Bài giảng Đại cương các phương pháp phân tích quang phổ

Bài giảng Đại cương các phương pháp phân tích quang phổ có nội dung trình bày về cơ sở của phương pháp; bức xạ điện từ và phân loại bức xạ điện từ; tính chất sóng hạt của bức xạ; năng lương vật chất; tương tác vật chất với bức xạ điện từ; phổ hấp thụ­ - các phương pháp phổ hấp thụ; phổ phát xạ­ - các phương pháp phổ phát xạ,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Lê Nh t Tâm ­ IUH­ IBFấ

lenhattam@iuh.edu.vn

Đ I CẠ ƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 

QUANG PHỔ

 Đ I C Ạ ƯƠ NG CÁC PH ƯƠ NG PHÁP QUANG 

PHỔ

C  s  c a ph ơ ở ủ ươ ng pháp:

    D a vào đ c tính c a b c x  phát ra hay đ ự ặ ủ ứ ạ ượ c h p th , và  ấ ụ

c ườ ng đ  c a b c x  mà ng ộ ủ ứ ạ ườ i ta có th  đ nh tính hay đ nh  ể ị ị

l ượ ng thành ph n các ch t có trong m u ầ ấ ẫ

+ Khi m t đi n tích dao đ ng v i t n  ộ ệ ộ ớ ầ

s   s  làm xu t hi n m t đi n tr ố ẽ ấ ệ ộ ệ ườ ng 

và m t t  tr ộ ừ ườ ng bi n thiên cùng t n  ế ầ

s  Tr ố ườ ng t ng h p c a đi n tr ổ ợ ủ ệ ườ ng 

và t  tr ừ ườ ng g i là  ọ trường đi n t ệ ừ   

Tr ườ ng đi n t  truy n trong không  ệ ừ ề

gian g i là  ọ sóng đi n tệ ừ

B n ch t c a b c x  đi n tả ấ ủ ứ ạ ệ ừ

• Trong sóng đi n t , đi n trệ ừ ệ ường E  và t  trừ ường H  luôn luôn có phương vuông góc v i nhau và góc ớ

v i phớ ương truy n c a sóng đi n t  ( t i m i ề ủ ệ ừ ạ ỗ

đi m cể ường đ  đi n trộ ệ ường và cường đ  t  ộ ừ

trường tăng r i gi m đ i chi u)ồ ả ố ế

B C X  ĐI N  Ứ Ạ Ệ

TỪ

Ø Năng l ượ ng c a b c x : ủ ứ ạ

Ø S  sóng : là s  chu k  th c hi n đ ố ố ỳ ự ệ ượ c trong kho ng  ả

đ ườ ng 1cm

c T

c.

• S  phân lo i d a trên khác bi t v  t n s  hay b ự ạ ự ệ ề ầ ố ướ c sóng b c  ứ

TÍNH CH T SÓNG H T C A ÁNH SÁNG Ấ Ạ Ủ

Tính ch t sóng: Th  hi n trong vùng b c x  đi n t  có ấ ể ệ ứ ạ ệ ừ

t n s  nh , bầ ố ỏ ước sóng l n.ớ

TÍNH CH T SÓNG H T C A ÁNH SÁNG Ấ Ạ Ủ

Tính ch t h t: Th  hi n trong vùng b c x  đi n t  có ấ ạ ể ệ ứ ạ ệ ừ

t n s  l n, bầ ố ớ ước sóng nh ỏ

NĂNG L ƯỢ NG C A V T CH T Ủ Ậ Ấ

Năng lượng phân t  hay nguyên t  là t ng các d ng năng ử ử ổ ạ

lượng 

       E = Eđt+Edđ+ Eq

+ Eđt = Năng lượng đi n t  c a phân t  ệ ử ủ ử

+ Edđ = Năng lượng do nh ng dao đ ng gây b i tữ ộ ở ương tác 

gi a các nguyên t  trong phân t  .ữ ử ử

+ Eq = Năng lượng do s  quay c a các phân t  chung quay ự ủ ửtrong tr c nào đó c a nó. ụ ủ

T ƯƠ NG TÁC GI A CÁC B C X  VÀ V T  Ữ Ứ Ạ Ậ

Khi phân t  h p thu b c x , chuy n t  tr ng thái c  ử ấ ứ ạ ể ừ ạ ơ

b n lên tr ng kích thích, nghĩa là b n thân nó đã thay ả ạ ả

đ i m c năng lổ ứ ượng:

    ∆E = Ekt – Ecb =  ∆Eđt +∆Edđ+ ∆Eq

    Và : ∆Eel > ∆Edđ> ∆Eq

QUÁ TRÌNH CHUY N M C  Ể Ứ

S  H P THU B C X  C A V T CH T Ự Ấ Ứ Ạ Ủ Ậ Ấ

Khi năng lượng kích thích đ t giá tr  0,03­ 0,3 Kcal/mol, ạ ị

tr ng thái quay c a phân t  b t đ u b  kích thích nh ng ạ ủ ử ắ ầ ị ư

tr ng thái dao đ ng và tr ng thái đi n t  v n không đ i. Lúc ạ ộ ạ ệ ử ẫ ổnày ta ph  quay có bổ ước sóng dài nh  h ng ngo i xaư ồ ạ

h

Eq

q

Khi năng lượng chuy n đ ng nhi t tăng lên 0,3­ ể ộ ệ

12Kcal/mol, tr ng thái đi n t  c a phân t  cũng ch a b  ạ ệ ử ủ ử ư ịkích thích nh ng tr ng thái dao đ ng b t đ u b  kích ư ạ ộ ắ ầ ị

thích. Nh ng photon tữ ương  ng v i bi n thiên năng ứ ớ ế

lượng dao đ ng có bộ ước sóng vào c :  = 2500nm­ ở λ

0,1mm  ng v i b c x  vùng h ng ngo i.Lúc này ta có ứ ớ ứ ạ ồ ạ

ph  thu đổ ược là ph  dao đ ngổ ộ

h

Edđ dđ

• Khi kích thích các đi n t  v i năng lệ ử ớ ượng cao h n,  ơvào kho ng vài ch c đ n vài trăm Kcal/mol, thì lúc ả ụ ế

đó tr ng thái đi n t  b t đ u b  kích thích. B c x  ạ ệ ử ắ ầ ị ứ ạlúc đó  ng v i vùng kh  ki n và t  ngo i.ứ ớ ả ế ử ạ

• Khi b c x  b  h p thu làm  nh hứ ạ ị ấ ả ưởng tr ng thái đi n ạ ệ

t  c a phân t  ph  thu đử ủ ử ổ ược có t n s  ầ ố

el

PH  H P THU Ổ Ấ

• Đường bi u di n s  gi m năng lể ễ ự ả ượng b c x  theo đ i ứ ạ ạ

lượng đ c tr ng c a b c x  (nh  đ  dài sóng, t n s  hay ặ ư ủ ứ ạ ư ộ ầ ố

s  sóng) khi b c x  chi u qua m u g i là ph  h p thu.ố ứ ạ ế ẫ ọ ổ ấ

• V t h p thu   d ng nguyên t  hay phân t   ta có ph  h p ậ ấ ở ạ ử ử ổ ấthu nguyên t  hay phân t  tử ử ương  ng ứ

• T n s  b c x  b  h p thu có ý nghĩa đ c tr ng có c u trúc ầ ố ứ ạ ị ấ ặ ư ấ

v t ch t. Nghiên c u t n s  h p thu trên ph  đ  nh n ậ ấ ứ ầ ố ấ ổ ể ậ

di n hay đ nh tính m u. D a vào cệ ị ẫ ự ường đ  h p thu có th  ộ ấ ể

đ nh lị ượng m u.ẫ

PH  H P THU Ổ Ấ

•  Đ nh nghĩa: quang ph  h p thu là ph ị ổ ấ ươ ng pháp nghiên 

c u v  s  h p thu b c x  B c x  b  h p thu đ ứ ề ự ấ ứ ạ ứ ạ ị ấ ượ c xác 

đ nh thông qua t n s  hay b ị ầ ố ướ c sóng c a b c x   khi  ủ ứ ạ

b c x   t ứ ạ ươ ng tác v i m u ớ ẫ

•  S  thay đ i c ự ổ ườ ng đ  c a quá trình h p thu t o nên   ộ ủ ấ ạ

ph  h p thu. Ph  h p thu đ ổ ấ ổ ấ ượ c trình bày d ướ ạ i d ng ph   ổ

đi n t ệ ừ

CÁC LO I PH  H P TH Ạ Ổ Ấ Ụ

Ph  IRổ : Là ph  h p thu trong đó t t c  các phân t  h p  ổ ấ ấ ả ử ấ

th    b ụ ở ướ c sóng ánh sáng t ươ ng  ng v i trong vùng IR.  ứ ớ Quang ph  h ng ngo i cung c p kh  năng đo các  lo i  ổ ồ ạ ấ ả ạ dao đ ng khác nhau c a các liên k t gi a các nguyên t     ộ ủ ế ữ ử ở các t n s  khác nhau ầ ố

Ph  nghiên c u s  h p thu trong vùng t  1­ 2,5µm, 2,5­25µm,  ổ ứ ự ấ ừ ngoài 25µm 

Phổ hồng ngoại thu được của Polystyren trong vùng mid IR

•  Đ nh nghĩa : ph  h p thu nguyên t  là k  thu t dùng đ   ị ổ ấ ử ỹ ậ ể xác đ nh hàm l ị ượ ng  c a  các kim lo i có trong m u th ủ ạ ẫ ử

•  K  Thu t này có th  dùng đ  phân tích  hàm l ỹ ậ ể ể ượ ng  

trên 70 nguyên t  kim lo i khác nhau có trong dung d ch   ố ạ ị

Các quá trình x y ra khi nguyên t  hóa b ng ng n ả ử ằ ọ

S  PHÁT X  C A V T CH T Ự Ạ Ủ Ậ Ấ

V t ch t   d ng nguyên t  hay phân t , nh n năng lậ ấ ở ạ ử ử ậ ượng 

b c x  thích h p, chuy n m c năng lứ ạ ợ ể ứ ượng th p (b n) lên ấ ề

m c năng lứ ượng cao h n (kém b n), có khuynh hơ ề ướng tr  ở

l i m c năng lạ ứ ượng th p h n và có th  phát ra b c x , đó ấ ơ ể ứ ạ

là hi n tệ ương phát x ạ

S  PHÁT X  C A V T CH T Ự Ạ Ủ Ậ Ấ

Mẫu nguyên tử Hydro

S  PHÁT X  C A V T CH T Ự Ạ Ủ Ậ Ấ

S  PHÁT X  C A V T CH T Ự Ạ Ủ Ậ Ấ

CÁC LO I PH  PHÁT X Ạ Ổ Ạ

• Ph  phát x  nguyên t  (AES)ổ ạ ử

• Ph  hu nh quangổ ỳ

• Ph  phát x  ion (ICP)ổ ạ

    Atomic emission spectroscopy

•  Đ nh nghĩa : là m t ph ị ộ ươ ng pháp đ nh l ị ượ ng d a trên   ự

vi c đo c ệ ườ ng đ  b c x  phát ra t  các nguyên t  khi  ộ ứ ạ ừ ử chúng chuy n t  tr ng thái kích thích v  tr ng thái c   ể ừ ạ ề ạ ơ

b n. T  đó ng ả ừ ườ i ta xác đ nh hàm l ị ượ ng ch t xác đ nh.  ấ ị

c u t o nên m u ấ ạ ẫ

•  Ph ươ ng pháp này d a  ự

trên hi n t ệ ượ ng hu nh  ỳ

quang “fluoroscence”.

Các quá trình xãy ra trong ICP