ĐẠI CƯƠNG về QUANG HỌC ppt _ HÓA PHÂN TÍCH

Trắc nghiệm, bài giảng pptx các môn chuyên ngành Y dược hay nhất có tại “tài liệu ngành Y dược hay nhất”; https://123doc.net/users/home/user_home.php?use_id=7046916. Slide bài giảng môn hóa phân tích ppt dành cho sinh viên chuyên ngành Y dược. Trong bộ sưu tập có trắc nghiệm kèm đáp án chi tiết các môn, giúp sinh viên tự ôn tập và học tập tốt môn hóa phân tích bậc cao đẳng đại học ngành Y dược và các ngành khác

ĐẠI CƯƠNG VỀ QUANG

LÝ THUYẾT

4n 5n GV

3 Quang phổ hấp thu phân tử- quang phổ UV - Vis 5 5 Ly

THỰC HÀNH

1 Khảo sát các đặc tính phổ UV – Vis của dung dịch kali permanganat trong môi

trường acid + Khảo sát sự ảnh hưởng của DM và pH đến sự hấp thu UV của

benzen và Phenol

Thọ

2 Định lượng đồng thời hai chất màu bằng phương pháp quang phổ UV- Vis Ly/

Phúc

4 Khảo sát ảnh hưởng của pH đối với sự chiết xuất oxin bằng phương pháp đo

quang

5 Xác định pKa của một acid yếu (chỉ thị màu) bằng quang phổ kế trong vis 0 Ly

6 Định lượng H2SO4 + H3PO4 bằng phương pháp chuẩn độ điện thế Thủy

7 Tách và định tính các sulfonamid bằng sắc ký lớp mỏng – Xác định độ phân giải

8 Định lượng Paracetamol và Cafein trong chế phẩm bằng HPLC Thọ

Phương pháp lượng giá

Lý thuyết

 Điểm chuyên cần: Đánh giá qua sổ điểm danh sinh viên

 Kiểm tra giữa kỳ: Căn cứ vào điểm thi thực tập

 Kiểm tra hết học phần: Hình thức thi trắc nghiệm

Điểm kiểm tra hết học phần là tổng của 3 điểm thành phần:

chuyên cần (1đ), kiểm tra giữa kỳ (2 điểm) kiểm tra hết học phần (7đ) Thực hành

Đánh giá kỹ năng thực hành tại labo, báo cáo kết quả…và là điều kiện cho thi lý thuyết

hưởng, các dạng phổ

MỤC TIÊU

ĐẠI CƯƠNG VỀ QUANG HỌC

1.      CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG HỌC

Quang Phổ nghiên cứu sâu bản chất lý học và tính chất ánh sáng dựa trên nhiều sự kiện thực nghiệm để rút ra những định luật quang học

Dựa trên sự nghiên cứu tương tác của bức xạ ánh sáng trên chất khảo sát

Nay nay, PP phổ đã dần thay thế PP hóa học trong việc xác định cấu trúc hóa học cũng như định tính, định lượng chất phân tích.

Hiện tượng khúc xạ: (Khúc xạ kế)

8

Hiện tượng quay mặt phẳng phân cực ( Triền quang

kế)

phân cực kế

2 BẢN CHẤT CỦA ÁNH SÁNG

ÁÁ́nh sáng nhìn thấy, tia IR, tia UV, tia rơnghen, sóng radio: gọi chung là những bức xạ điện từ khác nhau về độ dài sóng (bước sóng).

WAVELENGTH(nm)

2.1 Tính chất sóng: (Huyghel- Clark Maxwell)

Ánh sáng là bức xạ điện từ:

− lan truyền trong chân không với C= 3.10 10 cm/s được đặc trưng bằng

bước sóng  hay tần số dao động ; số sóng

− có dao động sóng của cường độ điện trường và từ trường thẳng góc

Giải thích:

- hiện tượng nhiễu xạ (diffraction)

- giao thoa (interference). Max Theodor

Felix von Laue

Tinh thể học tia X

ctureVI/FG03_005_PCT.gif

giao thoa (interference)

2.2 Tính chất hạt: ( thuyết lượng tử ánh sáng, Max Planck)

- Ánh sáng cấu tạo bởi những hạt mang năng lượng không có tính chất liên tục mà bao gồm từng lượng riêng biệt nhỏ nhất gọi là lượng tử (photon, quang tử) Mỗi photon có năng lượng tỉ lệ với tần số của bức xạ:

2.3 Các đại lượng đặc trưng

Bước sóng (): khoảng cách ngắn nhất giữa 2 lần dao động cùng pha

thứ nguyên 1nm =10 - 9 m, 1µm = 10 -6 m, A o =10 -10 m,

-    tần số ( ) : số lần dao động / giây

-  số sóng : số lần dao động / cm, thứ nguyên là cm  -1

1' 

()





2.4 PHÂN VÙNG SÓNG ĐIỆN TƯ

phan loai buoc song anh sang.flv

- Mỗi dạng bức xạ (IR, UV ) bao gồm những bức xạ có bước sóng khác nhau biến đổi trong một vùng nào đó của phổ điện từ → Bức xạ đa sắc.

- Ở các vùng phổ khác nhau nhờ những dụng cụ thích hợp như lăng kính, cách tử…từ những bức xạ đa sắc tách riêng được những bức xạ có cùng bước sóng, gồm chỉ một loại photon có năng lượng như nhau → Bức xạ đơn sắc.

lăng kính

Max Planck (1858-1947): trongmột thời gian dài cũng tưởng rằng

Bức xạ có thể có năng lượng bất kỳ do đó có thể hấp thu một cách liên tục.

1905: A Einstein đã đưa ra kết luận

- Năng lượng điện từ (bức xạ) chỉ tồn tại dưới dạng các lượng tử (photon)

- Tia bức xạ là dòng các photon không chia cắt được.

- Năng lượng của chúng xác định theo pt của Planck.

 Giải thích rất chính xác về hiện tượng quang điện, qui luật tác dụng hóa học của ánh sáng.

 Là nền tảng cho sự phát triển các khái niệm về cấu tạo nguyên

tử, phân tử.

Mỗi photon sẽ truyền năng lượng cho kim loại

2 0

2

1

mv E

- Photon cho electron toàn bộ năng lượng của mình trong quá trình

tương tác với kim loại.

• Một phần truyền động năng cho electron

- Động năng cực đại của electron  E photon – E lk electron với n.tử KL

nhưng năng lượng của mỗi electron không tăng lên.

- E photon < E min cần để bứt e → không xảy ra hiện tượng quang điện dù số photon bất kỳ đập vào kim loại.

Thí dụ:

- Khi chiếu bằng ánh sáng đỏ hay vàng

Na không thể hiện hiệu ứng quang điện Chỉ bắt đầu phóng electron ở bước sóng < 590nm

- Sự bứt electron ra khỏi Platin khi chiếu tia tử ngoại vào platin.

- Max Planck(1858-1947) nhà vật lý học người Đức nổi tiếng , được lãnh giải thưởng Nobel (1918).

- Những công trình chính của ông dành cho nhiệt động học và bức xạ nhiệt

Tế bào quang điện

- 1897: J.J.Thomson: phát hiện ra sự tồn tại của electron qua thử nghiệm trên

ống phóng tia âm cực.

(hạt cơ bản có điện tích âm nhỏ nhất: 1,62x10 -19 C < M H 2000 lần (9,1.10 -28 g)

-Electron có thể thoát ra từ một nguyên tố bất kỳ: vật truyền điện trong kim

loại, được phóng ra từ nhiều chất khi đun nóng, chiếu sáng…

- VD: Hút KK < 0,1mmHg ra khỏi ố ng thủy tinh và

đặt lên các điện cực một điện thế lớn→ phóng các hạt electron từ cực âm

(catod)

3 CẤU TRÚC ĐIỆN TỬ CỦA MỘT NGUYÊN TỬ

Trước cuối thế kỷ 19: nguyên tử là đơn vị nhỏ nhất của vật chất

3.1 MẪU NGUYÊN TỬ THEO RUTHERFORD

Nguyên tử có cấu tạo theo mẫu hành tinh: ở giữa là nhân (điện tích dương, tập trung phần lớn khối lượng nguyên tử) chung quanh là các electron (điện tích âm)

nguyên tử đó được thể hiện trên số thứ tự của bảng phân loại tuần hoàn.

Sơ đồ mẫu nguyên tử

Mô hình của Rutherford:

- Đã chứng minh được sự tồn tại của hạt nhân trong

nguyên tử bằng số thứ tự của nguyên tố trong bảng

HTTH.

- Sự chuyển động của e quanh hạt nhân theo mẫu hành tinh.

Không thể giải thích:

3.2 Năm 1913 BORD bổ sung

Hợp nhất mô hình hạt nhân nguyên tử với thuyết

lượng tử ánh sáng.

- Mỗi electron chỉ quay trên những quỹ đạo tròn xác

định = quỹ đạo cân bằng động = quỹ đạo lượng tử=

quỹ đạo dừng , phân bố trên những mức năng

lượng khác nhau ký hiệu từ trong ra ngoài là K, L,

M, N, O, P, Q…

- Khi electron chuyển động trên một quỹ đạo lượng

tử thì nguyên tử không thu và không phát năng

lượng.

- Khi hấp thụ ánh sáng, electron chuyển động trên

một quỹ đạo có năng lượng E 1 sang quỹ đạo có

năng lượng E 2 sẽ phát ra 1 photon có tần số hay

bước sóng theo hệ thức: E = h = h.c/

- Màu của ánh sáng phát ra sẽ tuỳ thuộc  hay 

Mô hình của Bohr:

- Quỹ đạo dừng của electron.

- Tiên đoán sự tồn tại và vị trí của dãy phổ hidro chưa biết cũng như tính toán chính xác vị trí của nó

Không thể giải thích:

- Được sự chuyển từ quĩ đạo này sang quĩ đạo khác của

electron thì vị trí của electron ở đâu?

- Áp dụng những định luật của cơ học và điện động lực học trong tính toán nhưng lại mâu thuẫn với các định đề mà ông đưa ra.

3.3 CẤU TRÚC NGUYÊN TỬ THEO QUAN ĐIỂM HIỆN ĐẠI

(CƠ HỌC LƯỢNG TỬ)

Tính chất nhị nguyên hạt sóng của photon cho tất cả các

đối tượng của thế giới vi mô mà trước hết là electron.

- Tính chất hạt của electron thể hiện ở khả năng của nó chỉ

tác dụng như một hạt nguyên vẹn.

- Tính chất sóng thể hiện ở đặc tính chuyển động,

ở sự nhiễu xạ và giao thoa của nó

1925: Schrodinger đưa ra lý thuyết trạng thái chuyển động của e trong nguyên tử là hàm sóng điện từ đứng (U) cho biết:

- Năng lượng của electron với các toạ độ không gian và hàm sóng

đặc trưng cho trạng thái của e trong nguyên tử.

- Mật độ mây e tỷ lệ với bình phương của hàm sóng

Như vậy ta có thể kết luận về thuyết cơ lượng tử hiện đại:

 Electron chuyển động xung quanh hạt nhân về nguyên tắc

không thể xác định chính xác vị trí cũng như tốc độ mà chỉ xác định

được vùng không gian electron chuyển động gọi là đám

mây e.

 Vùng không gian bao quanh hạt nhân ở đó có sự hiện

diện của

electron nhiều nhất (≥ 95%) gọi là orbitan nguyên tử.

 Mỗi orbitan chứa tối đa 2e.

 Trạng thái của e trong nguyên tử được đặc trưng bởi bốn số lượng tử.

3.4.1 SỐ LƯỢNG TỬ CHÍNH (n)

Mỗi giá trị n xác định một lớp điện tử và tất cả

các điện tử có cùng n thì đều thuộc cùng một

lớp điện tử

Ký hiệu: K, L, M, N, O, P, Q

Các lớp này được biểu thị bằng ký hiệu tương

ứng với số thứ tự của các chu kỳ trong bảng

Mendelev và có giá trị từ 1 - 7

Ý nghĩa: là những lớp vỏ năng lượng mà các

electron phân bố trên đó Electron muốn chuyển

từ lớp trong ra lớp ngoài thì cần E = E (n+1) – E n

3.4 CẤU TRÚC NGUYÊN TỬ THEO QUAN ĐIỂM HIỆN ĐẠI (CƠ HỌC LƯỢNG TỬ)

3.4.2 SỐ LƯỢNG TỬ PHỤ (l)( s ố lượng tử orbitan)

- Giá trị từ 0 đến (n-1)

- Mỗi giá trị l xác định một lớp điện tử phụ

- Điện tử cùng n và cùng l thì cùng lớp điện tử phu

 4p, lớp điện tử phụ p (l = 1) của lớp điện tử chính N (n = 4)

n 1 2 3 4

3.4.3 SỐ LƯỢNG TỬ TƯ (m):

- Có giá trị nguyên: từ -l, …0…, +l

- Mỗi giá trị m được ấn định bằng một ô lượng tử biểu thị

bằng một ô vuông.

- Đám mây trong không gian không thể định hướng tùy ý

mà được xác định bởi số lượng tử từ.

Lớp điện tử phụ s: 1 ô vuông và p, d, f: dãy 3, 5, 7 ô vuông.

Thí dụ: lớp M (n = 3) l orbitan m s ố orbitan

0 3s 0 1

1 3p -1, 0, 1 3

2 3d -2, -1, 0, 1, 2 5

̣

m có (2l + 1) giá trị

s

(số lượng tử spin)

+1/2 -1/2 +1/2 -1/2 +1/2 -1/2 6

+1/2 -1/2 +1/2 -1/2 +1/2 -1/2 6

-1

+1/2 -1/2 +1/2 -1/2

10

3.4.4 SỚ LƯỢNG TỬ SPIN (m s ): m s có giá trị = ±1/2(t ương ứng )

Khơng thể cĩ 2e cĩ cùng bớn sớ lượng tử, mỗi orbitan chỉ cĩ thể chứa tới đa 2e cĩ spin ngược chiều

nhau

là momen đợng lượng của nĩ

Quy tắc Klechkowski: làm đầy mức năng lượng điện tử

Trong cùng một phân

lớp các e phân bố trên các

orbitan sao cho số e độc thân nhiều nhất ( tổng số spin là cực

chứa tối đa 2e có

spin ngược chiều

nhau.

- Trong nguyên tử các e lần lượt chiếm các orbital có mức năng lượng từ thấp đến cao.

- Sự đảo ngược giữa phân lớp 4s và 3d chỉ đúng với hàng thứ nhất của các nguyên tố chuyển tiếp

42

4.TƯƠNG TÁC GIỮA BỨC XẠ VÀ VẬT CHẤT

- Mỗi một tương tác có thể đặc trưng cho một tính chất nào đó

của vật chất

- Khi ứng dụng năng lượng bức xạ điện từ ở các tần số khác nhau có thể thu được các thông tin khác nhau về̀ vật chất.

4.1 TRẠNG THÁI CƠ BẢN VÀ KÍCH THÍCH CỦA ĐIỆN TỬ

Trạng thái cơ bản e không thu và phát năng lượng, khi hấp thu năng lượng bức xạ điện từ sẽ chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích (từ orbital của nó sang orbital cao hơn)

Điện tử (trạng thái kích thích) không bền Nếu hấp thu năng lượng Bxđt lớn, e nhảy hơn một mức năng lượng thì quá trình e trở về trạng thái cơ bản sẽ phải trãi qua vài bước, từ mức năng lượng thấp gần nhất rồi xuống mức kế tiếp (10 -9 -10 -8 s).

Trạng thái Kích thích electron bởi sự hấp thụ ánh sáng

trạng thái cơ bản trạngthái kích thích

4.2 CHUYỂN ĐỘNG CỦA NGUYÊN TỬ

Thông thường, nguyên tử ở dạng cơ bản E 0 nhưng khi rọi ánh sáng (chiếu tia bức xa) vào thì photon ánh sáng sẽ chạm vào hạt cơ bản, truyền năng lượng cho nó làm nó bị chuyển năng lượng sang trạng thái kích thích E 1 .

- Năng lượng cơ bản E o : hạt sơ cấp tồn tại

- Năng lượng kích thích E 1 , E 2 , … : xảy ra khi photon ánh sáng chạm vào hạt cơ bản.

E = E 1 – – E o = h. = hC/ 

Sơ đồ phân bố các mức năng lượng của phân tử 2 nguyên tử a

và b

4.3 CHUYỂN ĐỘNG CỦA PHÂN TỬ

- cđộng tịnh tiến

(transition)

- cđộng dao động của các nguyên tử / phân tử (vibration)

- cđộng của các điện tử hóa trị quanh phân tử và các điện tử quanh hạt nhân (electron)

năng luợng phân tử tổng cộng : E = Ee + Ev + Er + E t

trong đó Et rất nhỏ có thể bỏ qua được.

Ee > Ev>> Er

N a n

g l ư ơ n g

Ee

Sự dịch chuyển điện tử và phổ Uv-Vis trong các phân tử

5 QUY TẮC CHỌN LỌC VÀ CƯỜNG ĐỘ HẤP THỤ

- Phân tử khơng thể hấp thụ bức xạ mợt cách hỗn loạn mà chỉ hấp thụ những bức xạ tương ứng chính xác với biến thiên giữa các mức năng lượng của chúng.

- Sự chuyển mức năng lượng trong phân tử nhất thiết phải kèm theo sự thay đổi của các trung tâm điện tích trong phân

tử, tức là sự thay đổi sự phân bớ điện tích trong phân tử

- Theo quy tắc này, những phân tử đới xứng về mặt phân bớ điện tích như H 2, N 2 khơng cĩ quang phổ quay và quang phổ dao đợng vì những nguyên tử này khi quay và dao đợng khơng

hề làm xuất hiện mợt sự bất đới xứng về điện

e Io

7.1 Nghiên cứu của Lambert

Liên quan giữa độ

truyền qua với chiều dài

đường truyền

Lambert

7.2 Nghiên cứu của Beer

Beer khẳng định giống như Bouguer và Lambert nhưng còn nghiên cứu thêm là độ truyền qua tỉ lệ với nồng độ chất khảo sát

T = I /Io = e –KlC

C: nồng độ của chất hấp th ụ ( g/l hay mg/l)

T%=I/I o x100 % = % độ truyền qua

lượng ánh sáng được truyền qua

tương quan tỷ lệ nghịch với nồng

độ của phân tử hấp thu ánh sáng

Chú ý: 0 ABS = 100 % T

Không thể đưa đủ chất vào dung dịch để hấp thụ toàn bộ ánh sáng tới cốc đo (T = 0%)

Độ truyền qua (T) được định nghĩa đơn giản là phần ánh sáng đi vào

detector sau khi đi ngang qua mẫu đo

A (absorbance) = D(density) = E (extinction) = - lg %(I /Io)

A = - lg T = -lg(I/Io) = lg (Io /I) =  l C

A: độ hấp thu

: (molar absorption=extinction coefficient)

h ệ số hấp thụ mol hay độ tắt mol (lít / mol.cm)

l : chiều dày của lớp chất hấp thụ (cm) C: nồng đỘ của chất hấp thụ (mol/lít, g/l)

:

- Không phụ thuộc C và l mà phụ thuộc:

• Bản ch ất của chất hấp thụ ( mỗi chất sẽ có một  đặc trưng tại bước sóng nào đó)

• Bước sóng của bức xạ bị hấp thụ

• Đặc trưng cho cường độ hấp thụ bức xạ của chất được khảo sát

-  lớn (>10 4 ): chất hấp thụ mạnh, cường độ hấp thụ lớn, phép đo quang

ph ổ càng nhạy

-  nhỏ (< 10 2 ): chất hấp thụ yếu

Biến thiên theo bước sóng và do vậy định luật Lambert – Beer chỉ thật sự đúng đối với ánh sáng có một độ dài

sóng duy nhất hay ánh sáng đơn sắc.

62

1 1

1 1

Ví du: Vitamin B 12 c ó = 207 ở  max = 361nm

H ệ thức liên hệ giữa hệ số tắt ri ê ng và hệ số tắt mol

A =

(M: trọng lượng phân tử của chất khảo sát)

%

1 cm 1

A

%

1 cm 1

M

10

 ε

1 1

A

Điều kiện ứng dụng định luật Lambert-Beer:

- Ánh sáng phải đơn sắc

- Dung dịch phải loãng và trong suốt (không tán xạ)

- Chất khảo sát phải bền / dd và bền dưới tác dụng của tia Vis

UV-Định luật Lambert-Beer thường bị sai lệch do:

- Phần cứng trên máy

- DD quá loãng → Sư phân ly (ion hóa dd)

- DD quá đậm đặc → Sự trùng hợp phân tử chất thử (dimer

hóa)

- Tạp chất trong dung dịch tạo phức với chất thử.