Bài giảng các phương pháp phân tích công cụ

PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐO QUANG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐO QUANG Theo nguyên tắc chung, để xác định một chất bất kì, ta có thể tìm cách đo một tính hiệu bất kì có quan hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với chất đó. Phương pháp phân tích đo quang có nhiệm vụ nghiên cứu cách xác định các chất dựa trên việc đo đạc những tín hiệu bức xạ điện từ và tác dụng tương hỗ của bức xạ này với chất nghiên cứu. Các phương pháp phân tích đo quang cổ điển chỉ mới dựa trên quan hệ của những ánh sáng khả kiến – VIS (tức là vùng bức xạ nhạy cảm với mắt người có bước sóng 400 – 700 nm) với chất nghiên cứu nên vẫn thường được gọi là phương pháp so màu. Ngày nay, phương pháp phân tích đo quang đã đực dùng để khảo sát cả một vùng bức xạ điện từ rộng lớn từ tử ngoại (có vùng bước sóng từ 10 nm) đến hồng ngoại (102 cm), và có thể tới các vùng có bước sóng bé hơn nữa (như ở các phương pháp phổ tia X và tia ) hoặc các vùng có bước sóng lớn hơn nữa (như ở các phương pháp cộng hưởng spin – electron – miền sóng viba – và cộng hưởng từ hạt nhân) 1. ĐẶC TÍNH CỦA BỨC XẠ ĐIỆN TỪ Như đã biết, ánh sáng có thể được mô tả theo tính chất sóng và theo tính chất hạt. Khi mô tả tính chất sóng của ánh sáng ta thường dùng các thuật ngữ bước sóng và tần số . Bức xạ điện từ mô tả theo tính chất sóng có thể được hình dung như một tổ hợp của một trường dao động điện E và một từ trường M vuông góc với nhau và chuyển động với một vận tốc không đổi ở một môi trường nhất định. Trong chân không thì vận tốc này chính là vận tốc của ánh sáng. Có thể hình dung tính chất sóng của ánh sáng như hình bên dưới. Bước sóng là khoảng cách giữa hai đỉnh sóng kề nhau. Bước sóng có thể được biểu diễn bằng số centimet, nhưng với các bước sóng bé người ta hay dùng đơn vị nanomet (nm, 1nm = 109 m hay 107 cm) hoặc đơn vị angstrom, Tần số là số lần đếm được đỉnh sóng đi qua một khoảng không gian nhất định trong một đơn vị thời gian khi quan sát viên ngồi ở một vị trí nào đó. Đơn vị của tần số là hec (Hz) biểu thị số pic đi qua mỗi giây. Giữa bước sóng và tần số có mối quan hệ sau đây : Bước sóng (cmpic) x tần số (pics) = vận tốc (cms) Như vậy bước sóng và tần số tỉ lệ nghịch nhau. Ngoài bước sóng và tần số người ta còn dùng một đơn vị khác nhau là số sóng. Đây là số nghịch đảo của bước sóng (1 ) được biểu diễn bằng đơn vị nghịch đảo của centimet (cm1). Như vậy số sóng tỉ lệ thuận với tần số và được kí hiệu là . Tính chất hạt của ánh sáng được mô tả dưới dạng những đơn vị năng lượng mang tên photon. Năng lượng của một photon gắn liền với một sóng điện từ tỉ lệ thuận với tần số của sóng. Nếu kí hiệu năng lượng là E thì ta có hệ thức : Trong đó h là hằng số tỉ lệ (hằng số Planck) có giá trị bằng 6,63.1034 J.s hoặc 6,63.1027 ecs Như vậy, năng lượng biểu thị hằng số jun hoặc ec đối với mỗi photon. Mỗi mol photon được gọi là là Einstein có năng lượng bằng Nhv trong đó N là số Avogadro. Đương nhiên cách biểu thị này phải dựa trên giả thiết là mọi photo đều phải có cùng tần số và các photon này được gọi là “đơn sắc” (vì chúng có cùng bước sóng nên mới có cùng tần số). Tương tác của bức xạ điện từ với một chất có thể được thể hiện một cách đại cương ở hai quá trình: quá trình hấp thụ, trong trường hợp bức xạ điện từ tới từ nguồn bị chất nghiên cứu hấp thụ và cường độ bức xạ sẽ bị giảm đi, và quá trình phát xạ, trong trường hợp chất nghiên cứu cũng phát ra bức xạ điện từ và vì vậy sẽ làm tăng cường độ bức xạ phát ra từ nguồn. Quá trình hấp thụ thường xảy ra khi phân tử chất nghiên cứu ở trạng thái năng lượng điện từ thấp nhất (trạng thái cơ bản) nên có khả năng hấp thụ năng lượng của bức xạ điện từ. Còn khi chất nghiên cứu lại chứa những phân tử ở trạng thái kích thích thì những phân tử này có thể trở lại trạng thái cơ bản và khi đó sẽ phát ra bức xạ điện từ khiến cho cường độ bức xạ điện từ tăng lên trong quá trình phát xạ. 2. PHỔ ĐIỆN TỪ Phổ điện từ bao gồm khoảng lớn các bước sóng từ < 0,05 (bức xạ tia X) đến > 300 mm (sóng vô tuyến). trong phạm vi ứng dụng phổ biến ở các phòng thí nghiệm người ta thường chỉ nghiên cứu phổ điện từ bắt đầu từ miền tử ngoại gần (có bước sóng trong khoảng 180 – 350 nm) qua miền khả kiến (có bước sóng trong khoảng 350 – 770 nm) đến miền hồng ngoại gần (770 – 2500 nm). Chỉ trong những trường hợp cá biệt và tùy khả năng thực tế về cơ sở vật chất cũng như tùy yêu cầu khoa học mà người ta mới có thể áp dụng các phương pháp phổ ở các miền tia , tia X hoặc ở các miền vi ba và sóng vô tuyến. Dưới đây giới thiệu cụ thể về các miền phổ điện từ Về nguyên tắc thì việc phân tích ở miền phổ nào cũng có quá trình thực hiện tương tự nhau nhưng các phương pháp thực nghiệm thì có thể khác nhau rất nhiều và nội dung thông tin thu được cũng rất khác nhau.

PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐO QUANG

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐO QUANG

Theo nguyên tắc chung, để xác định một chất bất kì, ta có thể tìm cách đomột tính hiệu bất kì có quan hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với chất đó Phương phápphân tích đo quang có nhiệm vụ nghiên cứu cách xác định các chất dựa trên việc

đo đạc những tín hiệu bức xạ điện từ và tác dụng tương hỗ của bức xạ này với chấtnghiên cứu

Các phương pháp phân tích đo quang cổ điển chỉ mới dựa trên quan hệ củanhững ánh sáng khả kiến – VIS (tức là vùng bức xạ nhạy cảm với mắt người cóbước sóng 400 – 700 nm) với chất nghiên cứu nên vẫn thường được gọi là phươngpháp so màu Ngày nay, phương pháp phân tích đo quang đã đực dùng để khảo sát

cả một vùng bức xạ điện từ rộng lớn từ tử ngoại (có vùng bước sóng từ 10 nm) đếnhồng ngoại (10-2 cm), và có thể tới các vùng có bước sóng bé hơn nữa (như ở cácphương pháp phổ tia X và tia ) hoặc các vùng có bước sóng lớn hơn nữa (như ởcác phương pháp cộng hưởng spin – electron – miền sóng viba – và cộng hưởng từhạt nhân)

1 ĐẶC TÍNH CỦA BỨC XẠ ĐIỆN TỪ

Như đã biết, ánh sáng có thể được mô tả theo tính chất sóng và theo tính

chất hạt Khi mô tả tính chất sóng của ánh sáng ta thường dùng các thuật ngữ

bước sóng và tần số Bức xạ điện từ mô tả theo tính chất sóng có thể được hình

dung như một tổ hợp của một trường dao động điện E và một từ trường M vuônggóc với nhau và chuyển động với một vận tốc không đổi ở một môi trường nhất

định Trong chân không thì vận tốc này chính là vận tốc của ánh sáng Có thể hìnhdung tính chất sóng của ánh sáng như hình bên dưới.

Bước sóng  là khoảng cách giữa hai đỉnh sóng kề nhau Bước sóng có thểđược biểu diễn bằng số centimet, nhưng với các bước sóng bé người ta hay dùngđơn vị nanomet (nm, 1nm = 10-9 m hay 10-7 cm) hoặc đơn vị angstrom,

Bước sóng (cm/pic) x tần số  (pic/s) = vận tốc (cm/s)Như vậy bước sóng và tần số tỉ lệ nghịch nhau

Ngoài bước sóng  và tần số  người ta còn dùng một đơn vị khác nhau là

số sóng Đây là số nghịch đảo của bước sóng (1/) được biểu diễn bằng đơn vịnghịch đảo của centimet (cm-1) Như vậy số sóng tỉ lệ thuận với tần số và được kíhiệu là 

Tính chất hạt của ánh sáng được mô tả dưới dạng những đơn vị năng lượng

mang tên photon Năng lượng của một photon gắn liền với một sóng điện từ tỉ lệ

thuận với tần số của sóng Nếu kí hiệu năng lượng là E thì ta có hệ thức :

Hình 1: Tính chất sóng của ánh sáng

E h 

Trong đó h là hằng số tỉ lệ (hằng số Planck) có giá trị bằng 6,63.10-34 J.shoặc 6,63.10-27 ec-s

Như vậy, năng lượng biểu thị hằng số jun hoặc ec đối với mỗi photon Mỗi

mol photon được gọi là là Einstein có năng lượng bằng Nhv trong đó N là số

Avogadro Đương nhiên cách biểu thị này phải dựa trên giả thiết là mọi photo đềuphải có cùng tần số và các photon này được gọi là “đơn sắc” (vì chúng có cùngbước sóng nên mới có cùng tần số)

Tương tác của bức xạ điện từ với một chất có thể được thể hiện một cáchđại cương ở hai quá trình: quá trình hấp thụ, trong trường hợp bức xạ điện từ tới từnguồn bị chất nghiên cứu hấp thụ và cường độ bức xạ sẽ bị giảm đi, và quá trìnhphát xạ, trong trường hợp chất nghiên cứu cũng phát ra bức xạ điện từ và vì vậy sẽlàm tăng cường độ bức xạ phát ra từ nguồn

Quá trình hấp thụ thường xảy ra khi phân tử chất nghiên cứu ở trạng tháinăng lượng điện từ thấp nhất (trạng thái cơ bản) nên có khả năng hấp thụ nănglượng của bức xạ điện từ Còn khi chất nghiên cứu lại chứa những phân tử ở trạngthái kích thích thì những phân tử này có thể trở lại trạng thái cơ bản và khi đó sẽphát ra bức xạ điện từ khiến cho cường độ bức xạ điện từ tăng lên trong quá trìnhphát xạ

2 PHỔ ĐIỆN TỪ

Phổ điện từ bao gồm khoảng lớn các bước sóng từ < 0,05 A0 (bức xạ tia X)đến > 300 mm (sóng vô tuyến) trong phạm vi ứng dụng phổ biến ở các phòng thínghiệm người ta thường chỉ nghiên cứu phổ điện từ bắt đầu từ miền tử ngoại gần(có bước sóng trong khoảng 180 – 350 nm) qua miền khả kiến (có bước sóngtrong khoảng 350 – 770 nm) đến miền hồng ngoại gần (770 – 2500 nm) Chỉ trongnhững trường hợp cá biệt và tùy khả năng thực tế về cơ sở vật chất cũng như tùyyêu cầu khoa học mà người ta mới có thể áp dụng các phương pháp phổ ở các

miền tia , tia X hoặc ở các miền vi ba và sóng vô tuyến Dưới đây giới thiệu cụthể về các miền phổ điện từ

Về nguyên tắc thì việc phân tích ở miền phổ nào cũng có quá trình thựchiện tương tự nhau nhưng các phương pháp thực nghiệm thì có thể khác nhau rấtnhiều và nội dung thông tin thu được cũng rất khác nhau

3.1 Sơ lược về phổ hồng ngoại:

Vùng bức xạ hồng ngoại (IR) là một vùng phổ bức xạ điện từ rộng nằm giữavùng nhìn thấy và vùng vi ba; vùng này có thể chia thành 3 vùng nhỏ:

Thông thường đơn vị của bước sóng được sử dụng trong phổ hồng ngoại là µm( 1 µm = 10- 4 cm) và thay cho tần số (Hz), người ta sử dụng đơn vị là số sóng:

Phổ hấp thụ hồng ngoại là phổ dao động quay khi hấp thụ bức xạ hồng ngoạithì cả chuyển động dao động và chuyển động quay của phân tử đều bị kích thích Khi phân tích quang phổ hồng ngoại, ngoài việc xem xét tần số vân phổ cònphải chú ý tới cường độ và hình dạng của vân phổ Phổ hồng ngoại thường đượcghi dưới dạng đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của phần trăm truyền qua(100.I/I0) vào số sóng () Sự hấp thụ của các nhóm nguyên tử được thể hiện bởinhững vân phổ với các đỉnh phổ ở các số sóng xác định gọi là tần số

Để có thể hấp thụ bức xạ hồng ngoại, phân tử đó phải đáp ứng các yêu cầu sau: + Độ dài sóng chính xác của bức xạ: một phân tử hấp thụ bức xạ hồng ngoạichỉ khi nào tần số dao động tự nhiên của một phần phân tử (tức là các nguyên tửhay các nhóm nguyên tử tạo thành phân tử đó) cũng là tần số của bức xạ tới

+ Một phân tử chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại khi nào sự hấp thụ đó gây nên

sự biến thiên momen lưỡng cực của chúng Khi phân tử lưỡng cực được giữ trongmột điện trường, trường đó sẽ tác dụng các lực lên các điện tích trong phân tử -Các điện tích ngược nhau sẽ chịu các lực theo chiều ngược nhau, điều đó dẫn đến

sự tách biệt 2 cực tăng hoặc giảm Vì điện trường của bức xạ hồng ngoại làm thayđổi độ phân cực của chúng một cách tuần hoàn, khoảng cách giữa các nguyên tửtích điện của phân tử cũng thay đổi một cách tuần hoàn Khi các nguyên tử tíchđiện này dao động, chúng hấp thụ bức xạ hồng ngoại Nếu vận tốc dao động củacác nguyên tử tích điện trong phân tử lớn, sự hấp thụ bức xạ mạnh và sẽ có đámphổ hấp thụ mạnh, ngược lại nếu vận tốc dao động của các nguyên tử tích điệntrong phân tử nhỏ, đám phổ hấp thụ hồng ngoại yếu Theo điều kiện này thì cácphần tử có 2 nguyên tử giống nhau sẽ không xuất hiện phổ dao động Ví dụ O2, N2v.v… không xuất hiện phổ hấp thụ hồng ngoại

3.2 Ứng dụng của phổ hồng ngoại:

Trong hóa hữu cơ phổ IR dung nhận biết các nhóm chức có trong phân tử.Trước khi ghi phổ hồng ngoại, nói chung ta đã có thể có nhiều thông tin về hợpchất hoặc hỗn hợp cần nghiên cứu, như: trạng thái vật lý, độ tan, điểm nóng chảy.Nếu có thể thì cần biết chắc mẫu là chất nguyên chất hay hỗn hợp Sau khi ghi phổhồng ngoại, nếu chất nghiên cứu là hợp chất hữu cơ thì trước tiên nghiên cứu vùngdao động co giãn của H để xác định xem mẫu thuộc loại hợp chất nào vòng thơmhay mạch thẳng… Sau đó nghiên cứu các vùng tần số nhóm để xác định phân tử

có hay không có các nhóm chức Nhưng trong nhiều trường hợp việc đọc phổ (giảiphổ) và tìm các tần số đặc trưng không đủ để nhận biết một cách toàn diện về chấtnghiên cứu

Trong hóa phân tích phổ IR ứng dụng để phân tích định lượng

3.3 Kỹ thuật thực nghiệm:

3.3.1 Nguyên lý máy đo phổ hồng ngoại

chùm tia Nguồn bức xạ (1) phát ra chùm tia hồng ngoại với mọi tần số trong vùngcần đo Chùm tia này được tách thành hai phần: đi qua mẫu (2) và đi qua môitrường đo (dung môi chẳng hạn (2’)) rồi đến bộ tạo đơn sắc (3) Bộ tạo đơn sắctách từng tần số để đưa qua bộ phận “phân tích” gọi là detector (4) Detector sẽ sosánh cường độ hai chùm tia (một đi qua mẫu và một đi qua môi trường đo) để cho

ra những tính hiệu điện có cường độ tỷ lệ với phần bức xạ bị hấp thụ bởi mẫu, bút

tự ghi (5) được chỉ huy bởi tín hiệu điện do detector cung cấp sẽ ghi lại sự hấp thụbức xạ của mẫu (thường dưới dạng đường cong sự phụ thuộc phần trăm bức xạtruyền qua vào số sóng, cm-1) (6)

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý máy phổ hồng ngoại hai chùm tia.

Nếu mẫu là chất lỏng hay là dung dịch nó được chứa trong dụng cụ gọi làcuvet Cuvet này có một “cửa sổ” để cho chùm tia hồng ngoại đi qua Cửa sổ nàylàm từ vật liệu trong suốt đối với vùng hồng ngoại nguyên cứu Các chất thườnglàm cửa sổ đó thường là: NaCl, CaF2, AgCl…Bộ tạo đơn sắc (3) trước đây thườngdùng lăng kính chế tạo từ NaCl, LiF hoặc CaF2 Ngày nay người ta thay bằng cách

tử nhiễu xạ để tăng độ phân giải và dễ bảo quản

Các máy phổ hồng ngoại thế hệ mới được chế tạo theo kiểu biến đổi Furiê(Fourier) (Fourier Transformation Infrared Spectrophotometer = FTIRSpectrophotometer)

Ở máy đo hồng ngoại biến đổi Fourier người ta không dùng bộ tạo đơn sắc

mà dùng bộ tạo giao thoa (giao thoa kế) gồm từ một gương cố định, gương di động

và bộ phận chia chùm sáng Bức xạ hồng ngoại sau khi ra khỏi giao thoa kế sẽ điqua mẫu rồi đến detector Detector ghi nhận sự biến đổi cường độ của bức xạ theoquãng đường d mà gương di động thực hiện được rồi chuyển thành tín hiệu điện.Khi đó thu được tín hiệu dưới dạng hàm của điện thế V theo quãng đường, V =f(d) Computer sẽ thực hiện phép biến đổi Fourier để chuyển hàm V = f(d) thànhhàm của cường độ bức xạ I theo nghịch đão của quãng đường d (tức d-1)

V = f(d) I = f(d-1)

Biến đổi Fourier

Vì d-1 chính là số sóng , do đó thực chất ta đã có hàm sự phụ thuộc của cường

độ bức xạ vào số sóng Bút tự ghi sẽ cho ra phổ có dạng giống như các phổ thuđược từ máy phổ thế hệ cũ

o 2

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý máy phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

1-Nguồn sáng, 2-Gương cố định, 3-Gương di động, 4-Bộ phận chia chùm sang,

5-Mẫu, 6-Detector, 7-Computer, 8-Bút tự ghi

Máy phổ hồng ngoại biến đổi Fourier có ưu điểm hơn hẳn máy phổ hồngngoại thường; việc dùng giao thoa kế cho phép làm khe sáng rộng hơn do đólượng ánh sáng thu được trên giao thoa kế sẽ lớn hơn nhiều so với trên bộ tạo đơnsắc ở máy phổ thế hệ cũ; Nhờ nguyên lý hoạt động mới mày phổ hồng ngoại biếnđổi Fourier giảm được nhiễu, làm tăng tín hiệu Do sử dụng computer nên việc đophổ được tự động hóa ở mức độ cao, ngoài ra phổ còn được lưu trữ và đối chiếuvới các phổ của các chất có trong thư viện của máy

Trong quá trình làm việc, thang tần số của máy phổ hồng ngoại có thể bị xêdịch Vì vậy, cần phải thường xuyên kiểm tra, điều chỉnh bằng cách sử dụng cácchất chuẩn như polistiren, amoniac hoặc hơi nước

 Một số loại máy đo phổ hồng ngoại:

Model: FT- IR 4200 Model: Resolution Pro

Hãng sản xuất Jasco-Nhật Nhà sản xuất Varian Mỹ

3.3.2 Chuẩn bị mẫu đo phổ hồng ngoại

Người ta có thể đo phổ các chất ở thể hơi, thể lỏng tinh khiết, trong dung dịchhoặc trạng thái rắn

Ở thể hơi: hơi được đưa vào một ống đặc biệt có chiều dài khoảng 10 cm, haiđầu ống được bịt bằng tấm NaCl

Ở thể lỏng tinh khiết: một giọt nhỏ chất lỏng được ép giữa hai tấm NaClphẳng để có một màng mỏng bề dày 0,01 – 0,1 mm

Trong dung dịch: hòa tan chất nghiên cứu vào dung môi thích hợp Đưa dungdịch vào cuvet với bề dày 0,1 – 1mm có cửa sổ bằng NaCl Cuvet thứ hai giốnghệt cuvet thứ nhất nhưng chứa dung môi nguyên chất Khi chọn dung môi cần lưu

ý một số điểm sau đây: mọi dung môi đều hấp thụ bức xạ hồng ngoại Nhờ so sánhhai chùm tia đi qua dung dịch và qua dung môi người ta có thể loại được vân hấpthụ của dung môi Nhưng khi dung môi hấp thụ trên 65% bức xạ chiếu vào nó thìkhông thể ghi được phổ hồng ngoại và không còn đủ lượng bức xạ cần thiết.Những dung môi thường được dùng là: CCl4, CHCl3, CS2 Cũng cần phải kể đến

độ dày của cuvet Chẳng hạn ở cuvet với bề dày 0.1 mm được coi là trong suốt từ4000-820 cm-1, và 720-650 cm-1, nhưng ở cuvet với bề dày 1 mm nó hấp thụ đáng

kể ở 1600-1550, 1270-1200 và 1020-960 cm-1 Cửa sổ của cuvet thường làm bằng

NaCl do đó hạn chế việc nghiên cứu các dung dịch nước Người ta cũng có thểkhắc phục bằng cách dùng cửa sổ làm từ CaF2 hoặc AgCl

Ở thể rắn: nghiền mẫu nhỏ rồi sau đó trộn mẫu với dầu parafin (Nujol) hoặctrộn mẫu với bột KBr rồi ép (phương pháp ép KBr) Theo phương pháp ép KBr,mẫu được trộn với bột KBr khan, nghiền nhỏ, cho vào cối ép thành một màngmỏng có chiều dày 0,1mm rồi đặt vào cuvet để ghi Lượng mẫu cần 2-5g

3.4 HẤP THỤ HỒNG NGOẠI CỦA CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ 3.4.1 Tần số đặc trưng nhóm

Theo quan niệm dao động nhóm, những nhóm nguyên tử giống nhau trong cácphân tử có cấu tạo khác nhau sẽ có những dao động định vị thể hiện ở nhữngkhoảng tần số giống nhau Những tần số ứng với các dao động nhóm rất có íchtrong việc nhận ra các nhóm nguyên tử trong phân tử vì vậy được gọi là tần đặctrưng nhóm

Hầu hết các nhóm nguyên tử trong các hợp chất hữu cơ hấp thụ ở vùng

4000-650 cm-1

Vùng phổ từ 1500 – 4000 cm-1 chứa các vân hấp thụ của hầu hết các nhómchức như OH, NH, C=O, C=N, C=C… nên được gọi là vùng nhóm chức Vùngphổ dưới 1500 cm-1 phức tạp hơn và thường dùng để nhận dạng toàn phân tử hơn

là xác định các nhóm chức của nó Ở vùng này có các dao động biến dạng của cácliên kết đơn C-H, C-C…và các dao động hóa trị của các liên kết đơn C-C, C-N,C-O… tương tác mạnh giữa các dao động dẫn đến kết quả là rất nhiều dao động

“khung” là đặc trưng cho chuyển động của cả đoạn phân tử chứ không thuộc riêngmột nhóm nguyên tử nào Vì thế vùng phổ dưới 1500cm-1 được gọi là vùng “vânngón tay”

Biểu đồ tương quan về tần số hấp thụ hồng ngoại của một số nhóm chức (phần

tô đen ứng với các tần số tương đối xác định)

3.4.2 Ví dụ phổ hồng ngoại của một số hợp chất hữu cơ

Phổ hồng ngoại của oct-1-ene:

Phổ hồng ngoại của phenylacetylene

Phổ hồng ngoại của m-cresol

Phổ hồng ngoại của N-methylaniline

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP KHỐI PHỔ

MASS SPECTRUM

I PHƯƠNG PHÁP KHỐI PHỔ

Khối phổ là một công cụ phân tích được sử dụng để đo khối lượng phân tử của một mẫu Đối với những mẫu lớn như phân tử sinh học, khối lượng phân tử cóthể đo được để trong độ chính xác 0,01% tổng khối lượng phân tử của các ví dụ mẫu trong vòng có 4 Dalton (Da: đơn vị cacbon), đơn vị khối lượng nguyên tử (amu) cho một mẫu của 40.000 Da Điều này là đủ để cho phép thay đổi khối lượng nhỏ được phát hiện, ví dụ: sự thay thế của axit amin một nhóm khác

Đối với các phân tử hữu cơ nhỏ khối lượng phân tử có thể đo được để trongmột độ chính xác của 5 ppm hoặc ít hơn, mà thường là đủ để xác nhận công thức phân tử của hợp chất là một, và cũng là một yêu cầu tiêu chuẩn để công bố trên một tạp chí hóa học

Kết cấu thông tin có thể được tạo ra bằng cách sử dụng một số loại quang phổ kế khối lượng, thường là những người có nhiều phân tích được biết đến như quang phổ kế khối song song Điều này đạt được bằng cách phân mảnh các mẫu trong các dụng cụ và phân tích các sản phẩm tạo ra Thủ tục này rất hữu ích cho sựgiải thích cấu trúc của các hợp chất hữu cơ và cho peptide hoặc trình tự

oligonucleotide

II KHỐI PHỔ KẾ

Khối phổ kế là thiết bị chuyên dùng dùng để đo đạc tỉ lệ khối lượng trên điện tích ion

Kĩ thuật này có nhiều ứng dụng, bao gồm:

 Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tửhợp chất hay từng phần tách riêng của nó

 Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất

 Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần táchriêng của nó

 Định lượng lượng hợp chất trong một mẫu dùng các phương pháp khác(phương pháp phổ khối vốn không phải là định lượng)

 Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí (ngành hóa học về ion và chấttrung tính trong chân không)

 Xác định các thuộc tính vật lí, hóa học hay ngay cả sinh học của hợp chấtvới nhiều hướng tiếp cận khác nhau.

Một khối phổ kế là một thiết bị dùng cho phương pháp phổ khối, cho ra

phổ khối lượng của một mẫu để tìm ra thành phần của nó Có thể ion hóa mẫu vàtách các ion của nó với các khối lượng khác nhau và lưu lại thông tin dựa vào việc

đo đạc cường độ dòng ion Một khối phổ kế thông thường gồm 3 phần: phầnnguồn ion, phần phân tích khối lượng, và phần đo đạc

III VÍ DỤ VỀ CÁCH HOẠT ĐỘNG

Các hóa chất khác nhau thì có khối lượng phân tử khác nhau Dựa vào đó,khối phổ kế sẽ xác định chất hóa học nào có nằm trong mẫu

Ví dụ:

Muối NaCl hấp thụ năng lượng (năng lượng hấp thụ tùy theo nguồn ion, ví

dụ MALDI năng lượng là tia laser) tách ra thành các phân tử tích điện, gọi là ion),trong giai đoạn đầu của phương pháp phổ khối Các ion Na+, Cl- có trọng lượngnguyên tử khác biệt Do chúng tích điện, nghĩa là đường đi của chúng có thể đượcđiều khiển bằng điện trường hoặc từ trường

Các ion được đưa vào buồng gia tốc và đi qua một khe vào miếng kim loại.Một từ trường được đưa vào buồng đó Từ trường sẽ tác động vào mỗi ion vớicùng một lực và làm trệch hướng chúng về phía đầu đo Ion nhẹ hơn sẽ bị lệnhnhiều hơn ion nặng vì theo định luật chuyển động của Newton gia tốc tỉ lệ nghịchvới khối lượng của phân tử

Đầu đo sẽ xác định xem ion bị lệnh bao nhiêu, và từ giá trị đo này, tỉ lệ

khối lượng-trên-điện tích của ion có thể được tính toán Từ đó, có thể xác đinh

được thành phần hóa học của một mẫu gốc

Trên thực tế thì hai ion Na+ và Cl- sẽ không được đo trong cùng một lần, vìcác máy đo chỉ có thể nhận ra ion điện tích dương hoặc điện tích âm nên nếu máykhối phổ kế được điều chỉnh để đo các ion điện tích dương thì chỉ có ion Na+ làđược nhận ra bởi máy

Một trong những tính năng lớn của khối phổ lượng là có thể tìm thấy cấutạo không gian của phân tử ví dụ phân tử C7H14O2 có thể là acid hoặc ester Vàkhả năng phát hiện ra hợp chất với độ nhậy cực cao từ 10-6 dến 10-12 gram

Hình 4: Khối phổ của phân tử tử Kaempferol-rhamnose-rhamnose-glucose

(m/z 741)