BÀI GIẢNG phân tích trắc quang

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.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA

BÀI GIẢNG PHÂN TÍCH TRẮC QUANG

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

M

àu sắc

Bước sóng (λ)

Màu sắc

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:

Ánh sáng

Tím Tía

Đỏ

Da cam Chàm

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 dài

Các 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

Trong phân tích quang phổ, người ta dùng đại lượng số sóng ν (cm-1) Số sóng là

số bước sóng trong 1cm)

nm10cm

E

∆ của các miền quang phổ được tính theo công thức:

nm

.10.3.10.62,6hEE)

eV

(

E

17 27 0

1

λ

=ν

.2,4.nm

10.023,6.10.3.10.62,6)mol/kcal

(

23 17

27

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

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:

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

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

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 b iểu: 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 = ε + ε + ε

Các giá tri A hỗn hợp và εixác định bằng thực nghiệm Giải hệ 3 phương trình trên tìm được C1, C2, C3

2.5 CÁC NGUYÊN NHÂN LÀM SAI LỆCH ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEER

Có 6 nguyên nhân:

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

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

( các Kkb là những hằng số nhiệt động chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ không phụ thuộc vào các yếu tố khác như sự pha loãng,…)

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

Hay ∆% =

C

Kkb ( n-1) 100%

Nhận xét: Để giảm độ lệch khỏi định luật lambert-beer thì:

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

- 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

Phân ly Cα Cα Cα

Cân bằng C(1-α) Cα C(p+α)

Theo định luật tác dung khối lượng, ta có: Kkb = [ ][ ]

[ ] −α = α

α+α

1

)p(CMR

RM

- 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

* K ết 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,…

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

- 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 l ạ 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 S au 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 ,….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

2-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

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

CC

∆

sẽ khác nhau

ε

l303

,

2

Tln

=ε

−

lấy vi phân ta được: dC =

lT303,2

dTε

=>

Tln.T

dTC

dC = hay

T.Tlg

T434,0Tln.T

TC

∆

Ta có thể khảo sát sự biến thiên của sai số tương đối

C C

∆

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

Phổ hấp thụ càng rộng thì việc phân tích hỗn hợp nhiều cấu tử càng khó khăn vì

có sự chồng các phổ lên nhau

Nếu phổ càng hẹp thì việc phân tích hỗn hợp nhiều cấu tử càng dễ dàng, tính chọn lọc cao

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

(Điểm đẳng quang là điểm có mật độ quang bằng nhau)

Trong trường hợp đơn giản các vạch phổ hấp thụ của các cấu tử riêng biệt phân

bố xa nhau Nếu khoảng cách giữa các vị trí cực đại lớn hơn tổng các giá trị nửa bề rộng hấp thụ thì các vạch phổ ít xen phủ lên nhau Ngược lại nếu khoảng cách giữa các

vị trí cực đại bé hơn tổng các giá trị nửa bề rộng hấp thụ thì có các điểm cắt nhau (điểm này gọi là điểm đẳng quang) Trong phân tích trắc quang các hệ chứa 2 cấu tử màu thường gặp là:

- Hệ gồm thuốc thử hữu cơ HnR có màu và phức có màu

- Hệ chứa các chất chỉ thị pH: Khi pH thay đổi hoặc nồng độ của thuốc thử thay đổi thì có sự tạo phức với các thành phần khác nhau

MR + (n-1)R  MRn

Khi có sự chuyển dịch cân bằng tức là có sự chuyển một dạng cấu tử màu này thành một dạng khác thì cực đại của vạch phổ tương ứng giảm đi còn cực đại của vạch phổ kia tăng lên Sau đây là phổ hấp thụ của 2 cấu tử màu 1 và 2 ở trạng thái cân bằng

(1) I : II = 8 : 2

(2) I : II = 6 : 4

(3) I : II = 4 : 6 ( Với CI + CII = hằng số)

(4) I : II = 2 : 8

Các bước sóng cực đại cách nhau 100nm

Tai điểm cắt A thì ε1=ε2= εđẳng quang

Áp dụng định luật cơ sở của sự hấp thụ ánh sáng: A = AI + AII Nếu l = 1cm thì:

A = ε1.CI +εIICII Tại điểm đẳng quang A thì ε1=ε2

=> A = εdangquang.(CI +CII)

Vì CI + CII= hằng số nên εđẳng quang là hằng số => A đẳng quang là hằng số Như vậy ở bất kỳ sự chuyển dịch cân bằng nào giữa 2 cấu tử màu thì giá trị A đẳng quang là không đổi

Lưu ý: Nếu một cấu tử xác định tạo được một vài hợp chất màu có thành phần và

màu sắc khác nhau phụ thuộc vào pH, nhiệt độ lúc đó một thay đổi nhỏ của nồng độ

pH hay nhiệt độ, có thể gây ra sự thay đổi mật độ quang nếu đo ở các λmax Tuy nhiên, nếu đo mật độ quang ở bước sóng ứng với điểm đẳng quang thì các thay đổi nhiệt độ, nồng độ, pH sẽ không ảnh hưởng, lúc đó độ tin cậy của phép đo tăng lên rõ rệt, tuy độ nhạy có giảm đi so với ta đo ở λmax

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

Trong phân tích trắc quang phản ứng có độ nhạy cao là phản ứng giữa ion kim loại và thuốc thử màu hữu cơ

Đầu tiên vẽ phổ hấp thụ của phức và thuốc thử trên cùng hệ trục tọa độ Chọn λ

tối ưu sao cho A = A phức – A thuốc thử = Max

Nếu đo A tại λ max, tuy độ nhạy của phép phân tích có cao nhưng độ tin cậy không cao vì thuốc thử hấp thụ đáng kể

Nếu đo mật độ quang tại A (λtối ưu) tuy độ nhạy có giảm nhưng độ tin cậy của phép đo tăng lên rõ rệt

Ví dụ : Cách xác định bước sóng tối ưu khi đo chất màu Arsenazo III và phứccủa

nó với Er Từ 2 đồ thị, nhận thấy nên chọn bước sóng 652 để đo vì tại bước sóng này mật độ quang của phức màu là lớn nhất và không bị thuốc thử dư cản trở

AsO3H2N=N

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

a) λmax = HnR

max MR

3.5 Nghiên cứu các phản ứng tạo phức màu

Trong phân tích trắc quang thường dùng các phản ứng tạo phức màu, các phản ứng tạo phức màu phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Phức màu phải có độ bền cao (vì cường độ màu tồn tại lâu và ion kim loại chuyển vào phức hoàn toàn) để chuyển các ion kim loại cần xác định vào phức

- Phản ứng tạo phức màu phải xảy ra hoàn toàn

- Phức màu phải có thành phần không đổi

- Phức màu có hệ số hấp thụ phân tử càng cao thì càng tốt

Để nghiên cứu 1 hệ phức màu thường tiến hành theo các giai đoạn sau:

1 Chụp phổ hấp thụ của thuốc thử và phức

2 Chọn các điều kiện tạo phức tối ưu:

- Chọn λ tối ưu

- Thời gian tối ưu

- Trong 1 vài trường hợp phải tìm nhiệt độ tối ưu

- Thứ tự thêm thuốc thử

Nồng độ thuốc thử tối ưu

- Nghiên cứu cơ chế tạo phức

6 Xác định cấu tạo giả định của phức (vì mới dự đoán sơ bộ)

7 Xây dựng đường chuẩn xác định khoảng nồng độ tuân theo định luật Beer

Lambert-8 Xác định nguyên tố mẫu giả

9 Xác định các nguyên tố cản trở của phép phân tích

10 Xây dựng đường cong chuẩn có mặt của 1 số ion cản trở

11 Xác định nguyên tố trong hỗn hợp