Quang phổ hấp thu nguyên tử

• Phổ hấp thu nguyên tử cĩ được là do sự thay đổi trạng thái năng lượng của điện tử hố trị trong nguyên tử.. • Trong phổ nguyên tử năng lượng phát xạ bằng đúng năng lượng kích thích ngh

Trang 1

1

QUANG PHỔ HẤP THU NGUYÊN TỬ (A.A.S - Atomic absorption spectrophotometry)

PHÂN TỬ

HẤP THU PHÁT XẠ

UV-VIS F.S

I.R

NGUYÊN TỬ

HẤP THU PHÁT XẠ

A.A.S A.E.S

A.F.S I.C.P

2

MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ

3

•Hấp thu nguyên tử là một quá trình lý hĩa liên quan tới sự

hấp thu ánh sáng bởi các nguyên tử tự do của một nguyên tố

ở bước sĩng cộng hưởng đặc trưng cho nguyên tố đĩ

• Phổ hấp thu nguyên tử là phổ vạch (của phần lớn các

nguyên tử trong hệ thống tuần hồn) khác với phổ hấp thu

phân tử là phổ liên tục

• Phổ hấp thu nguyên tử cĩ được là do sự thay đổi trạng thái

năng lượng của điện tử hố trị trong nguyên tử

• Trong phổ nguyên tử năng lượng phát xạ bằng đúng năng

lượng kích thích ( nghĩa là BX = KT ) (khác với phổ phân tử)

• Mỗi nguyên tử cĩ vạch cộng hưởng đặc trưng, đĩ là vạch

bức xạ ứng với sự chuyển mức năng lượng từ mức thấp

nhất của trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản

4

THUYẾT CẤU TẠO NGUYÊN TỬ CỦA BOHR

THUYẾT LƯỢNG TƯÛ

• Mỗi điện tử của nguyên tử phân bố trên một qũy đạo mang một mức năng lượng nhất định khác biệt nhau, biểu thị bởi các số lượng tử : n, l,

• Do đĩ hai điện tử của cùng một nguyên tử khơng thể đồng thời cĩ cùng một mức năng lượng hay nĩi cách khác cĩ cùng số lượng tử giống nhau (khác nhau số lượng tử spin s)

Trang 2

5

SỐ LƯỢNG TỬ

Tên gọi Ký

hiệu Giá trị Danh hiệu Ví dụ

Số lượng

tử chính

n 1, 2, 3, 4, Lớp chính K, L,

M, N,

3

Số lượng

tử phụ

l 0, , n-1 Lớp phụ s, p, d,

f,

0, 1, 2

Số lượng

tử từ

m -l , 0 , l -2, -1, 0,

1, 2

Số lượng

tử spin

6

QUÁ TRÌNH HẤP THU VÀ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

7

THUYẾT LƯỢNG TỬ 11

23

Na 1s2 2s2 2p6 3s1

hn

8

285

330

589

Năng lượng (eV)

THUYẾT LƯỢNG TỬ

Trang 3

9

 Các nguyên tố á kim và phần lớn các nguyên tố phi

kim, khoảng năng lượng E0-1 khá lớn nên chỉ cĩ các

photon cĩ năng lượng lớn nằm ở trong vùng UV chân

khơng và trong vùng tia X mới đủ để kích thích

 Các nguyên tố kim loại chuyển tiếp (Fe, Zn, Cu, Pb, Hg,

Mg, Mn ) cĩ các điện tử hĩa trị liên kết lỏng lẻo với hạt

nhân và chúng cĩ thể bị kích thích bởi các photon cĩ

bước sĩng ở vùng 190 – 900 nm

10

11

 Phương trình Boltzmann: tỉ lệ mật độ dân số nguyên tử ở

trạng thái kích thích trên mật độ dân số nguyên tử ở trạng

thái cơ bản

Quá trình hấp thu nguyên tử

trạng thái cơ bản trạng thái kích thích

Quá trình phát xạ nguyên tử

trạng thái kích thích trạng thái cơ bản

kT E e g g N

N1 0 ( 1 0).  /

T k E e

N

0

1







0

1

N N = 1 -

T k

E

.



0

1

N

N <<< 1

12

kT E e g g N

N1 0 ( 1 0).  /

Nguyên tử Bước sóng hấp thu (nm) N 1 / N 0

2000 o K 4000 o K

Na 589,0 9,86x10 - 6 4,44x10 - 3

Ca 422,7 1,21x10 - 7 6,03x10 - 4

Zn 213,9 7,31x10 - 15 1,48x10 - 7

Trang 4

13

- Về mặt định tính, phổ hấp thu nguyên tử đơn giản

phổ phát xạ nguyên tử thường gặp sự giao thoa

ánh sáng do các nguyên tử khác

- Về mặt định lượng, phổ hấp thu nguyên tử nhạy

hơn phổ phát xạ nguyên tưû

kT E e g g N

0 1 0

1  ( ). 

14

 Trong QP PXNT (AES): cơ bản giống như quang phổ hấp thụ nguyên tử, điều khác nhau là khơng cần đến nguồn sáng Một số nguyên tử trong ngọn lửa được kích thích lên các trạng thái kích thích do va chạm với các nguyên tử khác Các nguyên tử bị kích thích phát ra các bức xạ đặc hiệu để trở về trạng thái cơ bản, cường độ bức xạ ở bước sĩng cộng hưởng đặc trưng của nguyên tố tỉ lệ với nồng

độ của nguyên tố trong mẫu

QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ (Quang kế ngọn lửa) (A.E.S - Atomic Emission spectrophotometry)

15

QUANG KẾ NGỌN LỬA

 Mẫu ở dạng dung dịch nhờ một máy bơm được phun

sương vào ngọn lửa đốt cháy bởi hỗn hợp khí đốt và khơng

khí (Oxy)

Khí đốt Không khí Dung dịch

Kính lọc Detector

Kết qủa

 Tia sáng phát xạ (vạch cộng hưởng của nguyên tử) sau

khi qua kính lọc đã loại đi tia sáng nhiễu từ ngọn lửa (chỉ

 Trong QP HTNT (AAS): mẫu dưới dạng lỏng được hút vào ngọn lửa cĩ nhiệt độ từ 2.000- 3.000 0K Mẫu được nguyên

tử hĩa (bị phá vỡ thành nguyên tử) trong ngọn lửa, giống như được đựng trong cốc đo của một máy quang phổ qui ước, mật độ dân số nguyên tử đa số ở trạng thái cơ bản

Nguồn sáng phát ra tia cộng hưởng của nguyên tố cần định lượng được chiếu qua ngọn lửa để gây ra hiện tượng hấp thu

Trang 5

17

MÁY QUANG PHỔ HTNT (A.A.S)

Khí đốt Không khí Dung dịch

Cách tử Detector

Kết qủa

H.L

Tia cộng

hưởng I o

Tia cộng hưởng It

QPHTNT là máy đo

độ hấp thu của nguyên tử Phổ hấp thu NT chỉ cĩ quá trình nguyên tử hĩa mầu và quá trình hấp thu

18

(3) Buồng nguyên tử hĩa mẫu bằng ngọn lửa

(1) Bộ hút mẫu (2) Đèn nguồn

(Fe, Zn, Cu, Pb, Hg) (4) Đèn nhân quang điện (Photo

Multiplier Tube – PMT)

19

www.fisica.unam.mx/liquids/index.php?option=c

20

MÁY QUANG PHỔ HTNT (A.A.S) (1) (Đèn cathod lõm)

một bộ tạo đơn sắc nào cĩ thể cho độ rộng của

hưởng cĩ tần số đúng

Trang 6

21

bằng thạch anh (Quartz ), bên trong được nạp

khí Ar ở áp suất thấp Cathod hình trụ lõm, được

tráng bên trong bằng một lớp kim loại của chính

nguyên tố cần định lượng

22

1 Khi đặt một điện thế đủ mạnh vào cathod và anod, khí Ar bị ion hĩa và được gia tốc để va đập vào cathod làm bức xạ nguyên tử kim loại dưới dạng tự do

2 Các nguyên tử kim loại tự do này lại tiếp tục va chạm với các cation Ar+ nhận năng lượng để chuyển lên trạng thái kích thích

3 Khi trở về trạng thái cơ bản chúng phát xạ ánh sáng chính

là tia cộng hưởng của nó

Va đập Kích thích Phát xạ

23

2.1 Bộ hoá hơi nguyên tử

dùng ngọn lửa:

 Bộ phận phun sương

để tạo aerosol của

mẫu Hạt aerosol phải

đồng đều về kích

thước để khi tiếp xúc

với ngọn lửa có được

đám mây hơi nguyên

tử mật độ đồng đều

 Ngọn lửa (hỗn hợp khí

đốt + oxy)

MÁY QUANG PHỔ HTNT (A.A.S) (2) (Bộ hoá hơi nguyên tư)

24

2.2 Bộ hố hơi nguyên tử dùng lị graphit :

 Lị nung làm bằng carbon graphit, được đốt nĩng bằng điện đến 3.000oC

 Cĩ lỗ để bơm mẫu

 Lị được đặt trên đường

đi của tia cơng hưởng Hai đầu cĩ cửa sổ thạch anh cho phép ánh sáng đi qua được Lượng mẫu bơm vào

lổ ở giữa lị là 1- 100l (so với ngọn lửa phải cần tới 1-2ml)

Trang 7

25

 Lị graphit cĩ độ nhạy cao, dùng ít mẫu, nhưng độ chính xác thấp

2.2 Bộ hố hơi nguyên tử dùng lị graphit :

26

Các quá trình nguyên tử hĩa mẫu 1/ Phun sương

2/ Bay hơi 3/ Kết tinh 4/ Chảy lỏng 5/ Nguyên tử hĩa 6/ Kích thích 7/ Ion hĩa

Dung dịch Khí dung Rắn Lỏng Khí Khí Khí Khí

27

MÁY QUANG PHỔ HTNT

(A.A.S)

 Trong AAS cĩ ba hiện tượng nhiễu (hiệu ứng tiếng ồn –

noise) thường xảy ra ảnh hưởng đến độ hấp thu của nguyên

tử

+ Nhiễu hĩa học: do phân ly mẫu khơng hồn tồn

+ Nhiễu do mạng phân tử (matrix) của mơi trường

chứa nguyên tố cần định lượng (huyết tương, máu, dung mơi

…)

+ Nhiễu do hấp thu khơng chuyên biệt (hiệu ứng nền) :

tia cộng hưởng từ đèn nguồn đã sai lệch (đèn cathod hết tuổi

thọ)

 Thường dùng đèn D2 và hiệu ứng Zeeman (từ trường) để

hiệu chỉnh nhiễu trong AAS

28

• 200 mẫu / giờ

• Giới hạn phát hiện: 0,001 – 0,02 ppm

• RSD: Độ chinh xac 1-2%

• Mẫu đo: dung dịch, hỗn dịch

Trang 8

(A.A.S)

• AAS dùng để định lượng tất cả các nguyên tố kim loại và

một số á kim (As , B), dĩ nhiên muốn định lượng nguyên tố

kim loại nào phải cĩ đèn nguồn phát tia cộng hưởng của

nguyên tử đĩ

• Các nguyên tố nhĩm IA, IIA và chuyển tiếp

Đèn Bước sóng cộng hưởng (nm)

(A.A.S) Đèn Bước sóng cộng hưởng (nm)

31

(A.A.S)

• AAS rất nhạy nên cần chuẩn bị mẫu hết sức cẩn

thận, khơng bị nhiễm cho nguyên tố khc với nguyên

tố cần định lượng

• Do đĩ dung mơi, nước (dùng khử khống), dụng

cụ thủy tinh địi hỏi độ tinh khiết cao

• Thường dùng các loại ống P.E để pha lỗng

mẫu

Định dạng
Số trang	8
Dung lượng	467,09 KB