LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP đo QUANG (THỰC tập y tế CÔNG CỘNG)

Định nghĩa:  PP hấp thu phân tử UV-VIS là pp hấp thu quang học dựa trên sự tương tác chọn lọc giữa chất cần xác định với năng lượng bức xạ thuộc vùng UV-VIS.. Chất xuất hiện tạo ra màu

LÝ THUYẾT PP

ĐO QUANG

1 ĐẠI CƯƠNG

1 Định nghĩa:

 PP hấp thu phân tử UV-VIS là pp hấp thu quang học dựa trên sự tương tác chọn lọc giữa chất cần xác định với năng lượng bức xạ thuộc vùng UV-VIS.

Hay: Chất cần xác định trong nước phản ứng với hóa chất để tạo ra màu sản phẩm Chất xuất hiện tạo ra màu vì nó hấp thu các bước sóng nhất

định trong vùng quang phổ của ánh sáng trắng Máy quang phổ đo tại

bước sóng bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi mẫu màu Máy quang phổ

đo cường độ ánh sáng tại bước sóng này trước và sau khi đi cuvette chứa mẫu Dữ liệu phương pháp lưu trữ trong máy tính dùng để tính toán,

hiển thị và lập tài liệu nồng độ.

2 Đặc trưng năng lượng các miền phổ

 Ánh sáng là bức xạ điện từ có bước sóng khác nhau hay dòng photon có năng lượng khác nhau.

2 Đặc trưng năng lượng của các miền phổ

 Trong quang phổ học: ánh sáng khả kiến, tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia Rơnghen, sóng radio đều được gọi chung là bức xạ.

1 ĐẠI CƯƠNG

2 Đặc trưng năng lượng của các miền phổ

Ánh sáng nhìn thấy bao gồm tất cả dải bức xạ có bước sóng từ 396-760 nm có màu trắng Khi cho ánh sáng trắng chiếu qua lăng kính, nó sẽ bị phân tích thành một số tia màu (đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) Mỗi tia màu đó ứng với một khoảng bước sóng hẹp hơn. 

Một chất hấp thụ hoàn toàn tất cả các tia ánh sáng thì ta thấy chất đó có màu đen Nếu sự hấp thụ chỉ xảy ra ở một khoảng nào đó của vùng khả kiến thì các bức xạ ở khoảng còn lại khi đến mắt ta sẽ gây cho ta cảm giác về một màu nào đó

VD: một chất hấp thụ tia màu đỏ (λ= 610–750ηm) thì ánh sáng còn lại gây cho ta cảm giác màu lục (ta thấy chất đó có màu lục) Ngược lại, nếu chất đó hấp thụ tia màu lục thì đối với mắt ta nó sẽ có màu đỏ. Người ta gọi màu đỏ

và màu lục là hai màu phụ nhau. 

1 ĐẠI CƯƠNG

2 Đặc trưng năng lượng của các miền phổ

Liên hệ giữa tia bị hấp thu và màu sắc của chất hấp thu

Tia bị hấp thu Tia còn lại

(Màu của chất hấp thu)

1 ĐẠI CƯƠNG

3 Sự tương tác giữa vật chất và bức xạ điện từ

- E1, E2: năng lượng phân tử ở trạng

thái đầu và trạng thái cuối

- ν: tần số bức xạ điện từ bị hấp thụ

hay phát xạ

+ ∆E > 0: sự hấp thụ bức xạ điện

từ

+ ∆E <0: sự phát xạ năng lượng

Ở điều kiện bình thường, phân tử ở mức năng lượng thấp, gọi là trạng thái cơ bản Khi chiếu bức xạ điện từ vào một môi trường vật chất, sẽ xảy ra hiện tượng các phân tử vật chất hấp thụ hoặc phát xạ năng lượng, hay được gọi là trạng thái kích thích Năng lượng mà phân tử phát ra hay hấp thụ vào là:

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PP

1 Sự hấp thu ánh sáng

- Io: Cường độ ban đầu của nguồn sáng

- IA: Cường độ ánh sáng bị hấp thu bởi dung dịch

- It: Cường độ ánh sáng sau khi qua dung dịch

- Ipx: Cường độ ánh sáng phản xạ bởi thành cuvet và dung dịch

- Ikt: Cường độ ánh sáng khuếch tán bởi các hạt rắn ở dạng huyền

phù của dung dịch

2 Định luật Bouguer – Lambert - Beer

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PP

Khi chiếu một chùm tia sáng đơn sắc đi qua một môi trường vật chất thì cường độ tia sáng ban đầu Io sẽ bị giảm còn It.

- A: độ hấp thu hay mật độ quang học

- T: độ truyền qua

- l: chiều dài lớp dung dịch (chiều dài cuvet), cm

- ε: hệ số hấp thu phân tử (hệ số tắt phân tử)

b t

I

I T

A = log 1 = log = 2 , 303 × ε × ×

3 Ý nghĩa và tính chất của các đại lượng

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PP

a Hệ số hấp thu phân tử ε

- Phụ thuộc vào bản chất của mỗi chất, dung môi, λ , nhiệt độ

và chiết suất (theo nồng độ).

++

++

i

i i n

n i

lC lC

A

1

2 2

1

Chất tan X có độ hấp thụ AX, dm có độ hấp thụ Adm: A = A x + A dm

Đo chính xác Ax thì Adm = 0  λmax dm phải khác xa λmax chất tan  chọn dm

có λ hấp thu ở miền ranh giới tử ngoại chân không

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PP

3 Ý nghĩa và tính chất của các đại lượng

b Mật độ quang A

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PP

3 Ý nghĩa và tính chất của các đại lượng

c Độ truyền qua T

- Phụ thuộc vào λ , nồng độ chất màu, chiều dày của lớp dd.

- Không có tính chất cộng tính.

Sự phụ thuộc của T vào nồng độ C Sự phụ thuộc của A vào nồng độ C

T và A là hai đại lượng đặc trưng của phép đo UV-VIS.

Thường sử dụng A vì quan hệ A và C là tuyến tính.

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PP

3 Ý nghĩa và tính chất của các đại lượng

A = log 1 = log = 2,303×ε × ×

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PP

4 Khoảng tuân theo định luật Beer

0<b≤1: Khi C lớn ⇒ b<1

C nhỏ ⇒ b=1

5 Nguyên nhân gây lệch khỏi định luật Beer

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PP

- Ánh sáng không đơn sắc (phụ thuộc vào cấu trúc thiết bị đo).

° Lượng thuốc thử tạo phức

° Sự có mặt của các chất lạ, dung môi, chất hữu cơ

3 KỸ THUẬT ĐO ĐỘ HẤP THU CỦA DD

1 Điều kiện thực hiện phép đo

a Chất phân tích có phổ hấp thu UV-VIS:

- Chất hữu cơ, chất vô cơ (phenol, napthalen, I2,

KMnO4…): phải được hòa tan trong một dung môi phù

hợp

- Chất khí: phải chứa mẫu trong cuvet đóng kín.

b Chất không có phổ hấp thu UV-VIS (ion kim loại): cho

phản ứng hóa học với thuốc thử để tạo ra sản phẩm cho

phổ hấp thu UV-VIS.

3 KỸ THUẬT ĐO ĐỘ HẤP THU CỦA DD

1 Điều kiện thực hiện phép đo

Hợp chất phải thỏa mãn:

- Có độ bền cao, ít phân ly Hằng số bền K ≥ 108.

- Ổn định theo thời gian, ít nhất 15 phút.

- Hệ số ε càng lớn càng tốt Có thể thực hiện phản ứng tạo

màu với các thuốc thử hữu cơ.

- Các hợp chất là phức cần đo phải có λmax khác xa λmax

của thuốc thử trong cùng điều kiện ( ∆λ = λmax(MR)- λmax(R)

≥80nm).

VD: phân tích Fe2+ bằng phương pháp O-Phenanthroline Sau khi thêm thuốc thử ta được phức màu vàng cam (λmax=510 ηm), trong khi đó thuốc thử 1,10- Orthophenanthroline có λmax = 250 ηm

Điều kiện tối ưu để xây dựng pp phân tích với thuốc thử mới:

3 KỸ THUẬT ĐO ĐỘ HẤP THU CỦA DD

1 Điều kiện thực hiện phép đo

° Xác định vùng phổ mà chất màu hấp thu cực đại

° Xác định pH tối ưu của phản ứng tạo phức.

° Xác định lượng dư thuốc thử cần để chuyển hoàn toàn ion kim loại

thành phức

° Ảnh hưởng nhiệt độ lên sự tạo phức

° Ảnh hưởng thời gian lên sự hình thành phức và độ bền của phức.

° Xét khoảng nồng độ tuân theo định luật Beer.

° Xét ảnh hưởng của nguyên tố cản trở.

2 Nguyên tắc chung để đo độ hấp thu

3 KỸ THUẬT ĐO ĐỘ HẤP THU CỦA DD

a Pha chế dung dịch chuẩn của chất cần xác định.

b Chuyển chất phân tích trong mẫu thành dạng dung dịch

có khả năng tạo màu với thuốc thử

c Thực hiện phản ứng tạo màu ở những điều kiện tối ưu.

d Đo độ hấp thu A ở λmax.

e Tính hàm lượng của chất cần xác định theo những

phương pháp khác nhau

3 Định lượng bằng phương pháp UV-VIS

3 KỸ THUẬT ĐO ĐỘ HẤP THU CỦA DD

a Phương pháp đường chuẩn

- Pha 5-8 dung dịch chuẩn có C khác nhau khoảng 30% (tuân theo định luật

Beer)

- Dung dịch mẫu được chuẩn bị giống như dung dịch chuẩn.

- Đo độ hấp thu của mỗi dung dịch

- Biểu diễn sự phụ thuộc A theo C

Điều kiện: Vùng nồng độ của dãy chuẩn phải bao gồm cả C x

Ưu điểm: ° Chính xác

° Với một đường chuẩn cho phép phân tích hàng loạt mẫu.

3 KỸ THUẬT ĐO ĐỘ HẤP THU CỦA DD

3 Định lượng bằng phương pháp UV-VIS

Phương pháp đường chuẩn

www.themegall ery.com

3 KỸ THUẬT ĐO ĐỘ HẤP THU CỦA DD

3 Định lượng bằng phương pháp UV-VIS

Sau khi đo được giá trị độ hấp thụ quang của các dung dịch chuẩn, chúng ta

có thể tiến hành xây dựng đường chuẩn và tìm ra phương trình hồi quy tương quan :

www.themegall ery.com

y = ax + b; y là độ hấp thụ, x là nồng độ.

Amẫu = y  tính được nồng độ của mẫu theo pt:

Khoảng nồng độ thỏa mãn định luật này khi r > 0,999

Hệ số tương quan r biến đổi trong khoảng -1≤ r ≤ 1 (R2 = 0-1)

- Khi r ≈ 1 có sự tương quan chặt chẻ giữa x và y theo tỉ lệ thuận

- Khi r ≈ -1 có sự tương quan chặt chẻ giữa x và y theo tỉ lệ nghịch

- Khi r ≈ 0 hai đại lượng này không còn tương quan

3 KỸ THUẬT ĐO ĐỘ HẤP THU CỦA DD

3 Định lượng bằng phương pháp UV-VIS

3 Định lượng bằng phương pháp UV-VIS

b Phương pháp so màu

3 KỸ THUẬT ĐO ĐỘ HẤP THU CỦA DD

So sánh cường độ màu của dung dịch mẫu với cường độ màu

của dung dịch chuẩn đã biết nồng độ

x tc

x tc

x

A

A C

C C

C A

Atc, Ax: độ hấp thu của dung dịch chuẩn và dung dịch xác định

Ctc, Cx: nồng độ dung dịch chuẩn và dung dịch xác định

Điều kiện:

- Nồng độ hai dung dịch trên nằm trong khoảng tuân theo định luật Beer

- Cx, Cch không xa nhau nhiều

c Phương pháp thêm chuẩn:

Điều kiện: các dung dịch phải tuân theo định luật Beer.

Ưu điểm:

- Xác định các chất có hàm lượng vi lượng hoặc siêu vi lượng.

- Loại bỏ ảnh hưởng của chất lạ.

Có hai cách thực hiện phép đo này:

 Sử dụng công thức tính

 Sử dụng phương pháp đồ thị

3 KỸ THUẬT ĐO ĐỘ HẤP THU CỦA DD

3 Định lượng bằng phương pháp UV-VIS

A = ε × ×

)( x o

o l C C

A = ε × × +

x o

x o

x o

x

x o

x

A A

A C

C C

C

C A

=

⇒

)(

Stt Dãy chuẩn Ađo được

c Phương pháp thêm chuẩn:

3 Định lượng bằng phương pháp UV-VIS

3 KỸ THUẬT ĐO ĐỘ HẤP THU CỦA DD

5 THIẾT BỊ ĐO

1 Cấu tạo của máy quang phổ

Sơ đồ tổng quát của các máy quang phổ:

5 THIẾT BỊ ĐO

2 Tính năng của các bộ phận

Yêu cầu:

- Ổn định, tuổi thọ cao, phát bức xạ liên tục trong vùng phổ cần đo.

- Đèn D2: cho phổ liên tục trong vùng UV (190-360nm)

- Đèn tungsten halogen: cho phổ liên tục trong vùng khả kiến

(380-1000nm).

- Để làm việc cho cả hai vùng thì phải có đủ 2 loại đèn trên.

b Bộ đơn sắc: Chức năng tách bức xạ đa sắc thành đơn sắc, bao gồm kính

lọc, lăng kính hay cách tử

- Là kính lọc màu cho một vùng phổ nhất định gọi là quang sắc kế

- Cách tử thì máy được gọi là quang phổ kế hay máy quang phổ hấp thu.

+ Quang phổ kế kế gồm loại một chùm tia và loại hai chùm tia Loại hai chùm tia có độ ổn định cao hơn

+ Đo độ hấp thu trên quang phổ kế có ưu điểm: độ phân giải và độ chọn lọc cao

+ Cách tử dùng cho UV-VIS hiện nay có 1200-1800vạch/mm, có khi đến 2400vạch/mm để có độ phân giải cao

5 THIẾT BỊ ĐO

2 Tính năng của các bộ phận

Lăng kính của máy quang phổ dùng lăng kính littrow (lăng kính 300) bằng thạch anh, có đặc điểm ánh sáng đi qua lăng kính hai lần do phản xạ

ở mặt sau

5 THIẾT BỊ ĐO

2 Tính năng của các bộ phận

c Cuvet: làm bằng chất liệu cho bức xạ ở vùng cần đo đi qua.

- Cuvet thạch anh: cho bức xạ đi qua từ 190-1000nm, thường có

d Detector: là bộ phận đo tín hiệu ánh sáng trước và sau khi

đi qua dung dịnh (trong cuvet) Các tín hiệu sau khi đi ra Detector sẽ được khuếch đại, lưu giữ và xử lý trên máy tính

1 Trong pp quang phổ hấp thu phân tử, vùng khả kiến là vùng có bước

3 Để xác định hàm lượng Fe tổng trong mẫu nước sông, người

ta tiến hành xây dựng đường chuẩn, đo A và thu kết quả sau:

Phương trình hồi quy tuyến tính là:

BÀI TẬP

4 Để xác định hàm lượng Fe tổng trong mẫu nước sông, người

ta tiến hành xây dựng dãy chuẩn sau:

Mẫu 0 1 2 3 4

5 Trong pp đo dãy chuẩn của một dd màu cho kết quả:

Nếu mẫu phân tích có A = 0.672 thì C ?

BÀI TẬP