CÁC BÀI THỰC TẬP CHUYÊN ĐỀ PHÂN TÍCH BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ NGUYÊN TỬ BÀI 2: PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA SO SÁNH QUANG PHỔ HẤP THU VÀ PHÁT XẠ TRONG XÁC ĐỊNH Na Ph
Trang 1CÁC BÀI THỰC TẬP CHUYÊN ĐỀ PHÂN TÍCH BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ NGUYÊN TỬ
BÀI 2: PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA
SO SÁNH QUANG PHỔ HẤP THU VÀ PHÁT XẠ TRONG XÁC ĐỊNH Na
Phần này cung cấp cho các sinh viên một số khái niệm cơ bản có liên quan đến quang phổ phát xạ nguyên tử sử dụng nguồn nguyên tử hóa là ngọn lửa acetylene/không khí và tương quan giữa phổ phát xạ và phổ hấp thu
I Cơ sở lý thuyết:
Trong ngọn lửa đèn khí C2H2/không khí nén, thường chỉ quan sát được một số vạch phát
xạ cộng hưởng của kim loại kiềm và kiềm thổ Đó là vì ngọn lửa có nhiệt độ tương đối thấp (2450 oC) chỉ đủ nguyên tử hóa và chuyển một tỷ lệ nhỏ các nguyên tử có năng lượng ion hóa thấp như kim loại kiềm, kiềm thổ từ trạng thái cơ bản Eo sang trang thái kích thích Ej Trạng thái kích thích Ej có tuổi thọ hết sức ngắn ngủi (10-8-10-13s) và khi chuyển về trạng thái cơ bản Eo thì nguyên tử đó giải phóng năng lượng đưới dạng bức xạ cộng hưởng có bước sóng đặc trưng
Các vạch cộng hưởng đặc trưng của K và Na là:
- Vạch 766.5nm (K), chuyển dời: 42P3/2 42S1/2 , Ajo=0.40 108s-1
- Vạch 769.9nm (K), chuyển dời: 42P1/2 42S1/2 , Ajo=0.39 108s-1
- Vạch 589.0nm (Na), chuyển dời: 32P3/2 32S1/2 , Ajo=0.612 108s-1
- Vạch 589.6nm (Na), chuyển dời: 32P1/2 32S1/2 , Ajo=0.610 108s-1
Biểu thức liên hệ cường độ Ijo của vạch phát xạ với các yếu tố ảnh hưởng có dạng sau:
K x C e
g
g A
o jo
j jo jo
.
Trong đó:
+ Ijo: cường độ vạch phát xạ có bước sóng o ứng với chuyển dời Ej Eo
+ Ajo: xác suất chuyển dời (hệ số Einstein)
+ gj và go: trọng lượng thống kê tương ứng với trạng Ej và Eo
+ j: năng lượng kích thích của trạng thái Ej
+ k: hằng số Boltzman
+ T: nhiệt độ tuyệt đối của ngọn lửa (coi như plasma cân bằng nhiệt)
+ C: nồng độ dung dịch phun vào đèn đốt
Trang 2+ x: hệ số ion hóa của nguyên tử tại nhiệt độ ngọn lửa.
+ K: hệ số phụ thuộc vào tính năng kỹ thuật của máy đo Đáng lưu ý trong bài thực tập này là hệ số K tăng tuyến tính với chiều rộng khe đo và chịu ảnh hưởng của quá trình
tự hấp thu của ngọn lửa tự hấp thu bức xạ jo
Khi giữ các điều kiện khác không đổi, Ijo và C tuân theo hệ thức thực nghiệm sau:
Ijo = a.Cb (2) Trong đó: a là hệ số thực nghiệm, b là hệ số tự hấp thu, phụ thuộc vào đặc điểm ngọn lửa
và quan hệ giữa các hệ số Einstein Ajo của quá trình phát xạ và Bjo của quá trình hấp thu tia jo Thông thường b<1
Từ hệ thức trên suy ra: lgIjo = lga + b.lgC (3)
Bằng cách xây dựng đồ thị thực nghiệm theo tọa độ lgIjo lgC và sau đó áp dụng phương pháp bình phương tối thiểu ta xác định được hệ số tự hấp thu
II Cách đo cường độ vạch phát xạ I jo trên máy Shimadzu (kiểu đo FES mode)
a Khởi động máy.
b Khởi động bơm nén khí (air compressor) Mở van khí đốt C2H2, điều chỉnh lưu lượng kế oxidants (không khí) và fuel (acetylene) đến mức quy định
c Khởi động chương trình, cài đặt các thông số cần thiết: bước song, thời gian tích
phân, số lần đo lặp, … (sinh viên theo chỉ dẫn của cán bộ hướng dẫn thực tập khi thực hiện phần này) Chọn chế độ đo theo phát xạ
d Bật ngọn lửa, phun dung dịch nước de ion vào ngọn lửa khoảng 5 phút (chờ hâm
nóng máy và buồng đốt đạt nhiệt độ ổn định)
e Phun dung dịch chỉnh máy Cho thiết bị dò bước sóng cần đo và cân chỉnh cân băng năng lượng Bước (e) có thể không cần thực hiện nếu có đèn cathod rỗng.
f Phun dung dịch quy chiếu (dung dịch “trắng” vào ngọn lửa trong khoảng 20-30s,
nhấn nút AZ (F3) để số đo trở về 0.000
g Phun dung dịch chuẩn có nồng độ cao nhất, chỉnh chiều cao đầu đốt, độ thẳng hàng
Trang 3h Phun các dung dịch chuẩn vào ngọn lửa theo thứ tự từ nồng độ thấp đến cao.
Phun dung dịch mẫu vào máy Nếu thấy số đo vuợt quá số đo của dung dịch chuẩn có
nồng độ cao nhất thì nên pha loãng mẫu Trong quá trình đo nếu máy không ổn định thì nên đo theo chế độ so sánh tức là phun xen kẽ mẫu và chuẩn
i Sau khi vừa đo xong dung dịch cuối cùng, không chậm trễ phun nước de ion trong
2-3 phút để rửa ống mao quản và buồng phun Dấu hiệu rửa sạch: cường độ phát xa trở về 0.000 và ngọn lửa gần như không màu
j Tắt ngọn lửa, khóa van C2H2, và tắt máy nén không khí
III Phần thực hành
1 Pha chế các dung dịch:
- Pha khoảng vài lít dung dịch HNO3 1% dùng làm dung dịch pha loãng khi chuẩn bị dung dịch chuẩn trung gian, các dung dịch chuẩn và mẫu
- Pha các dung dịch chứa muối K 10000 ppm, Na 1000 ppm từ KCl và NaCl, tinh khiết phân tích (chứa luợng tối thiểu tạp chất có liên quan tới Na và K, tương ứng)
- Tất cả các dung dịch chuẩn và mẫu đều đuợc pha loãng và định mức bằng dung dịch HNO3 1%
- Thể tích dung dịch cần thiết: 50 mL
- Mẫu xác định
Là mẫu nước máy và nước cất 1 lần do phòng thí nghiệm giao.
Sinh viên có thể thử xác định mẫu tự lấy (có thể là mẫu nước uống tại nhà mình), tự ước lượng nồng độ Na trong mẫu thực tế để lấy thể tích phù hợp
Mỗi mẫu pha trong 2 bình, 1 bình có chứa K 2000 ppm và bình kia không chứa K.
- Mẫu trắng chỉnh máy (dung dịch quy chiếu) là nước cất chứa 1% HNO3 Pha sẵn 1 L
- Dung dịch chỉnh máy (nếu không có đèn HCL) là dung dịch có cường độ phát xạ cao nhất, pha 50 mL dung dịch Na 20ppm trong K 2000 ppm.
Trang 4Dãy 1:
Dãy 2:
Dãy 3:
2 Đo hấp thu theo các thông số tương tự như phát xạ (quy trình đo tương tự như bài 1) và đo phát xạ theo quy trình đề nghị bên trên
a Lập đồ thị chuẩn xác định Na- phương pháp quang phổ phát xạ
Lập đồ thị chuẩn theo dãy 1,2 và 3, bước sóng = 589.0nmnm
Chọn chiều rộng khe đo khoảng 0.2 nm,
Thực hiện các mục từ c đến i., bỏ mục g.,
Nếu có đèn HCL cho Na thì bỏ mục e,
Chọn dung dịch của bình số 9 cho mục d.,
Nước cất làm dung dịch quy chiếu cho mục e.,
Đường chuẩn từ 0.1ppm-20ppm
Đo dung dịch kiểm tra của PTN, từ đó tính ra nồng độ và RSD Chú ý: thực hiện bước này ngay sau khi đo đường chuẩn tại bước sóng cần đo
b Lập đồ thị chuẩn xác định Na- phương pháp quang phổ hấp thu
3 Kết quả
Trang 5- Hãy tính toán kết quả phân tích mẫu của PTN giao bằng phương pháp đuờng chuẩn và phương pháp so sánh
- Quy cách tính toán theo phương pháp so sánh trình bày như sau:
Phép xác định sẽ đúng khi Imẫu nằm giữa hai giá trị Ichuẩn1 và Ichuẩn2 khá gần nhau Có thể tính Cmẫu theo đường chuẩn hay theo cách so sánh như sau:
1 2
1 1
2
ch ch
ch sample ch
ch ch
sample
I I
I I
C C C
C
Nếu sai số khi pha các dung dịch chuẩn là không đáng kể thì có thể tính gần đúng sai số tương đối (RSD) của mẫu theo công thức:
2
1 2 2
1
1 1
2 )
ch ch ch
sample I
C
Trong đó I là khoảng dao động của giá trị Zero.
Cho biết năng lượng ion hóa của Na và K tương ứng bằng 5.1 eV và 4.3 eV