QUANG PHỔ hấp THỤ PHÂN tử UV VIS

Sự xuất hiện của phổ hấp thụ phân tử UV-VIS Các phân tử, nhóm phân tử các chất khi ở điều kiệnthường tồn tại ở trạng thái cơ bản Eo.. Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS là phổ do sự tương tác g

QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-VIS

MỞ ĐẦU

Các phương pháp phổ được ứng dụng rộng rãi đểnghiên cứu các hợp chất hóa học, quá trình phản ứng,ứng dụng trong kiểm nghiệm môi trường, trắc quan, kiểmnghiệm dược phẩm…

Cơ sở của phương pháp phổ là quá trình tương tác củacác bức xạ điện từ đối với các phân tử vật chất

Kết quả của sự hấp thụ và phát xạ năng lượng nàychính là phổ, từ phổ chúng ta có thể xác định ngược lạicấu trúc phân tử

PHỔ ELECTRON

Phân tử, nhóm phân tử của các chất đều được cấu tạo từcác nguyên tử theo kiểu liên kết hoá học nhất định của cácđiện tử (electron) hoá trị của các nguyên tố

Các phân tử, nhóm phân tử các chất khi ở điều kiện

1.2 Sự xuất hiện của phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

Các phân tử, nhóm phân tử các chất khi ở điều kiệnthường tồn tại ở trạng thái cơ bản Eo Khi bị kích thích cácelectron hoá trị trong các liên kết π, δ và đôi điện tử nchuyển từ các obitan liên kết hoặc không liên kết lên cácobitan phản liên kết có mức năng lượng cao hơn Em

S Ơ Đ Ồ M Ứ C NĂNG LƯ Ợ NG E C Ủ A CÁC ĐÁM M Ấ Y OBITAL

Bước chuyển dời

năng lượng

λ (nm)

230 184 162

180 280

162 82

Hiệu 2 mức năng lượng cơ bản Eo và kích thích Em

là năng lượng phân tử hấp thụ từ nguồn sáng

(HCHO)

H

C H

O

σ

n =

Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS là phổ do sự tương tác giữa các điện tử hoá trị trong các liên kết d, p và đôi điện

tử n ở trong phân tử hay nhóm phân tử của các chất với chùm tia sáng kích thích thích hợp tạo ra

Phổ UV – VIS là gì?

chùm tia sáng kích thích thích hợp tạo ra

Phổ phân tử UV-VIS là phổ đám có các cực đại và cực tiểu của phổ nằm ở những bước sóng xác định tuỳ thuộc vào cấu trúc và loại liên kết trong phân tử hay nhóm nguyên tử

Phổ UV – VIS là phổ đám ( phổ băng )

Cường độ chùm sáng ban đầu là Io Ta có:

Io = It + Itx + Ifx + Ih ( Itx, Ifx < 1%)



 I o = I t + I h

1.3.2 ĐỊNH LUẬT BOUGUER - LAMBERT

Pathlength Const

e I

I

1.3.3 ĐỊNH LUẬT LAMBERT

-BEER’S

ion Concentrat Const

e I

I

Concentration

II

ĐỊ NH LU Ậ T B OUGHER -L AMBERT - B EER

A = f (λλλλ, L, C)

(I I ) (I I ) k L C T

A = − log = − log / 0 = log 0 / =

A = f ( λ )

A = f ( L )

Sự tương quan giữa hai thang đo A và T

y = ax

1.3.5 ĐIỀU KIỆN ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT

- Thiết bị phải có khả năng tạo ra chùm tia có độ đơn sắcnhất định

- Chất thử phải bền trong dung dịch và bền dưới tácdụng của tia UV-VIS

- Dung dịch phải nằm trong khoảng nồng độ thích hợp

- Dung dịch phải trong suốt để hạn chế các hiện tượngquang học khác

1.4 SỰ CHUYỂN DỊCH ĐIỆN TỬ TRONG CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ

Ví dụ: Ete có bước sóng max là 190nm ; methanol có bước sóng lớn nhất là 183nm ; etylamin có bước sóng lớn nhất là 210nm

 Chuyển mức n - π*

nguyên tử chứa điện tử không liên kết ( ví dụ phân

tử chứa nhóm cacbonyl =CO) và bước sóng hấp thu từ 270nm – 295nm Cường độ hấp thu thấp

 Chuyển mức ππ −−− ππ*

Các hợp chất đồng phân với etylen chứa liên kết đôi trong phân tử có khả năng hấp thụ mạnh trong khoảng bước sóng 170nm

Vị trí hấp thụ phụ thuộc vào sự hiện diện của nhóm thế

Vị trí hấp thụ phụ thuộc vào sự hiện diện của nhóm thế

Những hợp chất không màu thường có phổ hấp thụ ở vùng tử ngoại Khi chúng hấp thụ bức xạ chúng sẽ chuyển lên mức năng lương cao hơn

 Chuyển mức d – d

Sự chuyển mức này xảy ra ở các obital d, nhất là ở các kim loại vùng chuyển tiếp

Các phối tử có cặp điện tử tự do tham gia lai hóa với nhứng

Các phối tử có cặp điện tử tự do tham gia lai hóa với nhứng obital này chuyển điện tử vào các obital này gây ra sự chuyển mức

Màu tạo ra của các phức làm cho phức có khả nưng hấp thụ những bước sóng ở vùng khả kiến

2 Màu sắc của sự hấp thụ

Màu của vật chất và khả năng hấp thụ tia sáng của chúng

có liên quan chặt chẽ tới nhau → Sự bù màu của chùm sáng.

Vậy màu sắc của vật chất mà ta nhìn thấy là kết quả của sự

Vậy màu sắc của vật chất mà ta nhìn thấy là kết quả của sự

tương tác hấp thụ ánh sáng của vật chất

Sự tương tác này là cơ sở của phép đo phổ trong vùng phổ

UV-VIS

TRUYỀN TẢI VÀ MÀU SẮC

Mắt người nhìn thấy màu sắc mà vật hấp thụ ???

HẤP THỤ VÀ MÀU SẮC BỔ SUNG

3 Yếu tố ảnh hưởng

3.1 ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI

chất chịu ảnh hưởng của dung môi

phân tử làm thay đổi mức năng lượng giữa các phân tử làm thay đổi mức năng lượng giữa các trạng thái cơ bản

và kích thích

chuyển dịch xanh và chuyển dịch đỏ

CHUYỂN DỊCH XANH

Là hiện tượng hấp thụ bức xạ của các hợp chất hữu cơ có bước

sóng ngắn hơn trong những dung môi có tính phân cực cao

Hiện tượng tìm thấy ở quá trình chuyển dịch n - π* của nhóm cacbonyl

Nguyên nhân là do sự làm bền trạng thái n của dung môi

CHUYỂN DỊCH ĐỎ

những bức xạ có bước sóng dài hơn trong những dung môi

có độ phân cực cao hơn

cấu trúc phân tử của nó có sự liên hợp

tượng này do khi mạch C

càng dài thì hiệu ứng liên

hợp càng tăng, dẫn tới độ

lệch năng lượng giữa hai

trạng thái giảm Trong phan

tử hữu cơ có hiệu ứng liên

hợp càng dài thì bước sóng

hấp thụ càng lớn

ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI

2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA PH

 Ảnh hưởng của độ bền phức

 Ảnh hưởng đến sự tạo phức

 Ảnh hưởng dạng tồn tại

 Nguyên nhân sinh ra quang phổ hấp thụ phân tử là do sự kích thích của tia sáng thích hợp, các điện tử trong liên kết hoá học

p, p liên hợp và đôi điện tử do n của các dị tố trong phân tử quyết định sinh ra phổ UV-VIS

C = C, C = C - C = C , C = O, N = N, C = N

2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CẤU TRÚC PHÂN TỬ CHẤT TAN

C = C, C = C - C = C , C = O, N = N, C = N

Loại liên kết và bản chất liên kết trong phân tử

Số liên kết π liên hợp, Số nguyên tố dị tố

Số nhóm thế, bản chất và cấu trúc của nhóm thế

Cấu trúc lớp vỏ e của ion kim loại trung tâm tạo phức và

nhóm mang màu, nhóm tăng màu

Ảnh hưởng của vị trí không gian, hiệu ứng lập thể.

Người ta đã tìm ra được các bước sóng hấp thụ cực đại cho từng nhóm chức Từ đó có thể dự đoán sự tồn tại của nhóm chức thông qua độ hấp thụ của nó

ẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM CHỨC

Auxochrome function group

ẢNH HƯỞNG CỦA MẠCH C LIÊN KẾT

Những thay đổi thuật ngữ để hấp

thụ

Thiên

nhiên Shift

Mô tả hạn

Để bước

omic

Để Greater

hấp thụ

Hyperchr omic

Để Hạ hấp

thụ

Hypochr omic

4 CẤU TẠO MÁY QUANG PHỔ UV-VIS

Hệ thống quang học của máy quang phổ 1 chùm tia

CẤU TẠO MÁY QUANG PHỔ THÔNG

THƯỜNG

Máy UV-VIS hai chùm tia Máy UV-VIS chia chùm

Hệ thống quang học của máy quang phổ hai chùm tia

4.1 NGUỒN SÁNG:

 Nguồn sáng có nhiệm vụcung cấp bức xạ tươngthích với quá trình đo.Bức xạ được cung cấpbởi nguồn sáng thường làchùm bức xạ đa sắc, nóbao trùm một khoáng rộngcủa phổ

4.3 BUỒNG ĐO

ĐẶC ĐIỂM TRUYỀN QUA

CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU

Lưu ý rằng tất cả các vật liệu hiện mất ít nhất khoảng 10%

tổn thất đường truyền ở tất cả các bước sóng

 Detector là bộ phận ghi nhận và xử lý tín hiệu quang thành tín hiệu điện

 Có tác dụng cảm nhận bức xạ điện từ sau khi bị hấp thụ và chuyển lượng bức xạ này thành dòng điện

4.4 DETECTER

chuyển lượng bức xạ này thành dòng điện

 Cường độ dòng điện thu được tỷ lệ thuận với cường độ bức

xạ đập vào bề mặt catot

 Tế bào quang điện hay ống nhân quang điện là những thiết

bị hữu dụng trong việc đo xác định

DETECTOR ỐNG NHÂN QUANG

Anode

DETECTOR MẢNG DIOD

5 ỨNG DỤNG

 Ưu điểm: Đơn giản, dễ thực hiện, máy móc không đắt lắm Phù hợp cho phân tích định lượng nhiều chất có hàm lượng nhỏ.

+ Xác định các chất: Phân tích các hợp chất hữu cơ

Phân tích thuốc, dược phẩm, sản phẩm nông nghiệp Phân tích ion kim loại trong các đối tượng mẫu khác nhau + Xác định thành phần phức, độ phân ly, hằng số phân ly của phức và axit yếu

Nguyên tắc phép đo phổ

5.2 PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH, ĐỊNH LƯỢNG CÁC

CẤU TRÚC PHÂN TỬ, CÁC MẪU CHẤT

4 Nguyên tắc phép đo phổ

Chuẩn bị dung dịch đo phổ

1

Chiếu vào cuvet có dung dịch mẫu cần phân tích 1

Thu chùm sáng đi quan cuvet, chọn tia sáng có λ ở vịtrí hấp thụ cực đại của băng phổ

Các phương pháp định lượng

 Phương pháp dãy chuẩn bằng mắt

 Phương pháp chuẩn độ so sánh màu bắng mắt

 Phương pháp cân bằng màu bằng mắt

 Phương pháp đường chuẩn

 Phương pháp thêm chuẩn

 Phương pháp một mẫu chuẩn

 Định lượng dung dịch có nhiều thành phần

+ Tính cộng của độ hấp thụ ánh sáng

+ Đo quang hỗn hợp tại nhiều bước sóng

+ Quang phổ đạo hàm

A, Phương pháp đo 1 bước sóng

Công thức của định luật Lambert-Beer

Dc, Dx là mật độ quang của dung dịch mẫu chuẩn và mẫu phân tích

L là chiều dày lớp mỏng của dung dịch

Cc, Cx là nồng độ của dung dịch mẫu chuẩn và mẫu phân tích

ε là hệ số hấp thụ quang

B, Phương pháp lập đường chuẩn

1 Chọn bước sóng lớn nhất λmax

2 Pha dãy chất chuẩn có nồng độ tăng hoặc giảm dần

3 Đo mật độ quang của các mẫu ở bước sóng trên

4 Vẽ đồ thị phụ thuộc mật độ quang D vào nồng độ C

5 Pha mẫu phân tích sao cho nồng độ dung dịch mẫu

 Là một công cụ phân tích tốt để xác định nồng độ mẫuchất.

 Thông thường, bạn phải xác định phạm vi đó bằng thựcnghiệm

 Được thực hiện bởi thực hiện một loạt pha loãng của các mẫuchất

 Những mẫu chất pha loãng cho một đường cong làm việc

 Dựa vào đường cong xác định nồng độ 1 chất bất kỳnằm trong khoảng tuyến tính

Độ hấp thụ của 1 chất tại 4 nồng độ khác nhau

PHỔ HẤP THỤ DẪN XUẤT CỦA HEMOGLOBIN

CÓ THỂ TÍNH Λ−MAX?

Electronic Spectra

Molar Absorptivity (l/mol-cm)

10049 20097 30146 40194 50243

nacindolA Wavelength (nm)

220 230 240 250 260 270 280 290 300 0

Electronic Spectra

Wavelength (nm) Molar Absorptivity (l/mol-cm)

0 10394 20789 31183 41578 51972

Nacetylindol

THE ORBITALS INVOLVED

200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 0

11097 22195 33292 44390 55487

HỢP CHẤT ENOL

Οx

α

ββ

X=H 207

X=R 215

Nối dôi liên hợp C=C +30 Nối đôi ngoại vòng C=C +5 Dien nội vòng +39

VÒNG BENZEN

UV of Benzene in heptane

Tên của hợp chất 2,4-dimethylpenta-1,3-dien

DẠNG ISO!

HO2C

4 x alkyl subst 20 Nối đôi ngoại vòng 5

Nguồn sinh ra năng lượng

ĐỘ CHỤM VÀ ĐỘ ĐÚNG

Độ chụm – Độ chụm + Độ chụm – Độ chụm +

Độ đúng – Độ đúng – Độ đúng + Độ đúng +

Phổ hấp thụ UV-VIS

Nếu cuvet có L = 1cm, nồng độ C=1m thì A = ε đặc trưng cho sự hấp thụ quang của một mol chất và được gọi là hệ số hấp thụ quang riêng phần của chất đó và giá trị ε càng lớn thì chất đó hấp thụ càng mạnh Độ nhạy của phổ hấp thụ UV-VIS của chất đó càng cao

1.4 SỰ CHUYỂN DỊCH ĐIỆN TỬ TRONG CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ

2.3 Phân loại dải hấp thụ:

Trong phổ electron có các bước nhảy electron từ quỹ đạo

có mức năng lượng thấp sang quỹ dạo có mức năng lượngcao như δ → δ* , π → π*, n → δ*, n → π*

Vị trí của các đỉnh hấp thụ tương ứng với các bước nhảynày có một số tính chất đặc trưng riêng do đó người taphân chúng thành từng loại gọi là các dải hấp thụ như dải

R, dải K, dải B, dải E

PHỔ HẤP THỤ

TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN UV - VIS

 Dải R: Tương ứng với bước nhảy electron n → π* Nóxuất hiện ở các hợp chất có chứa các dị tố với cặpelectron tự do như O, N, S…và liên kết π trong phân tử

 Đặc trưng của dải R là độ hấp thụ phân tử thấp, ε-maxthường nhỏ hơn 100

PHỔ HẤP THỤ

TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN UV - VIS

Dải K: Xuất hiện quang phổ của các phân tử có hệ thốngliên hợp π → π* butadien hay mesityl oxit Nó cũng xuấthiện trong các phân tử của các hợp chất vòng thơm cóliên hợp với các nhóm thế chứa liên kết π như styrene,benzadehyt hay axetonphenon

Dải K tương ứng với bước nhảy electron π → π* và đặctrưng bởi độ hấp thụ cao, εmax > 10.000

PHỔ HẤP THỤ

TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN UV - VIS

Dải B: Đặc trưng cho quang phổ của phân tử của hợpchất vòng thơm và dị vòng Benzen có dải độ hấp thụrộng chứa nhiều đỉnh cấu trúc tinh vi, ở vùng tử ngoạigần giữa 230nm và 270nm

Khi có nhóm mang màu nối với nhân thơm, dải B quansát được ở vùng sóng dài K nhưng dải K có cường độhấp thụ cao hơn

PHỔ HẤP THỤ

TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN UV - VIS

Dải E: Giống dải B là đặc trưng của cấu trúc vòng thơm.Nguồn gốc của nó là do bước chuyển ở hệ electron ở hệbenzenoit của ba liên kết etylen trong hệ thống liên hợpvòng kín

Độ thấp thụ phân tử của dải E thay đổi trong khoảng từ

2000 đến 14000

PHỔ HẤP THỤ

TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN UV - VIS

Phổ hoạt động

của nguồn sáng

Trong biểu đồ này, giá trị trên A = 1,0 là không tuyến tính Nếu chúng ta sử dụng các giá trị trên A = 1.0, kết quả không chính xác.

5 HÌNH DÁNG VÀ ĐỘ PHÂN GIẢI PHỔ

NBW là chiều rộng của dải hấp thụ mẫu ở nửa cực đại hấp thụ (W1/2)

ĐỘ PHÂN GIẢI PHỔ

Độ phân giải quang phổ là một thước đo khả năng của một công cụ để phân biệt giữa hai bước sóng liền kề

Ảnh hưởng của sự chen lấn phổ

Ví dụ về sự chen lấn 1 phần của 2 phổ 2 chất (<10%)

Ảnh hưởng của sự chen lấn phổ

Ví dụ về sự chồng chéo phổ của 2 chất (không thể tách)

Ảnh hưởng của sự chen lấn phổ