)

I0

I' r

Il

Ir

Ia

ì dI < 0, K, dl,I >0 nên trong công thức trên có dấu âm.⇔ Kdl

Phát biểu định luật: Lượng tương đối của dòng ánh sáng bị hấp thụ bởi môi

trường mà nó đi qua không phụ thuộc vào cường độ tia tới Mỗi một lớp bề dày như nhau hấp thụ một phần ánh sáng đơn sắc đi qua dung dịch như nhau

101

2.3 ĐỊNH LUẬT HỢP NHẤT BUGHE - LAMBERT- BEER

Qua 2 biểu thức định lượng của 2 định luật trên, cho thấy đại lượng mật độ quang

A tỷ lệ bậc nhất với bề dày l của dung dịch và nồng độ chất hấp thụ Đồng nhất 2 định luật trên ta có biểu thức định lượng:

Nếu ε bé thì C lớn, điều này có nghĩa là chỉ phát hiện cấu tử đó ở nồng độ lớn

nên độ nhạy thấp

Nếu ε lớn thì C nhỏ, điều này có nghĩa là có thể phát hiện cấu tử đó ở nồng độ

nhỏ nên độ nhạy cao

2.4 ĐỊNH LUẬT CỘNG TÍNH

2.4.1 Nội Dung

Phát biểu: Ở bước sóng đã cho mật độ quang của hỗn hợp các cấu tử không

tương tác hóa học với nhau bằng tổng mật độ quang của các cấu tử riêng biệt ở cùng bước sóng này

có nồng độ tương ứng là C1, C2, C3 không tương tác hóa học với nhau và cùng có khả năng hấp thụ ánh sáng Để xác định nồng độ của chúng thì trước hết chọn 3 bước sóng

mà ở đó các hệ số hấp thụ phân tử là đủ lớn (thường là cực đại) Tiến hành đo mật độ quang của hỗn hợp tại các giá trị λ1, λ2, λ3.

Tại λ1: Ah1 11lC1 21lC2 31lC3

2

λ λ

λ λ

1 Sự có mặt của các chất điện giải lạ trong dung dịch nó làm biến dạng các phân

tử màu → Thay đổi độ hấp thụ làm lệch khỏi định luật Beer.

VD: phản ứng ion KL + Thuốc thử hữu cơ → phức màu

Nếu có ion lạ ⇒ Thay đổi lượng phức màu.

2 Ảnh hưởng của hiệu ứng sonvat hóa hay hidrat hóa: Nó làm thay đổi nồng độ phần mol của dung môi → Nồng độ chất màu cũng thay đổi → độ hấp thụ thay đổi→

lệch định luật Lambert-Beer

3 Ảnh hưởng của hiệu ứng liên hợp: Trong một số trường hợp bản thân của chất hấp thụ xảy ra hiện tượng polime hóa (ở khoảng nồng độ cao) nó làm thay đổi nồng độ hấp thụ nên lệch khỏi định luật Lambert - Beer

4 Ảnh hưởng mức độ đơn sắc của ánh sáng

Nếu chiếu vào chất màu ánh sáng:

- Tuyệt đối đơn sắc thì không lệch khỏi định luật Lambert-Beer

- Không tuyệt đối đơn sắc hoặc đa sắc thì lệch khỏi định luật Lambert-Beer

5 Ảnh hưởng pH của dung dịch: Xét 4 trường hợp

d Khi tăng pH (đến môi trường bazơ mạnh) thì thường xảy ra quá trình cạnh tranh giữa phức màu và phức hidroxo  làm thay đổi nồng độ phức màu  thay đổi

độ hấp thụ nên làm lệch khỏi định luật lambert- Beer

6 Ảnh hưởng của sự pha loãng

Khi pha loãng dưng dịch phức màu thì làm tăng độ phân li của phức màu, làm giảm nồng độ của chất hấp thụ ánh sáng -> làm lệch định luật Beer

a Pha loãng phức màu bằng dung môi không có lượng dư thuốc thử

- Giả sử dung dịch phức màu có nồng độ ban đầu là C, độ điện li α Tiến hành

pha loãng dung dịch phức màu nhiều lần, mỗi lần bằng một thể tích dung môi như nhau và bằng thể tích dung dịch ban đầu

Sau lần pha loãng thứ nhất phức màu có nồng độ C1 và độ điện ly α1.

Sau lần pha loãng thứ hai phức màu có nồng độ C2 và độ điện ly α2.

………

Sau lần pha loãng thứ n phức màu có nồng độ Cn và độ điện ly αn.

Xét cân bằng phân ly của phức màu:

MR  M + R Ban đầu C 0 0

CMR

n

α = α n (**)

Gọi ∆là độ lệch khỏi định luật Lambert-Beer.

Ta có A tỉ lệ thuận vớ [MR] nên A tỉ lệ thuân với 1 - α

- Nồng độ phức ban dầu không quá bé

- Số lần pha loãng phải vừa phải

b Pha loãng phức màu bằng dung môi với lượng dư thuốc thử (dư p phần)

Giả sử nồng độ ban đầu của kim loại là CM nồng độ của thuốc thử là CR, phức màu có độ điện li là α Tiến hành pha loãng phức màun lần, mỗi lần bằng một lượng

dung môi như nhau và bằng thể tích dung dịch phức màu ban đầu

Xét cân bằng phân li của phức màu:

MR  M + R Ban đầu C 0 pC

1

)p(CMR

RM

Tương tự lập luận như phần a ta tính được: αn=nα

- Kkb càng bé hay phức càng bền thì pha loãng càng tốt

- Nồng độ ban đầu của phức không quá bé

- Số lần pha loãng phải vừa phải

c Pha loãng phức màu bằng một dung dịch thuốc thử có nồng độ hằng định

Xét cân bằng phân ly của phức màu:

MR  M + R Ban đầu C 0 a

RM

Mà Kkb, a là hằng số nên khi pha loãng α là hằng số Nên trường hợp này không

làm lệch định luật Lambert-Beer Nhưng trong thực tế rất khó thực hiện điều kiện khi pha loãng mà nồng độ thuốc thử là hằng định

* Kết luận: Để hạn chế những ảnh hưởng trên khi phân tích so màu, người tiến hành thực nghiệm cần phải:

- Chọn những tia đơn sắc thích hợp hay chọn bước sóng tối ưu khi phân tích trắc quang trên máy quang phổ

Ví dụ 1: Khi phân tích chlorophyll ta chọn bước sóng tối ưu ở 430nm hoặc ở 660nm Nhưng chọn ở 430nm tốt hơn do có độ nhạy của phép phân tích cao hơn

Ví dụ 2: Khi phân tích carotene chọn bước sóng tối ưu ở 448nm hoặc 474nm Nhưng ở 448nm thì nhạy hơn do có mật độ quang lớn hơn.

Ví dụ 3: Nếu trong dung dịch có cả chlorophyll và caroten thì khi đo chlorophyll nên đo ở bước sóng tối ưu là 660nm (tại bước sóng này caroten không cản trở) Nếu đo caroten thì đo ở 474nm (tại bước sóng này chorophyll cản trở ít)

- Chọn thuốc thử và xác định lượng thuốc thử thích hợp

- Chọn giá trị pH tối ưu

- Đối với những dung dịch màu kém bền cần chú ý đến sự pha loãng

- Cần chuẩn bị dung dịch nghiên cứu, dung dịch tiêu chuẩn, mẫu trắng (phương pháp so màu bằng máy) phải song song và trong những điều kiện giống nhau hoàn toàn,…

Trang 29

2.6 ẢNH HƯỞNG CỦA ION LẠ ĐẾN MÀU CỦA DUNG DỊCH VÀ CÁCH LOẠI TRỪ

Phương pháp phân tích đo màu thường dùng để xác định một phân tử hay một ion trong một đối tượng phức tạp Khi phân tích sau khi hòa tan mẫu cân được một dung dịch, trong đó ngoài cấu tử cần xác định, còn có nhiều cấu tử khác gây cản trở phép phân tích cấu tử chính

2.6.1 Khái niệm:

Ion lạ hay chất lạ: Là những ion (chất) gây cản trở phép phân tích.

Ví dụ khi phân tích Fe3+ bằng thuốc thử SCN- thì Co2+ cản trở phép phân tích Người

ta gọi Co2+ là ion lạ Ngược lại nếu phân tích Co2+ bằng SCN- mà trong dung dịch có

Fe3+ thì gọi Fe3+ là ion lạ

2.6.2 Nguyên nhân ion lạ cản trở phép phân tích

- Do ion lạ có màu riêng Ví dụ phân tích Co2+ có màu hồng, bị Ni2+ màu xanh lục cản trở

- Do ion lạ tác dụng với thuốc thử tạo phức có màu hay không màu

- Do ion lạ tác dụng với ion cần xác định

Do đó trong phân tích trắc quang cần phải loại bỏ ảnh hưởng của các ion lạ đến màu sắc của dung dịch Để loại trừ ảnh hưởng này, chúng ta có thể sử dụng phương pháp vật lý hay hóa học

2.6.3 Các biện pháp loại trừ ion lạ

- Chất che phải không màu

- Phức của chất che với ion lạ phải không màu và bền hơn phức giữa ion lạ với thuốc thử

Ví dụ: Khi định lượng Co2+ bằng thuốc thử SCN- theo phương pháp trắc quang thì

bị Fe3+ cản trở phép phân tích Co2+ Do :

Co2+ + SCN- Co(SCN)2 màu xanh

2.6.3.3 Làm thay đổi hóa trị của ion lạ

Bằng cách này đơn giản không có giá trị tổng quát như các phương pháp trên nhưng trong một số trường hợp hay được sử dụng trong thực tế

Ví dụ: Xác định Ni2+ bằng đimetylglioxxim (C4H8O2N2) khi có mặt của Fe2+, ta loại trừ ảnh hưởng của nó bằng cách oxy hóa Fe2+ thành Fe3+

Khi ion lạ có màu riêng nó sẽ gây ảnh hưởng rất lớn cho việc phân tích đo màu, trường hợp này rất phức tạp và gây nhiều khó khăn Để loại trừ ảnh hưởng của các ion lạ này, ta thường dùng phương pháp hóa học để tách như kết tủa, chiết, sắc ký trao đổi ion,….

Tuy nhiên trong nhiều trường hợp không cần phải tách mà đo cường độ màu của dung dịch bằng phương pháp dãy màu tiêu chuẩn và bổ chính là đơn giản và tiện lợi Nếu cực đại hấp thụ ánh sáng của chất cần xác định với các ion lạ khác nhau khá xa Ngoài ra đo bằng máy ta vẫn thu được kết quả tốt, trước tiên ta đo mật độ quang của dung dịch khi chưa thêm thuốc thử ở vùng phổ hấp thụ cực đại của phức màu cần xác định là A 1 Sau đó ta thêm thuốc thử vào và lại đo mật độ quang tại vùng phổ đó được A 2 Hiệu số A 2 -A 1 tỷ lệ với nồng độ của cấu tử cần định lượng.

Khi xác định các cation bằng phương pháp đo màu cần kể đến sự có mặt của các anion có khả năng tạo với ion cần xác định, những hợp chất ít phân li hay phức Loại

bỏ ảnh hưởng của các anion thường dễ hơn là loại bỏ cation, hơn thế nữa anion thường được đưa vào cùng với dung môi, mà lựa chọn dung môi trong chừng mực nhất định lại tùy thuộc vào người phân tích.

Các anion thường gây ảnh hưởng cho việc xác định đo màu là Cl - , SO 4 2- ,

….Chúng thường liên kết với cation cần xác định tạo thành các phức không màu dẫn đến phức giữa ion cần xác dịnh với thuốc thử không hoàn toàn Thông thường để giảm ảnh hưởng của các anion kể trên, người ta thêm lượng ion lạ vào dung dịch tiêu chuẩn đúng bằng lượng ion đó trong dung dịch khảo sát.

Trang 31

Nếu loại trừ ion lạ bằng các phương pháp trên mà vẫn không có hiệu quả thì ta phải dùng phương pháp tách ion cần xác định ra khỏi ion lạ Có 3 cách tách thường dùng nhất là kết tủa và cộng kết, chiết.

2.6.3.4 Tách bằng phương pháp kết tủa

Phương pháp đo màu thường dùng để xác định một lượng nhỏ nguyên tố nào đó trong một lượng lớn các chất khác Nên muốn tách bằng phương pháp kết tủa ta phải tách theo nguyên tắc là kết tủa nguyên tố cần định lượng, chứ không phải kết tủa ion

lạ Bởi vì nếu kết tủa lượng lớn các chất cản trở sẽ kéo theo nguyên tố cần định lượng kết tủa theo (cộng kết) Do đó mất một lượng nguyên tố cần định lượng

Tách bằng phương pháp kết tủa thường cho kết quả âm và chỉ dùng khi không còn có phương pháp nào tốt hơn

2.6.3.5 Tách ion lạ (chất lạ) bằng phương pháp chiết

Ví dụ : để tách và làm giàu ion Pb2+ trong mẫu nước, dùng thuốc thử đithizone cho vào mẫu nước, phức chì đithizonat sinh ra được chiết bằng dung môi CCl4

=> T% = 102-A

2.7.2 Độ chính xác của phép đo mật độ quang

Giả sử có một máy đo nào đó, ứng với mọi phép đo, độ truyền quang T gây nên sai số dT dẫn đến sai số mật độ quang dA tương ứng khác nhau Tùy thuộc dA tương ứng với miền nào của giá trị mật độ quang đo được Mặt khác A phụ thuộc tuyến tính vào C nên kết quả là với cùng một sai số dT của máy tại các miền đo khác nhau có thể gây sai số dC khác nhau Do đó, sai số tương ứng

C

C

∆

sẽ khác nhau

l303

,

2

Tln

=ε

−

lấy vi phân ta được: dC = 2,303dTεlT

=>

Tln.T

dTC

dC = hay

T.Tlg

T434,0Tln.T

TC

trong suốt khoảng giá trị

có thể có của T ( từ 0 đến 1) với sai số ∆T cho trước Kết quả khảo sát được biểu diễn bằng đồ thị sau:

Vậy với giá trị mật độ quang là 0,434 thì phép đo sẽ có sai số tương đối nhỏ nhất hay giá trị đo được chính xác nhất

CHƯƠNG 3 PHỔ HẤP THỤ VÀ CÁC PHẢN ỨNG TẠO THÀNH HỢP

λ - '

2 / A

λ

Đối với một số phân tử đơn giản thì nửa bề rộng của vạch phổ hấp thụ là khoảng 80nm – 100nm, các phổ phức tạp thì thường có nhiều vạch phổ chúng có thể xen phủ lên nhau

3.1.3 Ý nghĩa của phổ hấp thụ ánh sáng trong phân tích trắc quang

2 / A

λ