HÓA HỌC PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ PHÂN TỬ PHẠM LUẬN - THƯ VIỆN ĐH NHA TRANG by Nguyễn Thanh Tú

Phạm Luận •

•

HOA HOC PHẤN TÍCH V HIÊN ĐAI /

Phương pháp phân tích

PHỔ PHẦN TỬ

X nhà xuất bản bách khoa hà nội

PHẠM LUẬN

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

PHỒ PHÂN Tử

NHÀ XUẤT BÃN BÁCH KHOA HÀ NÔI

LỜI TỤ A Hóa học phân tích là ngành khoa học có sự tích hợp cao của nhiều ngành khoa học tự nhiên như: hóa học, vật lý, toán học, tin học, sinh học, môi trường,... Nhiệm vụ cơ bản của hóa học phân tích bao gồm phân tích định tính đế xác định thành phần hay cấu trúc cùa mẫu, phân tích định lượng hay đế phân tách các chất và điều chế các hợp chắt siêu tinh khiết... Vì thế hóa học phân tích luôn đóng vai trò quan trọng trong khoa học, kỹ thuật, trong nghiên cứu, trong xà hội như công tác điều tra, phát triến tiêm năng, khai thác tài nguyên khoáng sản, đánh giá chất lượng sản phàm,...

Các phương pháp và kỹ thuật trong hóa học phân tích ở nước ta đã được phát triển và ứng dụng từ nhiều năm nay. Tại các phòng thí nghiệm của các đơn vị đào tạo, viện nghiên cứu và nhà máy sản xuât đều được trang bị các hệ thống thiết bị phân tích trong và ngoài nước, từ cô điên đên hiện đại, từ đơn giản đến phức tạp. Tuy nhiên các tài liệu tiếng Việt giới thiệu đây đủ vê cơ sở lý thuyêt của các phương pháp phân tích và hướng dẫn cụ thể về từng kỹ thuật phân tích thì vần chưa có hoặc chưa đầy đủ nên là một thực tẽ khó khăn cho việc đào tạo, ứng dụng và phát triên ngành Hóa học phân tích hiện nay ở nước ta.

Xuất phát từ thực tế đó, Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội xin giới thiệu cùng bạn đọc Bộ sách chuyên ngành về “HÓA HỌC PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI” gồm 6 cuốn: 1. Phương pháp phân tích phô nguyên tử. 2. Phương pháp phân tích phổ phân tư.

3. Các phương pháp phân tích sắc ký và chiết tách. 4. Phương pháp xử lý và chuân bị mẫu phân tích.

5. Hóa học phân tích cơ sở. 6. Phương pháp phân tích điện hóa.

Tác giả cúa bộ sách này là Nhà giáo Ưu tú - GS. TS. Phạm Luận, người đã nhiều năm giảng dạy, nghiên cứu và làm việc trong lĩnh vực Hóa học phân tích. Bộ sách là một phân thành tựu của tác giả người luôn tâm huyết với việc biên soạn các cuốn sách chuyên ngành đê lưu truyền lại cho xã hội những kiên thức và kinh nghiệm quý báu đà được đúc kết trong sự nghiệp của ông. Tôi tin răng Bộ sách này sẽ là công cụ đặc biệt hữu ích, là cẩm nang kiến thức về lý thuyết và thực hành “HÓA HỌC PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI" cho các sinh viên, giảng viên, nghiên cứu viên và các cán bộ làm việc liên quan đến lĩnh vực phân tích.

Nhân dịp ra măt 3 cuôn đâu tiên của Bộ sách, trước tiên tôi xin trân trọng cảm ơn tác giá NGƯT.GS. TS. Phạm Luận tuy đà ở tuổi 76 nhưng vẫn dành toàn bộ tâm huyết và công sức đế hoàn thiện bản thảo của Bộ sách này. Tôi cũng xin cảm ơn các cán bộ của Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội đã rất nỗ lực và tận tâm đê thực hiện xuất bán Bộ sách. Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn ông Hoàng Anh Tuấn - Phó Chú tịch Hội các Phỏng thử nghiệm Việt Nam - VINALAB, đà giúp đờ và đóng góp kinh phí đê biến các ý tưởng, kê hoạch ban đầu của chúng tôi thành những cuốn sách được xuất bản rất đẹp và có giá trị khoa học - xà hội cao.

Bộ sách có thê còn có thiếu sót hay hạn chế nào đó, chúng tôi rắt mong nhận được sự góp ý từ bạn đọc đô tác giả; Nhà xuất bản tiếp thu và bô sung cho những lần xuất bản tiếp theo. Xin trân trọng giới thiệu cùng bạn đọc!

GIÁM ĐỐC - TỎNG BIÊN TẬP NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI

TS. PHÙNG LAN HƯƠNG

LỜI NÓI ĐẦU Các phương pháp phân tích quang phổ, như phương pháp phố phát xạ và hấp thụ nguyên tử, phổ hấp thụ phân tử, phố huỳnh quang, phổ hồng ngoại và phổ khối lượng,... là nhừng kỹ thuật phân tích hóa lý hiện đại đà và đang được phát triển và ứng dụng rất rộng rài trên toàn thế giới trong nhiều ngành khoa học kỹ thuật, vật lý, hóa học, trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, y dược, địa chât,

môi trường,... Đặc biệt ở các nước phát triên, các phương pháp phân tích phô đà trở thành một hệ

thống các phương pháp phân tích công cụ có hiệu quả trong việc xác định lượng nhỏ và vết các chất vô cơ, hữu cơ, kim loại trong nhiêu đôi tượng khác nhau như đất, nước, không khí, thực phâm, kim

loại, hợp kim,... Hiện nay, trong công tác nghiên cứu bảo vệ môi trường, an toàn thực phâm,... các phương pháp phân tích phô là nhừng công cụ tôt phục vụ đắc lực cho công việc phát hiện và xác định các kim loại

nặng độc hại trong các đối tượng đât, nước, không khí, thực phâm và sinh học. Đen nay trên thê giới đã có hàng trăm quy trình phân tích tiêu chuân dựa trên cơ sở của các kỹ thuật phân tích phô này trong các

lĩnh vực phân tích thực phâm, phân tích các đối tượng môi trường (đất, nước, không khí và sinh học).

Ớ nước ta, các kỹ thuật phân tích quang phổ cũng đà phát triển và đang được ứng dụng trong khoảng hai chục năm gần đây. Một số phòng thí nghiệm đà được trang bị các hệ thống máy đo phô phát xạ và hâp thụ nguyên tử, phô hâp thụ UV/VIS, phô huỳnh quang, phô hông ngoại và phô khôi lượng. Những thiết bị này do nhà nước ta đầu tư, hoặc do viện trợ của nước ngoài theo các chương trình hợp

tác nghiên cứu khoa học kỹ thuật khác nhau. Nhờ đó, chúng ta đà có máy đo phố phát xạ và hấp thụ nguyên tử cua nhiều hàng, nhiều model khác nhau từ đơn giản đến hoàn chỉnh. Một số cán bộ khoa học kỹ thuật của các Viện, các trường Đại học đà được ra nước ngoài (Anh, Pháp, Đức, Hà Lan, Nga) để

học tập, nghiên cứu và đào tạo. Song đại đa số những cán bộ khác không có điều kiên đó và họ cũng rât

cần được cung cấp kiến thức vê các kỹ thuật phân tích quang phô đê phục vụ cho công việc hiện tại của

mình. Mặt khác, hầu hết các tài liệu và sách về các kỹ thuật phân tích này lại chi có bằng tiếng Anh, Pháp, hoặc Nga. Trong những năm qua, nước ta đà dịch rất nhiêu quy trinh phân tích đê áp dụng phục vụ cho khoa học và kinh tế. Tuy nhiên chúng ta chưa có cuốn sách cơ sở lý thuyết nào viết bằng tiếng

Việt vê kỹ thuật phân tích phô đê phục vụ đào tạo, hay giúp các cán bộ của chúng ta học tập và nâng cao tay nghề, phục vụ cho nhu câu phân tích của các ngành khoa học và kinh tế hiện nay đang từng ngày

phát triên và đôi mới, đòi hói chât lượng cao cùng với sự phát triên kinh tê thê giới. Vì thê tác giả đã mạnh dạn biên soạn cuốn sách “Phương pháp phân tích phố phân tử” được xem như là một tài liệu

cơ sở lý thuyết của kỹ thuật phân tích quang phố. Cuốn sách này sẽ rất có ý nghĩa đối với công tác đào tạo, nghiên cứu và ứng dụng thực té trong ngành Hóa học phân tích của Việt Nam, phục vụ cho nhiều

đôi tượng bạn đọc: từ sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh đên các kỹ thuật viên, chuyên gia và cán bộ giảng dạy lình vực Hóa phân tích. 5

Nội dung cuốn sách gồm năm phần như sau:

1. Phương pháp phân tích phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS).

2. Phương pháp phân tích phồ hồng ngoại (IR). 3. Phương pháp phân tích phổ huỳnh quang (FLS). 4. Phương pháp phân tích phổ khối lượng phân tư (MMS).

5. Phụ lục.

Đây là cuôn sách đâu tiên về các kỹ thuật phân tích phố phân tử thuộc bộ sách “Hóa học phân tích hiện đại” được viết bằng tiếng Việt, nên không thê tránh khởi một số hạn chế nhất định, vì thế chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến cúa các bạn bè, đồng nghiệp và bạn đọc gần xa có quan tâm, đê tác giả có thêm điều kiện hoàn chỉnh cho lần xuất bản tiếp sau.

Nhân dịp này, chúng tôi cũng xin chân thành gứi lời cảm ơn đến GS. TS. J. F. M. Maesen,

GS. TS. Kragton, GS. TS. J. Bak, GS. TS. J. c. Kraak, Kỹ sư hóa nghiệm H. Balker, Kỹ sư J. w.

Elgersma thuộc Khoa Hóa học trường Đại học tổng hợp Amsterdam, GS. TS. Trịnh Xuân Giản (Viện Hóa học, Viện Khoa học công nghệ Việt Nam), GS. TS. Nguyễn Đức Huệ, PGS. TS. Nguyễn Văn Ri, TS. Nguyễn Hoàng (Khoa Hóa, Đại học Ọuốc gia Hà Nội), GS. TS. Phạm Gia Huệ (Đại học Dược Hà Nội),

PGS. TS. Ngô Huy Du (Viện Hóa học công nghệ Việt Nam) và các bạn đồng nghiệp trong Bộ môn Hóa Phân tích, Khoa Hóa học, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã có nhiều ý kiến đóng góp cho nội dung

của cuốn sách. Xin cảm ơn.

Tác giả GS. TS. PHẠM LUẬN

Mực LỤC Lời tựa.................................................................................................................................................. 3 Lời nói đầu........................................................................................................................................... 5

Bảng các chữ viết tắt........................................................................................................................13

Chương 1. cơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHÓ HÂP THỤ

QUANG PHÂN TỬ UV-VIS.......................................................................................... 21 1.1. Sự xuất hiện của phổ hấp thụ phân tử UV-VIS................................................................ 21

1.1.1. Sự hấp thụ quang vùng UV-VIS................................................................................ 21 1.1.2. Định luật hấp thụ quang (hấp thụ ánh sáng)............................................................ 28 1.1.3. Những nguyên nhân gây sai lệch định luật hấp thụ quang..................................... 41 1.1.4. Phổ hấp thụ quang và cấu trúc phân tử chất............................................................ 44

1.1.5. Điểm đẳng quang của sự hấp thụ............................................................................. 47 1.1.6. Ví dụ về cấu trúc phân tử và phổ hấp thụ UV-VIS................................................. 48 1.1.7. Màu sắc vật thể và sự tương tác của ánh sáng...................................................... 55 1.2. Nguyên tắc cùa phép đo phổ UV-VIS................................................................................ 57 1.3. Trang bị của phép đo phổ hấp thụ quang UV-VIS........................................................... 58

1.3.1. Nguồn sáng................................................................................................................... 59 1.3.2. Hệ quang học............................................................................................................... 62 1.3.3. Bộ detector (Sensor quang học).................................................................................63 1.4. Phản ứng và thuốc thử trong phép đo quang UV-VIS..................................................... 65

1.4.1. Các yêu cầu chung của thuốc thử..............................................................................65 1.4.2. Các loại thuốc thử trong phép đo phổ hấp thụ UV-VIS...........................................67 1.4.3. Độ bền của phức trong phép đo trắc quang............................................................. 74 1.5. Các yếu tố ảnh hường trong phép đo quang UV/VIS....................................................... 75

1.5.1. Ảnh hưởng của sự chen lấn phổ................................................................................75 1.5.2. Ảnh hưởng của pH (hay nồng độ axit)...................................................................... 78 1.5.3. Thời gian bền của phức đo phổ.................................................................................. 81 1.5.4. Ảnh hưởng của lượng thuốc thử dư.......................................................................... 82 1.5.5. Yếu tố ảnh hưởng nhiệt độ..........................................................................................83 1.5.6. Ảnh hưởng của chất nền của mẫu.............................................................................84

1.5.7. Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ.............................................................................85 1.5.8. Ảnh hưởng của các ion lạ khác................................................................................. 86 1.6. Phân tích định lượng bằng phổ hấp thụ UV-VIS..............................................................87

1.6.1. Các phương pháp đơn giản...................................................................................... 87

1.6.2. Các phương pháp định lượng................................................................................... 89 1.6.3. Phương pháp một mẫu chuẩn................................................................................... 94 1.7. Xác định thành phần phức................................................................................................. 94

1.7.1. Phương pháp biến đổi liên tục một thành phần........................................................ 95 1.7.2. Phương pháp đồng phân tử gam.............................................................................. 96 1.8. Xác định hằng số phân ly của phức chất......................................................................... 98 1.8.1. Phương pháp đường chuẩn...................................................................................... 98

1.8.2. Phương pháp dãy đồng phân tử gam...................................................................... 99 1.8.3. Phương pháp biến đổi một thành phần.................................................................... 99 1.9. Chuẩn độ đo quang.............................................................................................................. 99

1.9.1. Nguyên tắc chung....................................................................................................... 99 1.9.2. Mục đích..................................................................................................................... 100 1.9.3. Dạng của đường cong chuẩn độ đo quang............................................................ 100 1.9.4. Khả năng áp dụng cùa chuẩn độ đo quang............................................................ 102

1.10. Các thuật toán dùng trong phép đo quang UV/VIS...................................................... 103 1.10.1. Giải phương hệ trình có n phương trình với n ẩn số........................................... 103 1.10.2. Phép đo phổ đạo hàm............................................................................................103 1.11. Phạm vi ứng dụng của phép đo phổ UV-VIS................................................................ 108

1.12. Phố phản xạ quang vùng UV-VIS.................................................................................. 108 1.12.1. Sự xuất hiện phổ phản xạ quang vùng UV-VIS.................................................. 108 1.12.2. Nguyên tắc và trang bị của phép đo.....................................................................109

1.12.3. Kỹ thuật đo phổ phàn xạ quang............................................................................. 110 1.12.4. ứng dụng của phổ phản xạ quang vùng UV-VIS................................................. 112

1.13. Phổ hấp thụ UV/VIS trong phân tích định dạng............................................................ 112 1.14. Ví dụ một số máy phổ UV/VIS........................................................................................ 114 1.15. Câu hỏi ôn tập................................................................................................................. 117

Tài liệu tham khảo........................................................................................................................ 118

Chương 2. Cơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỐ HÒNG NGOẠ1119

2.1. Cơ sở lý thuyết của phổ hồng ngoại.............................................................................. 119

2.1.1. Sự xuất hiện của phổ hồng ngoại............................................................................ 119 2.1.2. Phổ hồng ngoại và cấu trúc phân tử chất............................................................... 143

2.2. Nguyên tắc và trang bị của phép đo phổ hồng ngoại.................................................... 148 2.2.1. Nguyên tắc chung........................................................................................................148

2.2.2. Hệ máy, trang thiết bị của phép đo phổ IR.............................................................. 148 2.2.3. Mẩu và cuvet đựng mẫu để đo phổ.......................................................................... 153 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng trong phép đo phổ IR..................................................................156 2.4. Ví dụ về phổ hồng ngoại của một số hợp chất hữu cơ................................................. 162 2.5. Phổ hồng ngoại của các hợp chất vỏ cơ.......................................................................... 192

2.6. Phổ hồng ngoại của một số hợp chất phức kim loại..................................................... 195 2.7. Kỹ thuật hồng ngoại chuyển hóa FOURIER, Ft—IR......................................................... 198 2.7.1. Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của Ft-IR.......................................................... 198 2.7.2. Phương trình của giao thoa kế Michell.................................................................... 200 2.7.3. Cấu tạo máy phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourie................................................... 202

2.8. Phân tích các nhóm chức và định tính............................................................................. 203 2.9. Phân tích định lượng theo phổ IR..................................................................................... 206 2.9.1. Phương trình định lượng........................................................................................... 206 2.9.2. Các phương pháp định lượng.................................................................................. 208

2.10. Phạm vi ứng dụng của phổ hồng ngoại.........................................................................212 2.11. Ví dụ một số máy phổ IR.................................................................................................. 213 2.12. Câu hỏi ôn tập................................................................................................................... 215

Tài liệu tham khảo.......................................................................................................................... 216

Chương 3. cơ SỞ LÝ THUYẾT CÙA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỐ HUỲNH QUANG PHÀN TỬ............................................................................... 217

3.1. Khái quát chung về phổ huỳnh quang.............................................................................. 217

3.1.1. Phổ huỳnh quang là gì................................................................................................ 217 3.1.2. Sự phát xạ huỳnh quang của chất............................................................................ 222 3.2. Nguyên lý chung của phép đo phổ huỳnh quang........................................................... 232 3.3. Phổ huỳnh quang phân từ................................................................................................. 236

3.3.1. Sự xuất hiện của phổ huỳnh quang phân tử.......................................................... 236 3.3.2. Cường độ chùm tia phát xạ huỳnh quang............................................................... 243 3.3.3. Cấu trúc phân tử chất và sự phát huỳnh quang.................................................... 247 3.3.4. Trang bị của phép đo phổ huỳnh quang phân tử................................................... 248 3.3.5. Nguồn sáng kích thích phổ huỳnh quang phân tử..................................................249 3.3.6. Hệ quang học của máy phổ huỳnh quang............................................................... 251 3.3.7. Thuốc thử huỳnh quang............................................................................................ 253 3.3.8. Độ nhạy của phổ huỳnh quang phân tử.................................................................. 259 3.3.9. Các yếu tố ảnh hưởng đến phổ huỳnh quang phân tử.......................................... 260

3.3.10. Phân tích định tính...........

........................................................................... 271

3.3.11. Phân tích định lượng bằng phổ huỳnh quang phân tử........................................ 271 3.3.12. Phạm vi ứng dụng của phổ huỳnh quang............................................................. 277

3.4. Phổ huỳnh quang hóa học................................................................................................ 277 3.4.1. Sự xuất hiện của phổ huỳnh quang hóa học..........................................................277 3.4.2. Cường độ của chùm tia phát xạ huỳnh quang hóa học......................................... 282 3.4.3. Điều kiện và trang bị của phép đo huỳnh quang hóa học.....................................283 3.4.4. Phân tích định lượng bằng phổ huỳnh quang hóa học......................................... 283

3.4.5. Phạm vi ứng dụng của phổ huỳnh quang hóa học................................................ 283

3.5. Phổ lân quang..................................................................................................................... 284 3.5.1. Sự xuất hiện của phổ lân quang.............................................................................. 284 3.5.2. Cường độ của chùm tia lân quang..........................................................................284 3.5.3. Các điều kiện để phân tích phổ lân quang............................................................ 285

3.6. Ví dụ một số máy phổ huỳnh quang.............................................................................. 286

3.7. Câu hỏi ôn tập................................................................................................................... 287 Tài liệu tham khảo........................................................................................................................ 288

Chương 4. cơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỐ KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ (Molecular Mass Spectrometry, MMS)............................................ 289

4.1. Khái quát về phổ khối lượng............................................................................................ 289 4.1.1. Khái quát chung về phổ khối lượng........................................................................ 289 4.1.2. Sự xuất hiện phổ khối lượng phân tử (MMS)........................................................ 293

4.1.3. Cơ chế của sự phân mảnh (tách mảnh)................................................................. 295 4.1.4. Nguồn ion hóa........................................................................................................... 300

4.1.5. Cường độ pic phổ khối............................................................................................. 306 4.1.6. Bộ phân giải phổ khối lượng.................................................................................... 309 4.1.7. Hệ thu nhận phát hiện phổ khối............................................................................... 314 4.1.8. Các cách và nguồn nạp mẫu vào buồng ion hóa................................................... 316

4.2. Nguyên tắc của phép đo phổ khối phân tử.................................................................... 319

4.3. Cấu tạo của máy đo phổ khối phân tử.............................................................................319 4.3.1. Nguyên tắc cấu tạo chung........................................................................................319 4.3.2. Các loại máy phổ khối lượng................................................................................... 320

4.4. Cơ sở lý thuyết của sự phân giải phổ khối lượng........................................................ 320 4.4.1. Máy phổ khối dùng trường tứ cực, loại Q-MS...................................................... 320 4.4.2. Máy phổ khối loại trường bay TOF.......................................................................... 326 4.4.3. Máy phổ khối loại cung từ (Máy loại MS/ES/ICP-MS).......................................... 327

4.5. Hệ bơm chân không.............................................................................................................329 4.6. Ví dụ phổ khối của một số hợp chất................................................................................. 330 4.7. Các yếu tố ảnh hưởng......................................................................................................... 337

4.7.1. Chọn số khối m/z đại diện để phát hiện và địnhlượng chất.................................. 337 4.7.2. Các thông số của máy đo phổ.................................................................................. 339

4.7.3. Các điều kiện nạp mẫu...............................................................................................340 4.7.4. Điều kiện hóa hơi và ion hóa chất tạora ion M1+..................................................... 340 4.7.5. Ảnh hưởng của phổ................................................................................................... 340 4.7.6. Ảnh hưởng của thành phần mẫu............................................................................. 340 4.7.7. Ảnh hưởng của quá trình chuẩn bị mẫu................................................................. 341 4.7.8. Quá trình ghi phổ và đánh giá phổ.......................................................................... 341

4.8. Tối ưu hóa các điều kiện phân tích................................................................................... 341 4.9. Phân tích định tính............................................................................................................... 343

4.9.1. Nguyên tắc chung....................................................................................................... 343 4.9.2. Cách tiến hành............................................................................................................ 344

4.10. Phân tích định lượng......................................................................................................... 346 4.10.1. Nguyên tắc chung và phương trình cơ bản...........................................................346 4.10.2. Các phương pháp phân tích.................................................................................... 347

4.11. Các ứng dụng cùa phổ khối lượng................................................................................. 351 4.12. Ghép nối máy phổ khối với các hệ tách sắc ký............................................................ 352

4.13. Sắc ký khối phổ phân tích các HCBVTV......................................................................... 355 4.14. Máy khối phổ ứng dụng trong phân tích địnhdạng.....................................................409 4.14.1. Phân tích định dạng thủy ngân (Hg)...................................................................... 410

4.14.2. Phân tích định dạng Pb........................................................................................... 415 4.14.3. Định dạng Sn.............................................................................................................418

4.15. Câu hỏi ôn tập.................................................................................................................... 419

Tài liệu tham khảo........................................................................................................................... 420

Chương 5. PHỤ LỤC.................................................................................................................... 421

5.1. Phần chung.......................................................................................................................... 421 5.2. Phổ hấp thụ quang UV-VIS................................................................................................ 426 5.3. Phổ hồng ngoại.................................................................................................................... 437 5.4. Phổ huỳnh quang.................................................................................................................461 5.5. Phổ khối lượng phân từ......................................................................................................466 Một số thiết bị minh họa.................................................................................................................471

Chì mục............................................................................................................................................ 479

BẢNG CÁC CHỮ VIÉT TẮT Viết tắt

Viết đầy đủ tiếng Việt (tiếng Anh)

Phố phân tử (Molecular spectroscopy)

MSD

Detector phổ phân tử (Molecular spectroscopy detector)

ưv

Tử ngoại (Ultraviolet)

ƯVD

Detector hấp thụ quang tử ngoại (Ultraviolet detector)

VỈS

Khả kiến, nhìn thấy (Visible)

VISD

Detector hấp thụ quang khả kiến (Visible detector)

UV-V1S

Tử ngoại-khả kiến (Ultraviolet Visible)

ƯV-VISD

Detector hấp thụ quang tử ngoại-khả kiến (Ultraviolet Visible Detector)

MFS

Phố huỳnh quang phân tử (Molecular fluorescence spectroscopy)

MFSD

Detector phô huỳnh quang phân tử (Molecular spectroscopy fluorescence detector)

Độ hap thụ (Absorbance)

Độ truyền qua (Transmision)

ACN

Axetonitril (Acetonitril)

APDC

Amoni-pyrolidin-Dithio-cacbamat (Amonium-pyrolidin-Dithio-carbamate)

Na-APDC

Natri-pyrolidin-Dithio-cacbamat (Sodium-pyrolidin-Dithio-carbamate)

Dx-Para

Dần xuât thế vị trí para

Dx-Meta

Dần xuất thế vị trí meta

Dx-Octo

Dần xuất thế vị trí octo

Xe-Lamp

Đèn hồ quang Xenon (Xenon arc lamp)

D2-Lamp

Đèn ho quang Dơtri (Detrium arc lamp)

W-Lamp

Đèn hồ quang Wolfram (Tungsten arc lamp)

NGL

Đèn phát sáng mạnh (Nemst Glower Lamp)

Cell

Cuvet đựng mẫu đo (Sample Cell)

PAD

Detector mảng diot phát quang (Photo diode array detector)

H2Dz

Ditizon (Dithvzone)

Thuôc thử, hay tác nhân (Reagent)

PAR

Thuốc thử hữu cơ 4 (2-pyridiazo)-rezorsin

PAN

Thuôc thử hữu cơ l-(2-pyridiazo)~naphtol

Thuôc thử hữu cơ Briang-xanh (Blue Brian reagent)

MIBK

Metyl iso butyl xeton (Methyl iso butyl ketone)

AI-AliS

Phức nhôm alizarin-S (Aluminium Alizarin-S complex)

Sal hay H2Sal

Axit salisilic (Salysilic acid)

Kim loại (Metal)

EDTA hay H4Y

Complexon 11, Triplex II (Ethylen-diamin-tetra-Acetic Acid)

Na2H2Y

Complexon III, hay Trilon B, hay Triplex III (Di-sodium Ethylen-diamin-tetra-Acetic Acid)

NP-HPLC

Sắc ký long hiệu năng cao pha thường (Normal phase high performance Liquid Chromatography)

RP-HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng cao pha ngược (Reversed phase high performance Liquid Chromatography)

IEx-HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng cao trao đôi ion (Ion-Exchange high performance Liquid Chromatography)

Sắc ký ion (Ion Chromatography)

HPCE

Điện di mao quàn hiệu năng cao

(High performance Capillary Electrophoresis)

HPCEC

Sac ký điện di mao quản hiệu năng cao (High performance Capillary Electrophoresis Chromatography)

MEC

Sac ký rây phân tư

hay SEC

(Molecular Exclusion Chromatography) hay (Gel-Filtrration high performance Chromatography)

PaGC

Sac ký khí cột nhồi (Paked Column Gas Chromatography)

CaGC

Sac ký khí cột mao quản (Capillary Column Gas Chromatography)

Gel-GC

Sac ký khí rây (sàng lọc) phân tử (Gel-Filtrration Gas Chromatography)

IFS

Phô huỳnh quang đông vị (Isotope Fluorescence Spectroscopy)

ISF

Sàng lọc ion theo kích thước (Ion Size Filtration)

SDSP

Sodium disulfur phosphate

CSV

Von-ampe hòa tan catot (Cathode Stripping Voltammetry)

ASV

Von-ampe hòa tan anot (Anode Stripping Voltammetry)

DPCSV

Von-ampe hòa tan catot xung vi phân (Differential pulse Cathode Stripping Voltammetry)

DPASV

Von-ampe hòa tan anot xung vi phân (Differential pulse Anode Stripping Voltammetry)

AAS

Phô hâp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectroscopy)

AFS

Phố huỳnh quang nguyên tử (Atomic Fluorescence Spectroscopy)

OES

Phổ phát xạ quang học (Optical Emission Spectroscopy)

ICP-OES

Phô phát xạ quang học nguồn ICP (ICP Optical Emission Spectroscopy)

ICP-AES

Phồ phát xạ nguyên tử nguồn ICP (ICP Optical Emission Spectroscopy)

ICP

Nguồn cao tần cảm ứng (Inductively Coupled Plasma)

Plasma sóng ngắn (Micro Plasma)

NNA

Phân tích hạt nhân kích hoạt nơtron (Neutron Nuclear Activation Analysis)

NAA

Phân tích kích hoạt nơtron (Neutron activation Analysí)

CNA

Chemical Nuclear Analysis

ACN

Axetonitril

EnSymA

Phân tích Enzym (Enzym Analysis)

AntBA

Phân tích kháng khuân (AntiBio Analysis)

IR, hay IFS

Phô hồng ngoại (Infrared Spectroscopy)

Chuyên hóa Fourie (Fourier Transform)

Ft-IR

Phô hồng ngoại chuyên hóa Fourie (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Tan so dao động đối xứng (Symmetrical vibration Frequency)

Tan so dao động bat đối xứng (Asymmetrical vibration Frequency)

Vbd hay Vvar

Tan so dao động biến dạng (Alterationing vibration Frequency)

C-Me

Các bon kim loại (Carbon Metal)

ht-dx

Hóa trị đối xứng

ht-kdx

Hóa trị không (bât) đối xứng

Biến dạng

bd-dx

Biên dạng đôi xứng

bd-kdx

Biến dạng không (bất) đối xứng

X-Ray

TiaX

X-RayS

Phổ tia X (X-Ray Spectroscopy)

XFS

Phổ huỳnh quang tia X (X-Ray Fluorescence Spectroscopy)

Phô Raman (Raman Spectroscopy)

Huỳnh quang phân tử (Molecular Fluorescence)

AFE

Sự phát xạ huỳnh quang nguyên tử (Atomic Fluorescence Emission)

MFE

Sự phát xạ huỳnh quang phân tử (Molecular Fluorescence Emission)

MFS

Phô huỳnh quang phân tử (Molecular Fluorescence Spectroscopy)

AFS

Phô huỳnh quang nguyên tử (Atomic Fluorescence Spectroscopy)

SFE

Sự phát xạ huỳnh quang của vật răn (Solid Fluorescence Emission)

MFD

Detector huỳnh quang phân tử (Molecular Fluorescence Detector)

Huỳnh quang

FR, hay FRe

Thuốc thử huỳnh quang (Fluorescence Reagent)

FSAM

Phưong pháp phân tích phô huỳnh quang

(Fluorescence Spectroscopy Analysis Method) MFSAM

Phuong pháp phân tích phố huỳnh quang phân tử

(Molecular Fluorescence Spectroscopy Analysis Method) AFSAM

Phuong pháp phân tích pho huỳnh quang nguyên tử (Atomic Fluorescence Spectroscopy Analysis Method)

Vit-E

Vitamin E (Vitamin E)

LOD

Giới hạn phát hiện (Limit of Detection)

LOQ

Giới hạn định luợng (Limit of Quantitative)

HCL

Đèn catot rỗng (Hollow Cathode Lamp)

Eex

Năng luợng kích thích (Exictation Energy)

Eeiìi

Năng luợng phát xạ (Emission Energy)

0>x, hay d>

Hệ số phát xạ huỳnh quang (Fluorescence Emission Coeficient)

WEx, hay w

Công suất phát xạ huỳnh quang (Fluorescence Emission Power)

Vitamin Bl, hay Thiamin

Calc

Calcein (thuốc thư huỳnh quang)

HPLC/MFD

Săc ký long hiệu năng cao với detector huỳnh quang phân tử (High Performance Liquid Chromatography with Molecular

Fluorescence Detector)

HPCE/MFD

Điện di mao quản hiệu năng cao với detector huỳnh quang phân tử (High

Performance Capillary Electrophoresis with Molecular Fluorescence Detector) CFS

Phô huỳnh quang hóa học, Hóa huỳnh quang

(Chemical Fluorescence Spectroscopy) CLS

Phô huỳnh quang hóa học (Chemical-Luminescence Spectroscopy)

Phô lân quang (Phosphorescence Spectroscopy)

RSD

Độ lệch chuân tương đối (Relative Standard Deviation)

Sai sô tương đối (Relative Error)

MMS

Phô khối lượng phân tử (Molecular Mass Spectroscopy)

MMSD

Detector phố khối lượng phân tử (Molecular Mass Spectroscopy Detector)

Danton, đơn vị đo số khối m/z (Dalton)

AMS

Phô khối lượng nguyên tử (Atomic Mass Spectroscopy)

ICP

Nguôn plasma cao tần cảm ứng (Inductivity Coupled Plasma )

Sự ion hóa băng nguồn electron (Electron Ionization)

ESI

Sự ion hóa bằng nguồn mù electron (Electron-Spray Ionization)

Sự ion hỏa băng nguôn hóa học (Chemical Ionization)

PCI

Sự ion hóa băng nguôn hóa học ion dương (Positive Chemical Ionization)

NCI

Sự ion hóa băng nguồn hóa học ion âm (Negative Chemical Ionization)

Sự ion hóa băng nguồn nhiệt năng (Thermal Ionization)

Sự ion hóa bằng trường điện từ (Field Ionization)

FDI

Sự ion hóa bằng trường điện từ giải hap (Field desorption Ionization)

TSI

Sự ion hóa bằng nguồn mù nhiệt năng (Thermo-Spray Ionization)

FAB

Băn phá băng nguyên tử nhanh (Fast Atomic Bombardment)

Sự ion hóa bang plasma giải hap (Plasma Desorption Ionization)

LD1

Sự ion hóa băng lade giải hâp (Laser Desorption Ionization)

PBI, hay PBII

Sự ion hóa bằng sự tương tác của chùm hạt (Partical Beam Interface Ionization)

API

Sự ion hóa bằng trường áp suất khí quyển (Atmospheric Presure Ionization)

M+

lon mẹ, ion phân tử (Mother ion, Molecular Ion)

Mảnh ion, ion mảnh (Fragment Ion)

[M+H]+

Ion mẹ (ion phân tử), được tạo ra khi dùng nguồn CI (Mother ion, Molecular Ion)

[M-H]+

Ion mẹ (ion phân tử), được tạo ra khi dùng nguồn CI (Mother ion, Molecular Ion)

Cung nam châm từ (Magnetic Sector)

Cung nam châm điện (Electrostatic Sector)

Trường tứ cực (Ọuadrupole Field)

TOF

Thời gian bay (Time of Flight)

CF, hay CyF

Trường ly tâm siêu tốc (Cyclotroton Field)

MS-MS

Máy phổ khối cung nam châm từ (Magnetic Sector Mass Spectroscopy)

ES-MS

Máy phổ khối cung nam châm điện (Electriostatic Sector Mass Spectroscopy)

MS/ES-MS

Máy phổ khối cung nam châm từ và nam châm điện

(Magnetic-Electriostatic Sector Mass Spectroscopy) Q-MS

Máy phố khối trường tứ cực (Quadrupole Mass Spectroscopy)

HQ-MS

Máy phổ khối trường sáu cực (Hexa- Quadrupole Mass Spectroscopy)

DEMD

Detector đa nhân electron dinod (Dynode Electron Multiplier Detector)

EMD

Detector điện tử đa nhân (Electron Multiplier Detector)

SMD

Detector đa nhân phổ kế nhấp nháy (Scinlilator Multiplier Detector)

Sắc ký lỏng (Liquid Chromatography)

HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid Chromatography)

ƯHPLC

Sac ký lòng siêu hiệu năng cao (Ultra High Performance Liquid Chromatography)

HPCE

Điện di mao quản hiệu năng cao

(High Performance Capilary Electrophoresis) HPCEC

Sac ký điện di mao quản hiệu năng cao

(High Performance Capilary Electrophoresis chromatography)

EI-MMS

Phổ khối phân tứ nguồn El (Electron Ionization Molecular Mass Spectroscopy)

ESI-MMS

Pho khối phân tử nguồn ESI (Electron-Spray Molecular Mass Spectroscopy)

CI MMS

Phô khôi phân tử nguôn ion hóa hóa học (Chemical Ionization Molecular Mass Spectroscopy)

GC/MSD

Sac ký khí với detector khối phô

hay GC/MMS

(Gas Chromatography with Mass Spectroscopy Detector)

HCBVTV

Hóa chat bảo vệ thực vật (Pesticides)

(Organo-Chorine Pesticides)

(Organo-Phosphorine Pesticides)

Hợp chat pyro organo-phospho-chlorine (Phospho-Pyrochlorine Compound)

Hợp chat nitro (Nitro Compound)

CBC

Họp chat cacbamat (Carbamate Compound)

Herb

Hóa chất diệt cở dại (Herbicides)

USEx

Chiêt siêu âm (Ultrasonic Extraction)

ADI (D50)

Liều chết 50% (50% Admission Death Dose Interval)

MRL

Giới hạn tối đa cho phép (Maximun Recommend Limit)

DMM

Di-Metyl thủy ngân (DiMethylMercury)

MMM, hay MMC

Mono-Metyl thuỷ ngân (MonoMethylMercury)

EMM, hay EMC

Etyl-Mctyl thuỷ ngân (EthylMethyl Mercury)

MMAs

Mono-Mctyl arsenic (MonoMethyl Arsenic)

DMAs

Di Metyl arsenic (DiMethyl Arsenic)

BAs

Betaine Arsenic

As-B

Arseno-Betaine

AsC

Arsen-Chline

AsHj

Arsin (chât khí, rat độc)

EtMAsH

Etyl-Metyl Arsin

Me-Hg

Metyl thuỹ ngân (MethylMercury)

DM-Hg

DiMetyl thuỷ ngân (DiMethylMercury)

Et-Hg

Etyl thuý ngân (EthylMercury)

DEt-Hg

DiEtyl thuỷ ngân (DiEthyl Mercury)

Me-Pb

Metyl chi (Methyl Lead)

DM-Pb

DiMetyl chi (DiMethyl Lead)

Et-Pb

Etyl chi (Ethyl Lead)

DEt-Pb

DiEtyl chi (DiEthyl Lead)

TEt-Pb

Tri-Etyl chi (TriEthyl Lead)

TeEt-Pb

Tetra-Etyl chi (Tetra Ethyl Lead)

Gốc alkyl Butyl

Gốc alkyl Metyl

Gốc alkyl Etyl

Gốc alkyl Propyl

Phe

Gốc alkyl Phenyl

BuPnSn

Butyl-TriPropyl thiếc (Butyl-TriPropyl Tin)

BuỉPnSn

Di-Butyl-Di-Propyl thiếc (Di-Butyl-Di-Propyl Tin)

BibPrSn

Tri-Butyl-Propyl thiếc (Tri-Butyl-Propylm Tin)

BtuSn

Tetra-Butyl thiếc (Tetra-Butyl Tin)

Pr4Sn

Tetra-Propyl thiếc (Tetra-Propyl Tin)

MBT

Metyl-Butyl thiếc (Metyl-Butyl Tin)

DBT

Di-Butyl thiếc (Di-Butyl Tin)

TBT

Tri-Butyl thiếc (Tri Butyl Tin)

TeBT

Tetra-Butyl thiếc (Tetra-Butyl -Tin)

Chương 1

Cơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHƠ HÁP THỤ QUANG PHÂN TỦ UV-VIS

1.1. sự XUẤT HIỆN CÙA PHỐ HẮP THỤ PHÂN TỬ UV-VIS

1.1.1. Sự hấp thụ quang vùng UV-VIS - Phân tử, nhóm phân tử của các chất, đơn chất hay họp chất, cũng đều được cấu tạo từ các

nguyên tử theo những cách, kiểu liên kết hóa học nhất định của các điện tử (electron) hóa trị (các electron ở lóp ngoài cùng) của nguyên tử các nguyên tố. Tuy có muôn vàn các chất khác nhau được tạo

thành từ các nguyên tử và phân tứ, nhưng trong phân tử của các chất chỉ có ba loại liên kết hóa học, tức là mọi hợp chất (vô cơ và hữu cơ) đều được tạo thành từ các nguyên tử theo các kiểu liên kết hóa học

nhất định, đó là: 1) Liên kết sigma (ơ), liên kết đơn. 2) Liên kết pi (7ĩ), liên kết đôi và bội pi (2k như ở phân tử axetylen).

3) Và liên kết phối trí (liên kết cho nhận). Ngoài ra, nếu phân tử các chất có chứa các nguyên tố dị tố, như nitơ (N2), oxy (O2), lưu huỳnh (S), thì ở nguyên tứ của các nguyên tố này có thé còn 1 hoặc 2 đôi điện tử hóa trị tự do chưa tham gia liên kết và được kỷ hiệu là cặp electron n. Ví dụ trong phân tử NH3, nguyên tử N có 5 electron hóa

trị, mới đem 3 electron hóa trị liên kết với 3 nguyên tử hydro tạo ra 3 liên kêt đơn sigma (ơ) trong phân tử NH3, do đó trong phân tử NH3 này nguyên tử N còn lại một đôi điện tử tự do n (được gọi là

cặp electron n). Trong phân tử (C6H5)-NH2, nguyên tử nitơ trong nhóm -NH2 cũng còn 1 đôi electron

n, trong phân tử (C6H5)-NO2 mồi nguyên tử oxy vẫn còn 2 đôi electron lì. Những đôi electron n này có the cho phân tử cúa chất khác cần electron khi tham gia phản ứng với chất cần đôi điện tử đó đế tạo ra liên kết bên, thuộc loại cho - nhận. Ví dụ, trong NH3 đôi electron n này cho ion H4 tạo ra ion

NIL (là một axit yếu).

- Các elctron hóa trị, khi đi vào liên kết trong phân tử hình thành các liên kết loại ơ (liên kết đơn)

và n (liên kết đôi). Liên kết ơ là của các electron s và p. Các điện tử hóa trị của liên kết 71 nằm trong các phân lóp p, d, f và đó là các liên kết loại p-p, d-d, f-f, d-p, d-f.

Dung dịch mẫu

Chùm sáng n (hv) vào

Chùm sáng ra It

Phản xạ (IpX) r Tán xạ (Itx) ỉ

Phát xạ (Ihq) Hình 1.1a. Sơ đồ chiếu sáng dung dịch mẫu có chất. Io: Chùm sáng tới; lt: Chùm sáng đi qua; lpX: Chùm sáng phản xạ; lhq: Chùm sáng huỳnh quang; ltx:Chùm sáng tán xạ.

- Trong phân tử, hay nhóm nguyên tử, các liên kết ơ có năng lượng liên kết lớn nhất (nó bền

nhất), sau đó kém hơn là đến các liên kết 71 và các đôi điện tử tự do n (hình l.lb). E

T ơ

Kích thích

1 2 3 4

Bước Bước Bước Bước

chuyên chuyến chuyển chuyển

ơ —► ơ 7Ĩ —► 71 n —> ơ* n —> 71

Cơ bản 1

Hình 1.1b. Sơ đồ chuyển mức E của các đám mấy electron liên kết.

1 và 2: Chuyển mức N-?Y; 3 và 4: Chuyển mức N->Q.

- Các phân tử, nhóm phân tử của các chất, ở điều kiện bình thường chúng tồn tại ở trạng thái cơ bản, trạng thái này bền vững và nghèo năng lượng nhất (có mức năng lượng thấp nhất, Eo) đề đảm bảo

sự tồn tại của phân tử các chất.

Theo cơ học lượng tử, ớ trạng thái cơ bản này phân tử cũng không thu và không phát bức xạ. Nhưng khi có chùm sáng (chùm photon) có năng lượng thích họp chiếu vào dung dịch mẫu của chất, nó sẽ bị kích thích, các điện tử hóa trị trong các liên kết ơ, 71 và đôi điện tử tự do n trong phân tử sẽ hấp thụ

nãng lượng của chùm sáng (tương tác không đàn hồi) và nó chuyển lên trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn Em. Khi phân tử của chất bị kích thích như thế chúng sẽ có các sự chuyến mức năng

lượng như sau:

ơ —> ơ *

(a)

71 -Ạ 71 *

(b)

và n

* ơ

hay n —> 71

(d)

theo sơ đô năng lượng như trong hình 1. lb. Lúc này phân tử đã bị kích thích. Hiệu sô giữa hai mức nàng lượng cơ bản Eo và mức kích thích Em, chính là năng lượng mà phân tử đà hâp thụ được từ nguồn sáng

(chùm sáng) đà tác động vào chúng theo biếu thức:

AE(e) = ( En - Eo) = v.h. = ( h.c )/Ầ

(1.1)

- Trong 4 loại chuyên mức năng lượng này, người ta gọi:

+ Sự chuyển mức (1) và (2) là chuyển mức N —> Y và đây là sự chuyển mức năng lượng Ei cùa

các đám mây electron liên kết loại 71 và ơ trong phân tử của chất.

+ Sự chuyển mức (3) và (4) là sự chuyển mức N —> Q và đây là sự chuyến mức của các đôi electron n chưa liên kết trong các nguyên tố dị tố trong phân tử của các chất, như nguyên tử nitơ (N), nguyên tử oxy (O2), lưu huỳnh (S),... Hình l.lc là sơ đồ phân bố và chuyển mức năng lượng cùa các dám mây electron liên kết của

phân tử o = CH2.

Hình 1.1c. Sơ đồ chuyền mức E các đám mày electron của o = CH2.

Song trong quá trình phân tử các chất bị kích thích, tức là phân tử của chât đà hấp thụ năng lượng của chùm sáng chiêu vào nó, cùng với sự chuyển mức năng lượng của các đám mây electron hóa trị liên két trong phân tử (electron trong liên kết ơ và 71 và các đôi electron n), còn kèm theo cả hai chuyến

động nữa cũng do tác dụng của chùm sáng kích thích gây ra, đó là: + Sự quay và 4- Sự dao động cùa nguyên tử trong phân tứ mạnh hơn so với lúc đâu (ờ trạng thái cơ ban), dưới tác dụng cua nguồn sáng kích thích (nãng lượng cùa chùm photon). Vì thế tông năng lượng mà phân tử cua chât đà nhận được khi nó bị kích thích bao gồm ba thành phân, nghĩa là chúng ta có: E(ts) = AE(e) + AE(d) + AE(q)

(1.2)

Chính năng lượng E(ts) bị mất đi này cua chùm sáng kích thích đà được phân tử các chất hấp thụ để tạo ra phổ hấp thụ quang phân tử của chúng.

- Tổng năng lượng E(ts) này là tương ứng với năng lượng của các chùm sáng nằm trong vùng sóng 190 - 800 nm (vùng ƯV-VIS). Vì the pho hap thụ loại này được gọi là phổ hấp thụ quang phân tử

ƯV-VIS. Trong ba thành phần của sự hấp thụ năng lượng này, thông thường người ta thấy AE(e) >

AE(d) > AE(q) và trong ba thành phần đó, chỉ có thành phần AE(e) là được lượng tử hóa, theo các mức năng lượng nhất định của các orbital của electron trong phân tử (orbital MO). Còn hai thành phần kia là AE(d) và AE(q) không được lượng tử hóa. Vì thế phố hấp thụ phân tử của các chất trong vùng ƯV-VIS không phải là phổ vạch và không đơn sắc, như phô phát xạ, hay phổ hấp thụ nguyên tử (hình 1.2), nghĩa là không có tính đơn sắc. Phổ hấp thụ quang ở đây là phổ băng (spectrum bank), các băng phổ có độ rộng từ 10-80 nm, có các giá trị cực đại (XMax) và cực tiểu (XMin) tại những độ dài sóng nhất định tuỳ thuộc vào cấu tạo phân tử của mồi chất (xem các ví dụ hình 1.2 và 1.3).

Hình 1.2b. Ví dụ về phổ hấp thụ phân tử UV-VIS của các dung dịch muối ion kim loại.

Hình 1.3b. Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS của phức Hg(ll)-Dithyzol

(phổ của dithyzon và phức Hg-dithyzonat).

- Như vậy chúng ta có thể kết luận: Phổ hấp thụ quang phân tử ƯV-VIS là phổ do sự tưong tác hấp thụ của các điện tử hóa trị trong các đám mây liên kết ơ, 7Ĩ và đôi điện tử n ờ trong phân tử hay nhóm phân tử của các chất với chùm tia sáng kích thích thích hợp (chùm tia bức xạ có năng lượng trong vùng UV-VIS) tạo ra. Nó là phổ của tổ họp cùa sự chuyền mức năng lượng cùa các điện tử hóa trị trong

liên kết ơ, 71 và đôi điện tử n, cùng với sự quay và dao động của phân tử. Vi thế nó là phố đám, có các cực đại và cực tiểu của phổ nằm ở những vùng sóng nhất định tuỳ theo cấu trúc và các loại liên kết của phân tử hay nhóm nguyên tử có trong họp chất (hình 1.2 và 1.3). Phố này chủ yếu nằm trong vùng sóng từ 190 - 900 nm. Do đó được gọi tên chung là phố hấp thụ quang UV-VIS của phân tử hay nhóm phân tử của các chất.

Hình 1.3c. Ví dụ về phổ hấp thụ phân tử UV-VIS (Phổ của Axeton và aspirin).

Hình 1.3d. Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS của phức Cu(ll)-Dithyzonat.

CuDz: Phức trung tính. Cu(HDz)2: Phức axit.

1.1.2. Định luật hấp thụ quang (hấp thụ ánh sáng) - Nói chung, khi chúng ta chiếu một chùm tia sáng có năng lượng nhất định phù hợp vào một dung dịch của chất mẫu (dung dịch mẫu phân tích đồng nhất), có thể sinh ra một trong ba hiện tượng

của loại phổ sau đây tuỳ thuộc vào tính chất cùa dung dịch và năng lượng của chùm sáng chiếu vào mẫu (hình 1.4). Ba loại phổ này cũng ứng với ba phương pháp phân tích, hay ba phép đo phô phân tử, đó là. 1) Phổ hấp thụ quang vùng ƯV-VIS (phép đo phố hấp thụ UV-V1S);

2) Phổ huỳnh quang phân tử (phép đo phổ huỳnh quang phân tử); 3) Phổ độ đục, có phép đo độ đục (phép đo hấp đục).

Trong nội dung của chương này chúng ta chỉ nói về cơ sở của phép đo phô hấp thụ quang phân tử

ƯV-VIS, phép đo theo nhánh (I) của hình 1.4 và gọi ngắn gọn là phố hấp thụ quang ƯV-VIS.

Phương pháp đo màu (Photometre)

Phương pháp quang phô (Spectrophotometre)

Lãng kính hay cách tử

(II)

1 I Phương pháp phố huỳnh quang (Spectroflourescent)

Phương pháp huỳnh quang (Photoflourescent)

Hình 1.4. Sơ đồ chiếu sáng dung dịch mẫu đo phổ UV-VIS.

- Trong phép đo phô hấp thụ quang UV-VIS, nếu chúng ta chiếu một chùm tia sáng có cường độ ban đầu lo vào cuvet dung dịch chất mẫu trong và đồng nhất, có độ dày L cm (hình 1.4) thì sẽ có ba

hiện tượng xày ra: + Một phân cường độ chùm sáng đi qua cuvet, Itr;

4- Một phần bị phản xạ và tán xạ theo mọi phương, Itx, IfX;

+ Một phân bị các phân tư chât trong cuvet hâp thụ mât, Ih.

Do đó chúng ta có: lo =

(Ih + Itr + Itx + Ifx)

(1.3)

Tât nhiên, tuỳ theo tính chất của các chất có trong dung dịch mẫu trong cuvet, tuỳ theo loại dung môi và nguồn sáng kích thích, mà phần nào chiếm ưu thế. Trong cuvet của phép đo pho hấp thụ uv - VIs, vì dung dịch mẫu là trong suốt và đồng nhất, nên phân bị mât đi do hiện tượng hâp thụ của các phân tư cúa các chât có trong cuvet gây ra là chính và phần còn lại không bị hâp thụ sè truyên qua; còn phần phản xạ và tán xạ (Itx và Ifx) là không đối và rắt nhở không đáng kê (l% <). Vì thế trong phép đo hấp thụ quang UV-VIS chúng ta có thể viết biẻu thức (l .3) như sau: lo

= (Ih + Itr)

(1.4)

Nếu gọi cường độ chùm sáng chiếu vào cuvet chứa chất mẫu là Io, sau khi qua cuvet còn lại cường độ ltr, độ hấp thụ quang của chất trong cuvet là A, theo các định luật hấp thụ quang, độ hấp thụ

quang A của chât trong cuvet có ba quan hệ phụ thuộc như sau:

+ A phụ thuộc vào bê dày L (cm) cuvet (định luật Bouguer-Lambert), + A phụ thuộc vào Ằ cua tia sáng chiếu vào mẫu (Lambert-Bcer), + A phụ thuộc vào nồng độ c (mol/L.) của chat (Lambert -Beer). - Theo ba mối quan hệ cơ sở đó, một cách tống quát chúng ta có định luật Bouguer-Lambcrt-

Beer vê độ hấp thụ quang A của một chất trong cuvet sè phải là hàm sô cúa ba đại lượng L, X và C: A = f(X, L,C) - Neu nghiên cứu và biêu diền các quan hệ đó tách riêng chỉ từng đại lượng, như: A = f(À), A = f(L), A = f(C) và ứng với ba mối quan hệ này chúng ta có ba dạng đường chỉ ra các môi quan hệ đó như trong các hình 1.5, cùa ba trường hợp (a), (b), (c).

- Đường biểu diễn dạng (a) mô tả sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang A vào độ dài sóng X, nó đặc trưng cho độ rộng của băng phồ hấp thụ và đế chỉ đại lượng này người ta dùng khái niệm nửa độ

rộng W(i/2). Nó là độ rộng của băng phổ tại điếm ứng với một nửa chiều cao cường độ hấp thụ AÀ, của băng phổ (hình 1.5a, A = f(À)). Đại lượng này dùng đế đánh giá hay so sánh độ rộng của các băng phổ hấp thụ của các chất. Khi giá trị W(i/2) mà càng nhở, bãng phố càng hẹp, thì càng tốt. Vì trong điều kiện đó sự chen lấn của các băng phổ của các chất lên nhau sẽ bị hạn chế và phép đo có độ nhạy và độ chọn lọc cao hcm. - Nhưng trong một phép đo phô hấp thụ UV-VIS, đại lượng L là không đổi (L = hằng số, là bề dày cuvet chứa mẫu và thường dùng L = 1 cm), À là tia sáng đà được chọn cố định đế chiếu vào cuvet

có dung dịch mẫu. Như vậy trong phép đo phổ hấp thụ quang ƯV/VIS, hai đại lượng L và À là không

đổi, nên ta có công thức của độ hấp thụ quang AÀ, của chất trong cuvet sẽ là:

hay là:

A1 = log(l/T) = log(Itr/Io)

(1.5a)

Ax = 2,303.e.L.Cb

(1.5b)

= k.cb

(1.5c)

Trong đó:

- k = 2,303.£.L: Là một hằng số trong mồi phép đo cụ thể của một chất; - Ax,: Độ hấp thụ quang của phân tử chất ở trong cuvet;

- T: Là độ truyền qua (%T); - b: Là một hệ số, nó chỉ nhận giá trị trong vùng 0 < b < 1. Giá trị của b phụ thuộc vào mỗi chất và nồng độ nó.

- Lúc này, nếu xem xét các mối quan hệ giừa A và I0/Itr, hay T và Itr/I0 chúng ta lại có hai biểu thức sau.

T = (Itr/Io). 100

(1.5d)

A = [(Io-Itr)/Io].100

(1.5e)

Như vậy chúng ta thấy: - Nếu như T = 100, nghĩa là không có sự hấp thụ quang của chất (lúc này A = 0), tức là chùm sáng không bị mất năng lượng khi đi qua cuvet chứa chất mẫu và trong trường hợp này Io= Itr.

- Còn nếu T = 0, tức là toàn bộ năng lượng chùm sáng đã bị các phần tử chất trong cuvet hấp thụ

hết 100%), lúc này A = 2, vì A = log( 100)).

- Do đó chúng ta có thang đo phố hấp thụ quang ƯV/VIS là:

+ Độ truyền qua T có giá trị là từ 0 - 100, hình 1.6b. + Thang đo độ hấp thụ quang A (cường độ hấp thụ quang) là từ 0-2 đon vị (Aufs), hình 1.6b.

Hình 1.6a. Mối quan hệ: A = f(Cx) và T = f(Cx).

A: Độ hấp thụ quang; T: Độ truyền qua; b: Bề dày cuvet.

....... Zo 1

I 1 1 00

1 1 0

I “

1 75

---------- 11---------i 0,125

I________________ I________________ L Ị

50 11

0,3

1 25 2 11 0,6

0% 11

1,0 2,0 oo

Hỉnh 1.6b. Thang đo độ hấp thụ và độ truyền qua. %T: Độ truyền qua; A: Độ hấp thụ quang.

Sự tưong quan giữa hai thang đo độ hấp thụ quang là độ truyền qua T và độ hấp thụ quang A có thê thấy trong hình l .6. Trong hai mối quan hệ của hai đại lượng này, mối quan hệ giữa A và c (A = f(C)) là tuyến tính, còn mối quan quan hệ giữa T và c (T = f(C)) là không tuyến tính (hình l .6a).

- Dai đại lượng A và T là hai đại lượng đặc trưng (tín hiệu) của phép đo phô hấp thụ quang phân tử UV-VIS. Song hiện nay trong thực tế phân tích, người ta thường hay dùng đại lượng A (đo độ hấp

thụ quang). Vì mối quan hệ giữa A và c là tuyến tính, còn mối quan hệ giữa T và c là không tuyến tính,

hình l.6a. - Neu chất phân tích X trong cuvet có nồng độ là Cx (mol/L), thì trong một phạm vi nhất định

của nồng độ Cx, mối quan hệ giừa A;v và Cx được đặc trưng bởi định luật hấp thụ quang như biếu

thức sau:

Ax = k.e.L.(Cx)b

(1.6)

ở đây:

- k: Là một hăng số điều kiện thực nghiệm; - b: Là một hằng số bản chất, nó có giá trị: 0 < b < 1. Nó là một hệ số gắn liền với nồng độ Cx của chất. Khi Cx nhỏ thì b = 1; còn khi Cx lớn, thì b < 1 (tiến dần về 0, tất nhiên không bằng 0). - 8: Là hệ số hấp thụ quang phân tử (hệ số tắt phân tử) của chất ở trong cuvet, nó là một đại

lượng đặc trưng cho mỗi loại phân tử hay nhóm phân tử của mồi chất trong một dung môi nhất định và độ lớn cùa 8 là có liên quan chặt chẽ với cấu tạo phân tử của chất. Các chất phân tử có càng nhiều liên kết 71,71 -bội (271 như trong axetylen) và các cặp liên kết liên hợp 7T-Ơ-7Ĩ thì hệ số 8 càng lớn (bảng 1.1).

- Các chất có khả năng hấp thụ chùm sáng càng mạnh thì giá trị 8 của nó càng lớn. Hệ số 8 của

các chất thường nằm trong vùng từ n.101 đến n.105 và để sử dụng được trong phép đo phổ hấp thụ UV-V1S, các chất phải có 8 từ n.103 đến n.105. Tất nhiên sự hấp thụ quang và hệ số 8 này là phụ thuộc vào cấu tạo và các loại liên kết có trong phân tử của chất. Thông thường, các liên kết đôi (=), các lên két

ba (=) và số liên kết này trong phân tử chất càng nhiều, thì khả năng hấp thụ ánh sáng (hấp thụ năng lượng) của chất càng cao (bảng 1.la). Nhất là các chất, mà trong phân tử của nó có nhiều liên kết đôi (-X=X-), hay liên kết ba (-X=X-) và các liên kết đôi liên hợp (-X=X-X=X-). Điều đó nghĩa là cấu

trúc phân tử của các chất có liên quan chặt chẽ với phô hấp thụ quang phân tử ƯV-VIS của nó (mục 1.4). Đại lượng 8 là một hằng số đặc trưng cho sự hấp thụ quang của một chât.

- Neu cuvet chứa mẫu có bề dày L = 1 cm, nồng độ chất trong cuvet c = 1 M (mol/L), thì A = 8.

Giá trị A này là 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 của 8 càng lớn thì chất đó hấp thụ quang càng mạnh. Tức là độ nhạy

phổ hấp thụ uv hay VIS của chất đó là cao. Như thế trong điều kiện này chúng ta có.

8 =AX/(L.C)

(1.7)

Nhưng vì độ hấp thụ quang Ax không có thứ nguyên, do đó thứ nguyên của 8 là: l/(cm.mol/L.).

Vì bề dày cuvet L được tính bằng đon vị cm và nồng độ c của chất được tính bằng đon vị mol/L. Nhờ

công thức (1.7) này chúng ta xác định được giá trị 8 của các chất. - Theo công thức (1.6), đối với một chất phân tích trong một dung môi nhất định và trong 1 cuvet có L đã chỉ ra (đã biết), thì 8 = const và L = const. Do đó nếu đặt k = 8.L thì chúng ta có: AÀ = k.cb

(1.8)

Mối quan hệ hàm số Ax = f(Cx) được biểu diễn như trong hình 1.7. Đồng thời lý thuyết và thực

nghiệm cũng chỉ ra rằng, với mọi chất có phồ hấp thụ quang phân tử vùng UV-VIS, ta sẽ tìm được một giá trị nồng độ Co của nó, mà chúng ta luôn luôn có:

a) Với mọi Cx < Co: thi b = 1, lúc này quan hệ giữa độ hấp thự quang Aã và nông độ Cx của chât trong cuvet là tuyến tính và có dạng y = ax, hình 1.7, đoạn AB. b) Với mọi Cx > Co: thì b < 1 (b tiến dần về 0, khi Cx tăng) và quan hệ giữa độ hâp thụ quang AÀ

và nồng độ Cx của chất trong cuvet là không tuyến tính, hình 1.7, đoạn BC.

A (Độ hấp thụ quang)

Hình 1.7a. Quan hệ giữa độ hấp thụ quang AẰ và nồng độ cx-

AB: Vùng tuyến tính (b = 1). BC: Vùng không tuyến tính (b < 1).

- Với các chất có phổ hấp thụ ƯV-VIS càng nhạy, tức là giá trị 8 của chất đó càng lớn, thì giá trị

nồng dộ giới hạn Co càng nhở và vùng nồng độ tuyến tính giừa Ax và Cx càng hẹp, ví dụ trong bảng 1 .la. Bảng 1.1a. Ví dụ độ nhạy hấp thụ quang của một số chất Chất

hay ion

Phức đo phổ

LOD CMax

(ppm)

Vùng tuyến tính (ppm)

Al(lll)

AI-ErioOO-R

74.000

0,005

0,01 -5,0

Au(lll)

Au-Rohdamin-B

61.000

0,008

0,025-5,5

Cd(ll)

Cd-DDC

35.000

0,008

0,03-6,0

Co(ll)

Co-Nitrizo-R

14.000

0,01

0,03-8,0

Cr(VI)

Cr-Diphenylcarrbazide

34.000

0,005

0,025-6,0

Cu(ll)

Cu-DDC

16.500

0,005

0,025-7,0

Cu-Dithyzonat

62.000

0,002

0,008-4,5

Fe(lll)

Fe-CNS

8.500

0,01

0,03-10,0

Fe(ll)

Fe-Phenanthroline

20.000

0,01

0,03-10,0

Hg(ll)

Hg-Dithyzonat

68.000

0,005

0,002-5,5

Hg(ll)

Hg-Diphenylcarbazide

35.000

0,008

0,025-8,0

Mn(ll)

Mn-Formandoximat

13.000

0,01

0,03-10,0

Ni(ll)

Ni-DDC

35.000

0,008

0,025-8,0

Pb(ll)

Pb-Dithyzonate

69.000

0,003

0,01 -5,5

Pb(ll)

Pb-DDC

15.000

0,008

0,025-8,0

Th(IV)

Th-Arsenazo-lll

83.000

0,005

0,02-6,0

Zn(ll)

Zn-Dithyzonate

86.000

0,003

0,002-4,5

Zn(ll)

Zn-DDC

21.000

0,008

0,025-8,0

Zr(IV)

Zr-Kxylendacam

21.000

0,008

0,03-10,0

Như vậy độ hấp thụ quang A; cua chất tan trong cuvet là phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ Cx của nó ở trong cuvet, khi b = 1 và giá trị nồng độ Co là nồng độ giới hạn lớn nhất của quan hệ tuyến tính giữa độ hấp thụ quang Ax và nồng độ C'x cua chất phân tích trong mầu đo phố. - Công thức (1.8) là phương trinh cơ sơ đế định lượng các chất theo phép đo phổ hấp thụ quang phân tử UV-VIS của nó. Mối quan hệ giừa Ax và Cx được mô tả như trong hình 1.7. Ờ đây, đường biểu diễn này có 2 đoạn:

+ AB là đoạn thăng, độ lớn của đoạn này phụ thuộc vào bản chất hấp thụ quang của mỗi chất và các điều kiện thực nghiệm. Trong đoạn này quan hệ giữa và cx là tuyến tính, có dạng y = ax và b = 1;

+ Còn đoạn BC là không tuyến tính, trong đoạn này b < 1.

Trong phân tích, người ta chỉ sử dụng vùng tuyến tính. Vì thế khi tiêu chuẩn hóa một phương pháp phân tích bằng phép đo phổ hấp thụ quang UV-VIS chúng ta phải xác định vùng tuyến tính này cho mỗi chất trong các điều kiện cụ thể đó, tức là tìm giá trị nồng độ Co. o Giải thích công thức tính độ hâp thụ quang

Như đã nêu ở trên chúng ta thây độ hấp thụ quang A của chất là hàm số của ba đại lượng c, b và X. Nghĩa là:

A = f(Ầ,L,C) Trong đó:

+ C: Nồng độ chất, tính mol/L; + L: Bề dày cuvet đựng chất, tính cm; + X: Độ dài sóng chùm sáng chiêu vào chất trong cuvet, nm. Sau đây chúng ta sẽ xem xét từng môi quan hệ này. 1) Sự hấp thụ quang phụ thuộc vào bề dày lớp dung dịch

Khi chúng ta chiếu một chùm sáng đơn sắc cường độ Io (năng lượng erg.cm2/sec) vào một dung dịch trong cuvet dày b cm, nếu như ta chia bề dày b cúa cuvet thành n lớp, hình 1.7b thì cường độ chùm

sáng sẽ yếu đi (bị giảm) n lần do sự hấp thụ của chất và như thế cuối lớp thứ nhất (n = 1) cường độ chùm sáng sẽ là: 11 = I0/n

(n > 1)

Cuối lớp thứ nhất là bắt đầu lớp thứ hai (n = 2) và sau đi qua lớp thứ hai cường độ chùm sãng sè giảm đi n lần, ta có: 12 = (Ij/n) = (I0/n2)

Rồi đến lóp thứ ba (n = 3), ta cũng có: 13 = (I2/n) = (I0/n3)

Đen lớp thứ n sẽ là: In = (Io/nn)

Hình 1.7b. Cuvet dung dịch mẫu.

Như vậy khi chùm sáng đi qua hết b lớp dung dịch trong cuvet, chùm sáng đi qua cuvet dung dịch Itr sè có cường độ là: Itr

Hay là:

= Io/nb

Io/Itr=l/nb

Và do đó ta có: log(lo/Itr) = b.log(n)

Trong phép đo quang hấp thụ, log(Io/Itr) được gọi là độ hấp thụ quang Axcủa chất, nghĩa là ta có: Az = log(Io/Itr) = b.log(n) =-logT

(l.9a)

Nhưng vì log(n) là một hằng số, nên biểu thức (l.9a) này cho chúng ta thấy độ hấp thụ quang A của chât phụ thuộc vào bề dày b của dung dịch mẫu, bề dày cuvet chứa dung dịch mẫu mà chùm sáng Io đã đi qua (đây là định luặt Bouguer-Lambert). 2) Sự hấp thụ quang phụ thuộc vào nồng độ chất, Cỉ Nêu chúng ta chiếu một chùm sáng đơn sắc cường độ Io vào cuvet dung dịch (hình l .7b) tuỳ

thuộc vào nông độ chât trong mồi lớp của cuvet mà cường độ chùm sáng Io cũng bị giảm khi nó đi từ

lớp này sang lớp khác (lớp thứ nhât đen lớp cuối cùng), do bị các phần từ chât có trong các lớp dung dịch hấp thụ mất. Ncu có một dung dịch nồng độ ban đầu là C| trong ống cuvet, sau khi pha loãng n lần, thi độ hấp

thụ quang A của dung dịch cũng không thay đôi, tức là chúng ta có: k.C|b)

Hay là:

C|bi

= k.c2.b2

(l.9b)

= c2.b2

Như thế ta có: Cj/C2 = b2/b)

(l.9c)

Biêu thức (l .9c) này do Beer thiết lập 1852. Kết hợp biểu thức (l.9a) với (1.9b) chúng ta có: Az = log(Io/Itr) = k.b.c

(l.9d)

Trong biêu thức (l .9d) này:

+ b: Bê dày của lớp dung dịch trong cuvet, bề dày cuvet L(cm);

+ C: Nồng độ chất trong cuvet, tính bằng mol/lít + k: Một hệ số tỷ lệ (một hằng số điều kiện). Với một chất nhất định cụ thế và chùm sáng X co l0 nhất định chiếu vào dung dịch trong cuvet,

trong điều kiện nhiệt độ và pH xác định, thì giá trị k này luôn không đổi, nó là đặc trưng cho phân tử chất mẫu trong cuvet. Hằng số k này được gọi là hệ số (hằng số) hấp thụ phân tử riêng của chất, nó đặc

trưng cho mỗi phân tử chất và được kí hiệu là exilon (e). Như thế biểu thức (1.9d) sẽ là: AÀ = log(Io/Itr) = £.b.c

(1.9e)

Hệ số £ này cho chúng ta biết độ nhạy hấp thụ quang của mỗi chất. Chất nào có giá trị £ càng lớn, sẽ có độ nhạy hấp thụ quang cao, Biểu thức (1.9e) này cho chúng ta biết sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang Ax của một chất phụ

thuộc vào cả nồng độ chất Cx và vào bề dày của cuvet b (cm). Nhưng trong phân tích, đại lượng b (bề dày cuvet) là cố định. Nên trong biểu thức (1.9e) độ hấp thụ quang Ax chỉ phụ thuộc vào nồng độ Cx

của chất trong cuvet. Phương trình (1.9e) là biểu thức cơ bản của định luật hấp thụ quang BouguerLambert-Beer.

3) Sự hấp thụ quang phụ thuộc vào sóng kích thích

Mỗi chất có cấu tạo phân tử khác nhau, tức là có các liên kết hóa học khác nhau, như liên kết a (đơn), liên kết n (đôi), liên kết bội đôi (2k), ví dụ liên kết: -C-C-C-, -C=C-, -C=C-, -C=C-C-, -C=C=O, -C-COOH,... vì thế chúng sẽ chi hấp thụ những chùm sáng có năng lượng phù hợp với các

đám mây liên kết đó trong phân tử của nó. Nghĩa là khi chúng ta thay đổi giá trị X của chùm sáng chiếu vào dung dịch mẫu chất thì độ hấp thụ quang Ax của chất cũng thay đối theo. Mồi chất sẽ có những giá

trị hấp thụ Ax cực đại và cực tiểu tại những độ dài sóng X nhất định, như ví dụ trong các hình 1.3a, 1.3c và hình 1.5(a).

4) Các đại lượng đặc trung của sự hấp thụ quang Có hai đại lượng cơ bản: a) Độ truyền qua (%T)

Được tính theo công thức: %T = (Itr/Io).100

Nó cho chúng ta biết % cường độ chùm sáng đi qua được dung dịch. + Khi T = 100%, toàn bộ cường độ chùm sáng Io đi qua hét dung dịch, mà chất không hấp thụ. + Khi T = 0%, toàn bộ cường độ chùm sáng Io không đi qua được dung dịch, nó đã bị chất không

hấp thụ hết.

+ Như vậy thang đo độ truyền qua sẽ là %T: 0 - 100%, hình 1.7c.

Hình 1.7c. Mối quan hệ giữa độ truyền qua và độ hấp thụ quang.

Đường độ truyền qua: T = f(Ả); Đường độ hấp thụ quang: A = f(Ằ). b) Độ hấp thụ quang, Ax

Được tính theo công thức (l.9e) như sau: AẦ = log(Io/Itr) = 8.b.c

Như vậy nếu: + Itr = 0, chúng ta có A = 2. + Ilr = Io, chúng ta có A = 0.

4- Như vậy thang đo độ hấp thụ quang sè là A: 0 - 2, hình l .6b. Trong thực tê, khi chê tạo máy đo phô ƯV-VIS người ta thường chia thang đo này (0 - 2) thành

100 phân (đơn vị), hay 300 phan, đê việc đo và đọc số độ hấp thụ được chính xác hơn. Mối quan hệ giữa độ truyền qua và độ hấp thụ quang được chỉ ra trong hình l.7c và khi A cực

đại, thì T lại cực tiểu và ngược lại. c) Hệ so hăp thụ quang phân tử, £

Như trong biểu thức (l .9e) Ax = log(Io/Itr) = e.b.c

Hay là:

Ax = e.b.c

Do đó: 8 = AẦ/(b.C)

(l.9g)

Hằng số £ ở đây được gọi là hệ số (hằng số) hấp thụ phân tử riêng phần của một chất, nó đặc trưng cho mồi phân tư chất và được kí hiệu là hệ exilon (s), nó phụ thuộc vào câu trúc phân tử của mồi chất.

Bảng 1.1b. Hệ số hấp thụ £ của một số chất Chất

Liên kết

Ằ1

£1

Ether

-0-

185

1000

Thyoether

-S-

194

4600

Disulphitde

-s-s-

195

5500

Acetilide

-C--

175-180

6000-7000

Azido

-C=N-

190

5000

Xetone

-c=o

195

1100

Ethylene

-C=C-

190

8000

Azo

-N=N-

400

1500 2000

-s=c

250

7500 9500

(-c= C-)3

184

9000

Naphthalene

Đa vòng

220

Anthracene

Đa vòng

Pyridine

Quinoline

£•2

120.000

275

5600

252

199.000

375

7900

Dị vòng

176

80.000

195

6600

Vòng thơm

227

37.000

270

3600

*) Pb-PAR(

520

45.000

Phức AI-AIiR

535

84.000

Phức Cr-PPC

540

29.000

Phức Zn-Dz

535

39.000

620 - 670

35.000 - 78.000

Thio-xetone

Benzen

ĐH-Arsen- azo III

(*) Ở đây PAR, AliR, PDC, Dz, MDG,... là các thuốc thử phân tích của phép đo phố hấp thụ

quang xác định các ion kim loại trong vùng phô ưv hay UV-VIS. Nó là các thuốc thừ trắc quang xác định các ion kim loại. Hệ số £ này cho chúng ta biết độ nhạy hấp thụ quang của mỗi chất. Chất nào có giá trị £ càng lớn,

nó sẽ có độ nhạy hấp thụ quang cao, ví dụ trong bảng l. 1 a, bảng 1.1 b, bảng 1.1 c và bảng 1.1 d đã chỉ ra.

Trong biểu thức (1.4g), nếu c là mol/L và b là cm, còn Ax không có thứ nguyên, nên £ có đơn vị là:

£ = Ax/(b.C): Ax.cm ’.(mol/L)1

Bảng 1.1c. Đặc trưng hấp thụ của các loại chất hữu cơ

Loại chất

Ví dụ

Dung môi

Amax (fim)

&Max

Alkene

C6Hi3CH=CH2

N-Heptane

177

13.000

Di-Alkene

ch2=chch=ch

N-Heptane

217

21.000

Alkylne

c5h6c^c-cch2

N-Heptane

178

10.000

N-Heptane

196

02.000

CH3COCH3

N-Heptane

186

01.000

CH3COH

N-Heptane

180

07.000

Carboxyl

CH3COOH

Ethanol

204

00.400

Amono

CH3CONH2

H2O

214

00.160

Azo

CH3N=NCH3

Ethanol

339

00.500

Nitro

ch3no2

Izo-octane

280

00.220

Nitrozo

C4H9NO

Ethyl-Ether

300

01.000

Aromatic

CeHô ( Benzen )

N-Heptane

204

07.900

256

00.790

Carbonyl

Bảng 1.1d. Một số hợp chất phức của ion kim loại

(Dùng trong phép đo phổ UV-VIS ) Nguyên tố

Hợp chất phức

A-Max (nm)

SMax-103

Al(lll)

Al-Erio-R

535

74.

Al(lll)

Al—Alu

535

74.

Ag(l)

Ag-DDC

450

35.

Ag(i)

Ag-(HDz)2

535

11.

Cd(ll)

Cd-(HDz)2

520

85.

Cd(ll)

Cd-(PAR)2

495

57,8.

Cu(ll)

Cu-DDC

440

16.

Cu(ll)

Cu-Cuproin

540

6,3.

Mn(ll)

Mn-ForMd

450

11.

Pb(ll)

Pb-PAR

512

10,8.

Pt(ll)

Pt-PAR

660

22,9.

620 - 670

(35.-78).

535

86.

ĐH(III)

Zn(ll)

DH-ArsenAzo-lll Zn-(HDz)2

Các ví dụ khác về phô hấp thụ của các hợp chất phức cúa các ion kim loại xem thêm trong bảng •2n ờ trên.

Bảng 1.2. Sự hấp thụ quang của một số dung môi (Có chứa nguyên tố chưa bão hòa: Cl, o, J, s, N,...) Họp chất

Hấp thụ ẴMax (nm)

&Max

CH3OH

167

1.500

(CH3)2O

187

2.520

CH3CI

173

0.200

CH3I

258

0.365

(CH3)2S

229

0.140

(CH3)2N

227

0.900

CH3NH2

215

0.610

Benzen

255

7.900

Nitro-Benzen

277

9.800

Axeton

276

25,200

Xyclohexanon

290

15,000

Xycloheptanon

292

18,600

Cholestra-3,5-dien

235

23.000

Bảng 1.3. Sự hấp thụ và điềm Cutoff của một số dung môi (Điểm Cutoff là điểm dung môi hấp thụ > 80% nàng lượng chùm sáng)

Dung môi

STT

Ẵ (ở 80% Abs), nm

Nước (H2O)

180

Ethanol (C2H5OH)

220

N-Heptane

200

Methanol

210

Cyclohexane

200

ecu

266

CHCI3

245

Di-ethyl-ether

210

Acetone

230

Aceto Nitril

214

Dioxane

320

Benzen

218

Điều này cho chúng ta thấy rằng trong các phép đo phổ hấp thụ quang phân tử ƯV-VIS khi dùng các dung môi không phải là nước, ta phải chọn các dung môi trong suốt trong vùng phô mình cần đo phổ của chất phân tích. Ví dụ metanol phải đo ờ sóng À lớn hon 210 nm, axeton phải đo ờ sóng X lớn

hon 230 nm, hay CHCỈ3 phải đo ở sóng X lớn hon 245 nm, hay CCI4 phải đo ở vùng sóng trên 266 nm,... Còn các vùng sóng X nhỏ hon chúng sẽ không trong suốt, tức là chính dung môi cũng có độ hấp thụ quang khá lớn.

d) Quy luật cộng tính của độ hấp thụ quang A

Trong biêu thức hàm số của độ hấp thụ quang A = f(C) trong vùng nồng độ c của chất mà có mối quan hệ giừa A và c là tuyến tính, thì độ hâp thụ quang Ai của các chât trong một dung dịch luôn có tính chất cộng tính, nghĩa là độ hấp thụ quang cùa dung dịch có n chất bằng tổng độ hấp thụ quang của mỗi chất cộng lại. Cụ thê là nếu dung dịch có n chât (n câu tử), thì độ hâp thụ quang của dung dịch Add sẽ là:

Add = (Aị + A2 + A3 + ... + An) Hay là:

Add = (£1-C| + £2.c2 + £3-C3 + ... + £n.cn)

Đây là cơ sở lý thuyết để giải hệ n phương trình có n ấn số đế xác định nồng độ Cn của n cấu tử trong mẫu có phô hấp thụ quang phân tử xen phủ và chen đè lên nhau. Tức là giải hệ phương trình có n phương trình với n ân sô sau đây: Axi - (£1 |.C] 1 + S| 2-C12 + • ■ • + £ 1 n-C 1 n)

(1)

Ax2 = (£21.c2| + £22-C22 + ■.■ • + £2n«C2n)

(2)

A^n — (snỊ .cnl + Sn2-Cn2 + ■■• •

(n)

^nn-Cnn)

Điều kiện của việc ứng dụng thuật toàn này là n < 4 và các cấu tử có cực đại hâp thụ quang gân nhau trên 10 nm. Ngày nay vấn đề này đà được giái quyết nhờ máy tính và các phần mềm thuật toán giúp chúng ta tính toán và cho phép đo phô UV-V1S và chúng ta đo được phô hâp thụ của các chất loại này. Các hàng chế tạo máy đo phô hấp thụ quang UV-VIS đều có cung cấp các loại chương trình này, đê phục vụ cho việc xác định đồng thời một số chất cùng trong dung dịch mà chúng có phô hấp thụ quang phân tử gần nhau và chen lấn nhau, hay xen phủ lên nhau. Đó là phương pháp dùng các thuật toán sau đây: 1. Giải hệ n phương trình bậc nhất có n ấn số. 2. Phương pháp đo phô đạo hàm (bậc 1 đến 4). 3. Phương pháp bình phương sai số tương đối hay tuyệt đôi. 4. Phương pháp cải tiến Vierode.

5. Phương pháp lọc Karlman.

6. Phương pháp mạng Nơtron nhân tạo.

Tât nhiên mồi loại thuật toán có những ưu diêm, nhược diêm và giới hạn phạm vi ứng dụng nhât định. Ví dụ thuật toán 1 chi áp dụng tốt đôi với các hồn hợp dưới 4 câu tử và cực đại hâp thụ của các cấu tư chất phải khác nhau lớn hơn 10 nm. Thuật toán phố đạo hàm chỉ thích hợp cho hồn hợp 2 hay 3 câu tư và chỉ dùng được đên đạo hàm bậc hai. Vì độ hâp thụ quang A của chât tỳ lệ nghịch với bậc đạo hàm. Thuật toán Vierode cải tiến cùng chỉ áp dụng được cho hỗn hợp 5 cấu tử trở xuông. Thuật toán mạng nơtron nhân tạo ta phải xây dựng mạng nơtron và luyện mạng làm việc trước. Mạng thành lập có bao nhiêu câu tứ thì chỉ dùng được cho xác định bấy nhiêu cấu tử đã đà xây dựng ra mạng và luyện mạng.

1.1.3. Những nguyên nhân gây sai lệch định luật hấp thụ quang Như trên chúng ta đà biết, theo định luật hấp thụ quang Bouger-Lambert-Beer, ta có: A = f (X, L, C). Nghía là độ hấp thụ quang A là hàm số cúa ba biên số À (chùm sáng kích thích), L (bê dày lớp dung dịch chùm sáng đi qua) và Cx (nồng độ chất, mol/L). Do đó mọi sự sai lệch của ba tham số này đều có thề đưa đến làm sai lệch quy luật hấp thụ quang cùa chât. Nghĩa là gây ra nhừng sai sô cho phép đo độ hâp thụ quang A cúa chât. Những nguyên nhân đó có thê là:

1) Nguồn sáng

Chùm sáng chiếu vào cuvet không hoàn toàn đon sắc. Chính vì thế khi đo độ hấp thụ A dùng kính lọc đế chọn chùm sáng kích thích chiếu vào cuvet sẽ gây ra sai lệch nhiều (hình 1.8a và 1.8b). 2) Các điều kiện đo độ hấp thụ quang A

Ví dụ bề dày L của cuvet, độ trong suốt của bề mặt cuvet không thật đồng nhất, bề mặt cuvet gây các hiện tượng quang học phụ như tán xạ, hấp thụ,... 3) Nồng độ chất Các yếu tố làm sai lệch nồng độ c thực của chất cần đo độ hấp thụ quang phân tử A. Nguyên nhân của sai lệch này có thế bao gồm:

a) Sự phân ly của phân tử chất đo quang. Vì độ phân ly a = f(C) và các điều kiện khác nhau, a sẽ khác nhau. Đe khắc phục yếu tố này các hợp chất đo quang phải là hợp chất bền, hay các phức bền. Tức là sự phân ly của chúng là rất nhỏ, không đáng kể và càng nhở thì càng tốt. b) Môi trường pH (độ axit) của dung dịch mẫu đo phố. Vì yếu tố này ảnh hưởng đến sự hình thành, độ bền và sự tồn tại của các chất trong dung dịch đo phô, nhất là các hợp chất có các gốc axit hay bazơ yếu (hình 1.8). c) Sự tồn tại, lượng dư nhiều hay ít của thuốc thử tạo phức sinh ra hợp chất phức bền cần đo

quang (hình 1.8).

Hình 1.8a. Các yếu tố làm sai lệch sự hấp thụ quang.

a) Do nguồn không đơn sắc; b) Do môi trường, pH dung dịch đo; c) Do thuốc thử dư nhiều; d) Do các ion khác có trong mẫu.

d) Sự có mặt cúa các ion và các chất lạ khác có trong dung dịch mẫu (ví dụ trong hình 1.8). Yếu tố này rất phức tạp, được gọi là ảnh hưởng về hóa học. Nó cần được xem xét cụ the trong mồi trường hợp, đê nếu có thì phải loại trừ. 4) Nhiệt độ Nhiệt độ môi trường và dung dịch đo phổ trong cuvet không hằng định suốt trong thời gian đo. Vì trong một mức độ nhất định độ hấp thụ A của các chất cũng có phụ thuộc vào nhiệt độ, hoặc chúng

bị phân huy khi nhiệt độ tăng.

<L) ọ C cú Ị5 1— O 175 -Ọ <

Hinh 1.8b. Ví dụ ảnh hưởng của tia sáng kích thích phổ (không đơn sắc 0,5, 1 và 5°/o).

5) Máy đo

Các bộ phận trong hệ quang cua máy đo phổ hấp thụ, như sự hấp thụ, sự tán xạ, sự phản xạ ánh sáng của thâu kính, lãng kính, cách tử, các hệ gương và tính không đông nhât của chúng. Các yêu tô này, khi chế tạo máy đo quang ƯV-VIS, các hàng đà rất cố gắng đế hạn chế chúng đến mức nhỏ nhất

mà có thể bở qua được. Tất nhiên điều này còn phụ thuộc vào mồi máy đo phố ƯV-VIS và mỗi hãng chế tạo nó. Nghĩa là có hãng có máy đo quang UV/VIS chất lượng cao, có hãng có máy đo chất lượng thấp hon. Hay trong quá trình sừ dụng, máy không được bảo quản tốt đúng quy định về độ ẩm, nó bị ảnh hưởng bời hơi axit, hơi dung môi hữu cơ, bị bụi, làm các bộ phân quang học, gương, thấu kính bị mốc và mờ,... Những hiện tượng này cũng góp thêm vào sai số của phép đo quang hấp thụ. Trên đây là sự khái quát chung những yếu tố có thể làm sai lệch sự hấp thụ quang của chất theo định luật Bouguer-Lambert-Beer. Vì thế với mỗi trường hợp cụ thể của các chất phân tích chúng ta cần xem xét tất cả các yếu tố trên, đế tìm ra các điều kiện thích hợp nhất cho phép đo phổ một chất, nhằm

loại trừ các ảnh hưởng và đạt độ chính xác cao.

1.1.4. Phổ hấp thụ quang và cấu trúc phân tử chất - Nguyên nhân sinh ra phố hấp thụ quang phân tử của các chất là do sự hâp thụ năng lượng tia sáng của chât, khi nó bị kích thích băng chùm tia sáng thích hợp (sự tương tác không đàn hôi). Chính các điện tử hóa trị nằm trong các đám mây liên kêt hóa học của các nguyên tử của phân tử, đặc biệt là các liên kết 71, liên kết 71 liên hợp và các đôi điện tử còn tự do n của các nguyên tử dị tố, như N, o, s,... trong phân tử chất là yếu tố chính quyết định sự sinh phố hấp thụ UV-VIS, như các nhóm liên kết thuộc

loại -c=c- -c=c-c=c- -C=C- -C=o, -N=N- -C=N-, OC-OH, -C=o, -C=s, -NO. Nói chung, chat nào trong phân tử có nhiều liên kết TU, liên kết TU-Ơ-TU liên hợp và đôi điện tử tự do n, thì sự hấp thụ quang của nó càng mạnh. Khả năng hâp thụ quang này được đặc trưng bởi hệ số hấp thụ 8 của nó (xem bảng 1.2 và 1.3). Nghĩa là giá trị 8 của phân tử một chất có liên quan chặt chè đến các loại liên kết hóa học của các nguyên tố có trong phân tử của chất, tức là cấu trúc phân tử của chất. Vì thế phố hấp thụ quang phân tử vùng ƯV-VIS cũng là một đại lượng đặc trưng cho cấu trúc phân tử của chất, nó được quyết định bởi cấu trúc phân tử của chất.

Do đó các chất khác nhau sẽ có nhừng nhóm phổ, những cực đại và cực tiểu phố hấp thụ quang ƯV hay VIS riêng của nó. Đó là điều (tính chât) được sử dụng đế xem xét phát hiện các loại chất. - Theo định luật hấp thụ quang, độ hấp thụ quang phân tử A và giá trị 8 của một chất phụ thuộc vào các yếu tố sau đây: 4- Năng lượng chùm photon chiếu vào phân tử chất (E = hv);

4- Các loại liên kết và bản chất của liên kết trong phân tử chất; 4- SỐ liên kết 71 và liên kêt TU-Ơ-TU liên hợp trong phân tử chất; 4- SỐ nguyên tố dị tố trong hợp chất N, s, tức là các đôi electron n; + Số nhóm thế, bản chất và cấu trúc của nhóm thế (ví dụ benzen);

4- Mạch nối đôi liên hợp trong nhóm thế gắn vào gốc phân tử chất; 4- Cấu trúc lớp vỏ electron của ion kim loại tạo phức (ion trung tâm), đặc biệt lớp vở của electron hóa trị phân lớp d và f và cấu trúc của nó.

Các yếu tố này quyết định hình dáng, độ rộng (nửa độ rộng), cực đại, cực tiểu, độ lớn (cường độ) của băng phổ hấp thụ quang UV-VIS mồi chất. Các vấn đề này rất phức tạp và tác dụng rất khác nhau, tuỳ từng loại hợp chất, sau đây là một vài ví dụ minh họa. o về ảnh hường của nhóm thế

Ví dụ ở bảng dưới đây chỉ ra ảnh hưởng cùa nhóm thế được gắn vào phân tử vòng thơm benzen.

Phenol

Benzen

Nitro-Benzen

p-Nitro-Phenol

Anion p-Nitro-Phenol

0” ỏ A A A u kJ kJ U Jo2 no2

NO2

Â,„ax=255nm

^nax=275nm

X1nax=287nm

Z,n3X=315nm

^i>ax=400nm

Eạ

Như trong 5 chất này, chúng ta thấy: El> E2 > E3 > E4 > E5. Tức là các cực đại hấp thụ bị dịch vê phía sóng dài (năng lượng nhỏ dân), khi thêm nhóm thê khác nhau găn vào nhân benzen, các nhóm thê có nhiều liên kết 71 và đôi điện tứ n sẽ gây ra ảnh hưởng nhiều.

o về ảnh hưởng của mạch cacbon liên hợp trong phân tử chất Khi có các nhóm thế găn thêm vào mạch cacbon liên hợp, thì giá trị ÀMax được xác định gần đúng theo công thức của Sano như sau. 8.me.c.l2 (Ne)2 .N X = ------ —----- X ------ --------(1.10) h (Ne + 1) Trong đó:

Vị trí, hay độ dài sóng hấp thụ cực đại của chất;

- me: Khối lượng electron; - c: Tốc độ ánh sáng trong chân không; 1: Chiêu dài cua mãt xích mạch cacbon liên hợp;

Ne: Tông sô electron hóa trị trong tô hợp liên kết đó (phân tử chất); h: Hang so Plank; N: Chiều dài mạch cacbon R có nối đòi liên hợp trong phân tư.

Ví dụ trong phân tư chất có cấu tạo mạch cacbon dạng như sau. -------- R--------

C2H5-N-(C6H4)=CH-(-CH=CH-)n-(C6H4)-N-C2H5-Cl -------- R|--------

-------- R2---------

Từ trái sang phải ta có: N = (10 + 2n ). Như vậy, khi ta thay đôi số n (số nhóm R: -CH=CH-) từ 0, 1, 2 và đến 3 ta có được kết quả như trong bảng sau của sóng hâp thụ cực đại Zfviax của họp chất này,

khi nhóm mạch thăng R (-CH=CH-)n có sô n tăng dân. SỐ n:

Số N:

^Max(nm, tính lý thuyết):

586

706

824

950

/.Max (nm, đo được):

590

710

820

935

Như vậy, từ ví dụ này, chúng ta thấy khi số n và N càng lớn thì cực đại hấp thụ càng chuyên dịch về bên phải, tức là về vùng sóng dài. Nghĩa là khả năng kích thích phố của chất cần chùm sáng có năng

lượng nhỏ hơn. o về ảnh hưởng của ion kim loại trung tâm

về ảnh hưởng của ion trung tâm đến độ hấp thụ quang A của hợp chất phức, theo Sano nó phụ thuộc vào các yếu tố sau: 1) Độ xốp của các đám mây electron của ion kim loại trung tâm, đặc biệt là các lớp electron d và f chưa đầy của ion kim loại đó. Các lớp electron này càng xốp (bán kính ion của ion trung tâm càng lớn)

sẽ ảnh hưởng càng nhiều đến việc chuyến dịch sóng hấp thụ cực đại ĂMax của phức về phía sóng dài.

2) Sự tương tác của các electron với các nguyên tố dị tố (như N, s, p,) có trong phân tử chất, các

thuốc thử hữu cơ tạo phức với ion kim loại đó. Đặc biệt là các đôi electron n còn tự do trong nguyên tố dị tố N, s.

3) Yeu tố ảnh hưởng này cũng được tính gần đúng theo công thức Sano (1.11). 1

(Ne+1) = —(1 - 1/Ne) + X ------- À------------- he--------------------------- 8.M.C------------------- l2

(1.11)

Trong đó: - M: Phân tử lượng chất; - vo: Thế diện tích của phức (ion kim loại - thuốc thử).

- Còn các đại lượng khác ý nghĩa như trong công thức (1.10) ở trên. về yếu tố này, ta hày xem ví dụ sau đây về phức của các ion kim loại cùng hóa trị 4 và có

lớp electron d và f chưa đầy, ví dụ ion: Ge(IV), Ti(IV) và Zr(IV) với thuốc thử Phenylfluorone, là thuốc thử loại axit yếu dạng: H4Re, nó tạo được hợp chất phức bền với các ion kim loại Men+ có dạng: (H2Re)n Men+Xn_, ví dụ ion Ge(lV), Ti(IV) và Zr(IV).

Men+ là đại diện cho Ge(ĨV), Ti(IV) và Zr(IV).

Chúng ta có các kết quả như trong bảng sau. Các đại lượng Bán kính ion (nm) Giá trị X-Max (nm): Năng lượng E

Thuốc thử

Ge(IV)

Ti(IV)

Zr(/ỵ)

0,050

0,065

0,083

468

508

525

540

Như vậy chúng ta thấy các ion có cùng hóa trị, nhưng bán kính ion càng lớn, tức là vỏ electron xốp nhiều thì sè ảnh hưởng nhiều đến sự chuyền dịch sóng hấp thụ cực đại của họp chất phức của nó về

phía sóng dài, tức là năng lượng kích thích phố nhỏ. Nghĩa là, ở đây ta có El > E2 > E3 > E4 và điều này hoàn toàn đúng với thực té cúa các hợp chất phức này khi đo phổ hấp thụ quang phân tử của chúng.

Các ví dụ câu trúc của một số hợp chất thuốc thứ phức có độ hâp thụ quang ƯV/VIS cao được chỉ ra trong mục 1.4.2.

1.1.5. Điểm đẳng quang của sự hấp thụ Khi quan sát sự hấp thụ quang của hợp chất chỉ thị màu metyl - đỏ trong vùng pH nhất định người ta thấy rằng, trong các dung dịch chất này ớ vùng pH từ 4,5 đên 7,1 chât chỉ thị này có một diêm tại sóng 465 nm luôn luôn có độ hấp thụ như nhau (cố định), hình 1.9. Nghĩa là tât cả các đường cong biêu diền độ hấp thụ quang Ax của chất này, tức là hàm A = f(pH) luôn đi qua một diêm nhất định có Ằ = 465 nm và điếm này được gọi là điếm đẳng quang, hình 1.9. Đó là một đặc trưng cùa sự hấp thụ quang phân từ của các chất axit và bazơ yếu mà dạng phân tử và ion của nó đều có hấp thụ quang UV-VIS.

Wavelength (nm) Hỉnh 1.9a. Điểm đẳng quang của chỉ thị metyl - đỏ (Ằ = 465 nm).

(phổ của chỉ thị metyl - đỏ nồng độ 3.4.10 4M trong dung dịch có pH:4,5 đến 7,1) Isosbestic point: Điểm đẳng quang.

Vậy vì sao có điếm đăng quang này?

Chúng ta biết trong dung dịch chất chi thị màu mctyl - dở này có sự phân ly axit, vì nó là một axit yếu, nên trong dung dịch có tồn tại cả hai dạng phân tử nguyên Hind và anion Ind1”, theo quá trình phân ly sau.

Hind — Ind' + H+ Như thế theo tính chất cộng tính ta có độ hấp thụ quang A của dung dịch metyl - đò tại điểm

Ă. = 465 nm sè là: A(465) = (£(HInd,465).b.[Hỉnd I + £(Ind.465).b.[Ind' ])

Nhưng vì e(Hlnd,465) = £(Ind,465) = £(465), nên chúng ta có: A(465) = e(465).b.([HInd 1 + rind1 ~1)

(1.12)

--------- const----------

Hình 1.9b. Điểm đẳng quang của hai phức chất. (a)~ Pb(ll)-TEAC và (b)-Th(IV)-TEAC.

Trong công thức (1.12) này chúng ta thấy trong dung dịch metyl - đỏ này dù ở pH nào thì tổng nồng độ của hai dạng ([Hind] + [Ind "]) cũng luôn luôn không đổi (hang so, const), vì thế độ hấp thụ quang A tổng của hai dạng của metyl - đỏ là không đồi (cố định). Hình 1.9a là các ví dụ, tại sóng 465 nm cũng không đổi. Tức là đường cong của hàm A465 = f(C) của dung dịch chỉ thị này ở các pH nói

trên (pH : 4,50 - 7,10) đều đi qua điểm cỏ À. = 465 nm. Hình l .9b là một ví dụ khác.

1.1.6. Ví dụ về cấu trúc phân tử và phổ hấp thụ UV-VIS Đe minh họa cho mối quan hệ giữa cấu trúc phân tử các chất và phổ hấp thụ quang phân tử của nó, chúng ta có thể xem thêm các ví dụ sau đây trong các bảng từ 1.4a đến bảng 1.4m. Ví dụ 1: Các hợp chat no (parafin).

Đây là phổ của sự chuyển mức năng lượng cùa các electron hóa trị liên kết ơ chứa nhóm

Auxocrom. Nó thuộc về loại chuyến mức N

Y (ơ —> ơ *),

loại này có độ hấp thụ quang phân tử thấp,

8 thường nhỏ hơn 1500 (bảng 1.4a) và các cực đại nằm trong vùng sóng ngắn (ƯV).

Bảng 1.4a. Sự chuyển mức loại ơ -> ơ và cực đại hấp thụ

Loại hợp chất

Các vùng hấp thụ cực đại Ả (nm)

CH3CI

173

161 - 154

CH3I

258

210-150

CH3OH

183

150

CH3NH2

213

173

H2O

167

150

NH3

192

152

Ví dụ 2: Các hợp chất không no (liên kết đôi, 7ĩ). Là sự chuyên mức năng lượng cúa các electron thuộc liên kết n. Đây là loại chuyển mức N

(71 —> 71 ), loại này có độ hấp thụ phân tử thường cao, có 8 từ 10.000 - 80.000. Nó là các hợp chất có liên kết loại mạch cacbon -C=C- và các dien (bảng 1.4b). Bảng 1.4b. Sự chuyển mức loại 7Ĩ -> 7Ĩ trong liên kết dien Loại chất

Dien thẳng

Dien bán vòng

Dien vòng

Dien đa vòng

Liên hợp, dị tố

Hợp chất

A-Max (nm)

e (^Max)

1,3-Butadien

217

21.000

Izopren

220

23.000

2,4-Hexadien

227

23.000

[3-Phellandrren

231

9.000

Xyclohexa-1-enyl etylen

230

8.000

Mentadien

235

10.000

Xyclopentadien

238

5.400

Xyclohexa-1,3-dien

256

8.000

Xyclohepta-1,3-dien

248

7.500

L-Pimeric axit

273

7.100

Ergosterol

280

13.000

7-Dehydrocholesterol

280

11.000

7-Dehydrocholestan

280

12.000

Cholesta-3,5-dien

235

23.000

Cholestadienol c

248

17.000

Ergosterol D

242

21.000

Axit Abietic

238

16.000

5-Nitro-Pentadien

298

12.000

1-Nitro-Propen

229

9.800

Butyl crotonaldilin

220

23.000

Aldehyt Sorbinic

263

27.000

Ví dụ 3: Phố của sự chuyền mức cua n —> 71 *. Đây là trường hợp chất Nitro thẳng trong hai dung

môi Heptan và Metanol. Như vậy ở đây rõ ràng có sự ánh hưởng của dung môi đến giá trị ÀMax của các

chất. Vấn đê này được nêu thêm ở trong bảng 1.4c và bảng 1.4d với các dung môi khác nhau. Yêu tố ảnh hưởng này có liên quan đên câu trúc phân tử cùa mồi chất và độ phân cực của dung môi. Nói chung, dung môi càng phân cực sẽ ảnh hưởng càng nhiều hơn. Bảng 1.4c. Sự chuyển mức loại n -> 71 trong hợp chất nitro thẳng

Hợp chất và gốc R

Trong Heptan

Trong Metanol

À-Max( nm)

^Max(nnm)

CH3-NO2

275

271

C2H5-NO2

277

274

IZO-C3H7-NO2

279

277

Tort—C4H9—NO2

280

279

CF3-NO2

279

Bảng 1.4d. về ảnh hường của dung môi đến sự chuyển mức n -> 71* ẢMax/Dung môi Heptan

CHCI3

ACN

C2H5OH

H2O

Axeton

276

274

270

264

Nitrometan

275

274

273

272

268

Dietylnitrozamin

358

350

338

Cumtriazen

272

268

267

260

Etylentrithiocacbomat

467

457

451

424

Hợp chất

Ví dụ 4: Phổ của sự chuyển mức n —> 71 * trong hợp chất của liên kết giữa nitơ - oxy và liên kết nitơ - nitơ (bảng 1.4e), các giá trị £Max và giá trị ÀMax cùa các chất trong các liên kết -N=O- và N=N,

các họp chất loại này có khả năng hấp thụ quang cao, tức là £Max khá lớn.

Bảng 1.4e. Sự chuyển mức loại n -> 71* trong liên kết oxy và nitơ

Hợp chất

Amax (nm)

SMax-1000

N-Heptyl nitrit

356

lzo-Butyl nitrit

355

1-Octyl nitrat

270

Xyclohexyl nitrat

270

Dietyl Nitrozamin

366

105

Tert-Nitrobutyl

665

M-Nitrozo nitrobenzen

760

Azoxymetan

274

Azit thẳng

285

Azobis-1-xyclohexyl nitrit

300

Azometan (trans)

347

Diazometan

400

AzoBenzen

445

1. Liên kết oxy- nitơ

2. Liên kết nitơ - nitơ

Ví dụ 5: Phô của một số hợp chất cacbonyl và dẫn xuất. Loại này được chỉ ra bảng 1,4f. Đây là phô các chất có các loại liên kêt có dạng: -C=o và

c=c-. Bảng 1.4Í. Phồ hấp thụ của một số hợp chất cacbonyl và dẫn xuất

Loại không no

Loại no

Hợp chat

Hợp chất cacbonyl

Semicacbazon

Thiosemicacbazon

Oxim 2,4-Dinitro-phenyl Hydrazon

ẢMax (nm)

&Max

^Max (nm)

&Max

275

100 <

200 - 260

10.000

320

200 <

225-230

11.000

265

25.000

230

7.000

295

10.000

280

20.000

300

30.000

200<

235

15.000

360

20.000

380

25.000

Ví dụ 6: Phố hấp thụ của Benzen và dẫn xuất thế của nó. Phần chính ở đây là nhân benzen (gốc phenyl) có gắn thêm các nhóm thế khác nhau và chúng ta cũng thấy nhóm thế nào có nhiều liên kết 71 và đôi electron n sè gây ảnh hưởng nhiều đến À,Max và thêm

vào đó là còn có cà vai trò của dung môi (bảng 1.4g). Bảng 1.4g. Phổ hấp thụ của Benzen và dẫn xuất thế của nó

Vùng 1

-R

Nhóm thế

Vùng 2

Dung môi

ẰMax (nm)

EMax

ẰMax (nm)

EMax

-H

203

7.400

254

204

2% Etanol

-ch3

206

7.000

261

255

Nước

-Cl

209

7.400

263

190

Nước

-Br

210

7.900

261

192

Nước

-OH

210

6.200

270

1.400

Nước

OCH3

217

6.400

269

1.480

Nước

-CN

224

13.000

271

1.000

Nước

-COOH

230

1.600

273

970

Nước

-nh2 -no2

230

8.600

280

14.300

Nước

268

7.800

Nước

-ch=ch2

244

12.000

282

450

Heptanol

-C=CH

236

12.500

278

600

Heptanol

-C6H5

246

20.000

Heptanol

-COCH

240

13.000

278

1.100

Heptanol

Ví dụ 7: Phổ hấp thụ của một số hợp chất dị vòng 5 cạnh. Các chất thuộc nhóm này thường có hai cực đại hấp thụ khác nhau và cực đại trước thường lớn hơn cực đại thứ hai (bảng 1.4h). Bảng 1.4h. Phổ hắp thụ của hợp chất dị vòng 5 cạnh Dung

ẰMax (nm)

EMax

ẢMax (nm)

EMax

môi

Xyclopentadien

200

10.000

238

400

Hexan

Furan

200

10.000

250

Hexan

235

4.500

Hexan

Pyrol

210

15.000

350

300

Hexan

Imidazon

210

5.000

250

Alcol

1,2,3-Triazol

210

3.980

Alcol

240

4.000

Alcol

Indol

215

25.000

265

6.300

Hexan

Cacbazol

242

24.000

291

19.000

Hexan

Thiophen

Thiazol

Cực đại 2

Cực đại 1

Họp chất

Ví dụ 8: Phổ hấp thụ cửa hợp chất dẫn xuất Benzen thế 2 lần.

Các nhóm the RI và R2 trong hợp chất có dạng chung Rl-CôH4-R2 (bảng 1.41). Các chất của

nhóm này thường có hai cực đại hấp thụ khác nhau và s của mồi cực đại rât khác nhau. Đây chỉ là cực đại số 1 của các chất. Còn cực đại 2 thi kém hơn nhiều. Bảng 1.41. Phổ hấp thụ của các dẫn xuất của Benzen thế hai lần Nhóm thế

Dx. Octo

Dx. Meta

Dx. Para ^Max

&Max

^Max

&Max

Ằ-Max

EMax

-CH3

-CN

237

17.300

229

11.000

228

11.000

-Cl

-COOH

241

16.000

231

9.100

229

5.900

-Cl

-NO2

285

9.250

273

7.300

266

5.300

-NO2

-OH

317

10.000

273

6.000

278

6.600

-no2

-nh2

381

13.500

280

4.800

282

5.400

-no2

-COOH

264

12.400

-no2

-NO2

266

14.500

241

16.300

-nh2 -nh2

-COOH

284

14.000

250

2.400

248

3.900

-COCH3

311

17.100

-nh2

-CN

270

19.000

236

8.200

-nh2

-CHO

283

16.000

254

10.100

256

12.600

-OH

-COOH

255

13.900

236

7.500

237

9.000

-OH

-CO2CH3

275

14.300

250

9.100

252

10.900

Ví dụ 9: Phổ hấp thụ của một số hợp chất dẫn xuất của Pyridin có dạng chung R-C5H4N.

Trong các loại hợp chất này, các nhóm thế khác nhau cũng cho các giá trị ÀMax và 8Max khác nhau so với Pyridin (báng l .4k). Bảng 1.4k. Phổ hấp thụ của các dẫn xuất một lần của Pyridin Trong axit

Trong kiềm

Nhóm thế R

^Max (nm)

&Max

ẢMax (nm)

&Max

-H

257

2.750

256

5.300

2-CH3

262

3560

262

6.600

3-CH3

263

3.110

262

5.500

4-CH3

255

2.100

252

4.500

2-C2H5

261

3.800

263

7.550

2-F

257

3.350

260

5.900

2-CI

263

3.650

269

7.200

2-Br

265

3.750

272

7.600

2-I

272

4.000

290

8.300

2-OH

230

10.000

225

7.000

3-OH

295

6.300

295

5.700

Ví dụ 10: Phổ hấp thụ của các hợp chất dạng 3-Hydrroxy Pyridin.

Các đặc trưng hấp thụ của loại chất này được chi ra trong bảng 1.41. Trong trường họp này môi trường có ảnh hưởng rất rõ rệt đến độ hấp thu quang cua các chất (qua giá trị XMax và 8Max)Bảng 1.41. Phổ hấp thụ của các hợp chất 3-Hydrroxy Pyridin (Trong 3 môi trường khác nhau)

Hợp chất

3-Hydropyridin

Pyroxidin

Trung tính

Kiềm

Axit

ẰMax (nm)

&Max

ẰMax (nm)

&Max

Â-Max (nm)

&Max

234

10.200

246

4.700

222

3.300

298

4.500

313

3.000

263

5.900

245

6.300

254

3.900

232

2.100

210

6.800

324

7.200

291

8.600

Ví dụ 11: Phổ hấp thụ của một số họp chất phức kim loại, phổ của các loại chất này được chỉ ra trong trong bảng 1.4m.

Đây là các họp chất phức của các ion kim loại với thuốc thử hữu cơ đà được ứng dụng khá nhiều trong phân tích xác định các ion kim loại. Bảng 1.4m. Phổ hấp thụ của một số phức kim loại

lon

Hợp chắt phức

Ă-Max (nm)

&Max

Al(lll)

AI-Eri00-R

535

74.000

Al(lll)

Al-Aluminon

530

11.500

Al(lll)

AI-8-Hydroxychinolin

410

4.800

Ag(i)

Ag-DDC

460

35.000

Ag(l)

Ag-Dithyzol

460

31.000

Au(l)

Au-Rodamin B

565

61.000

Đe(ll)

Be-Acetylaceton

300

31.000

Bi(lll)

Bi-Xylenorange

550

11.000

Ca(ll)

Ca-Gloxal-bis-(2-hydroxyanil

520

15.000

Ca(ll)

Ca-8-Hydroxychinolin

375

5.200

Cd(ll)

Cd-Dithyzon

520

85.000

Cd(ll)

Cd-DDC

445

(15.000)

Co(ll)

Co-Nitrozo R

500

14.000

Co(ll)

Co-PAN

640

(16.700)

Cr(llỉ)

Cr-Diphenylcacbazit

540

34.000

Cu(ll)

Cu-DDC

440

16.500

Cu(ll)

Cu-Dithyzon

525

62.000

Fe(ll)

Fe-Batho-Phenantrolin

535

20.000

Fe(lll)

Fe-CNS

480

6.500

Ge(IV)

Ge-Phenylfluoron

510

81.000

La(lll)

La-Arsenazo III

625

32.000

Mg(ll)

Mg-Eriochrom T den

530

24.000

Bảng 1.4m. Phồ hấp thụ của một số phức kim loại (tiếp)

lon

Hợp chất phức

Ằ-Max (nm)

&Max

Mg(ll)

Ma-8-Hydroxychinolin

380

5.200

Hg(ll)

Hg-Dithyzon

480

68.000

Hg(H)

Hg-Diphenylcacbazit

535

35.000

Hg(H)

Hg-Dithyzon

535

55.000

Mn(ll)

Mn-Formadoxim

450

11.000

Mn(ll)

Mn-DDC

500

4.200

Ni(ll)

Ni-Dimetylglyoxim

450

14.000

Ni(ll)

Ni-DDC

325

35.000

Pb(ll)

Pb-Dithyzon

520

69.000

Pb(ll)

Pb-DDC

440

12.000

Sb(V)

Sb-Rodamin B

565

65.000

Sb(V)

Sb-DDC

510

18.000

Sn(IV)

Sn-Dithyzon

530

7.500

Sn(IV)

Sn-Pyridyl-(3)-fluoron

545

110.000

Ti(IV)

Ti-Tiron

410

13.000

Th(IV)

Th-Arsenazo III

660

130.000

ĐH(III)

ĐH-ArsenAzo III

620 - 670

65000 - 78000

Zn(ll)

Zn-Dithyzon

535

86.000

Zn(ll)

Zn-DDC

445

21.000

Zr(IV)

Zr-Xylenorange

535

12.000

1.1.7. Màu sắc vật thể và sự tương tác của ánh sáng - Sự hấp thụ ánh sáng (hấp thụ quang) trong vùng tư ngoại hay khả kiến của vật chắt làm cho các

electrron trong phân tư (electron hóa trị trong liên kết ơ, 7Í và n) bị kích thích. Lúc này phân tử chất bị kích thích, quay và dao động. Trong đa số trường hợp, năng lượng kích thích được biên thành chuyên động nhiệt của các phân tử và được phân bô theo các mức dao động của phân từ. Đây chính là cơ sở của phương pháp phân tích trắc quang định lượng các chất. - Đông thời cùng chính do năng lượng cúa tia sáng bị các chất hấp thụ và được giải tởa dưới dạng nhiệt, mà chúng ta có thê nhận được màu sắc của các chất. Nghĩa là tuỳ thuộc sự hấp thụ này trong vùng ánh sáng nào mà chúng ta nhìn thây các chât có màu sắc khác nhau. Ví dụ KMnƠ4 có màu tím, K^CnOự có màu da cam, muôi CuSƠ4 có màu xanh lam. Sở dĩ chúng có màu sắc như thế, là vì khi các chùm tia sáng vùng kha kiến chiếu vào các chất đó, các chất đà hấp thụ những tia sáng nhất định trong vùng sóng nhất định, nhừng tia còn lại hợp thành màu sac mà ta nhìn được cứa vật thê. Như vậy giừa màu sắc cua các chất và khả năng hấp thụ tia sáng của chúng là có liên quan chặt chẽ với nhau và gan liền với màu sắc cua vật thế. Sự liên quan này chúng ta có thế thấy trong bảng l .5 và hình l.io. Đó chính là sự bù màu cua chùm sáng phố liên tục trong quá trình tương tác của chùm sáng với vật chất (vật thê).

- Như vậy các chất có màu sắc rò rệt là các chất có kha năng hấp thụ chọn lọc một số tia sáng nhất định (vùng sóng hẹp nhất định) trong miền khả kiến. Chỉ có vật đen tuyệt đối mới hấp thụ mọi tia sáng trong vùng khả kiến và chuyến năng lượng hấp thụ đó thành nhiệt năng làm nóng vật chất. Song cũng không có chất nào là không hấp thụ ánh sáng, mà chỉ có nó hấp thụ ánh sáng trong vùng khác nhau, mà chúng ta không nhìn thấy được (tử ngoại, hay hồng ngoại). Những chất chúng ta thấy có màu sắc, là chúng đã hấp thụ những tia ánh sáng trong vùng khả kiến (360 - 800 nm). Những chất chúng ta nhìn thấy không có màu như nước, rượu, thủy tinh là nó hấp thụ ánh sáng không nằm trong vùng khả kiến, hay hấp thụ quá ít ờ vùng sáng này, nhưng chúng lại hấp thụ rất mạnh các tia sáng trong vùng tử ngoại, như thủy tinh. Nghĩa là màu sắc của vật chất là có liên quan đến cấu tạo của các phân tử hình thành hay tạo ra vật thể (hình 1.1 Oa, hình 1.1 Ob và bảng 1.5).

Đảng 1.5. Sự liên quan giữa màu sắc của chất và tia sáng bị hấp thụ

STT

Màu của vật chất

Các tia sáng đã bị các chất hấp thụ

Lục ánh vàng

Vùng tím (400 - 450 nm)

Vàng

Vùng chàm (450 - 480 nm)

Da cam

Vùng chàm lục (480 - 490 nm)

Đỏ

Vùng lục chàm (490 - 500 nm)

Đỏ tía

Vùng lục (500 - 560 nm)

Tím

Vùng lục sáng (560 - 575 nm)

Chàm

Vùng vàng (575 - 590 nm)

Chàm lục

Vùng da cam (590 - 620 nm)

Lục chàm

Vùng đỏ (625 - 720 nm)

Lục

Vùng đỏ tía (720 - 800 nm)

Như vậy màu sắc cúa vặt chất mà chúng ta nhìn thấy được, đó chính là kết quả cua sự tương tác hấp thụ ánh sáng cua vật chất làm cho vật thế có màu nhất định. Chính sự tương tác này là cơ sở của phép đo trắc quang, phép đo phô hấp thụ phân tử trong vùng phô UV-VIS, đê xác định các chât theo phô hâp thụ của chúng. À(nm) 4(X)

800 Vàng Da cam

7^7

Đỏ

Đỏ - tím

Xanh lục Xanh ve Chuyển dịch batacrom

Chuyển dịch hypsocrom Hình 1.1 Ob. Phổ của các chùm tia vùng khả kiến (nhìn thấy).

1.2. NGUYÊN TÁC CỦA PHÉP ĐO PHỐ UV-VIS Phô hấp thụ quang phân tử vùng UV-V1S (190 - 800 nm) là phô hấp thụ của các chất tan ớ trạng thái dung dịch đông thê cua chất trong một dung môi nhất định, như nước, methanol, benzen, toluen, chloroform, hay một sô chat mà phân từ cua nó trong điều kiện bình thường nó tồn tại ờ trạng thái hơi, như khí CH4, NH3, CO2. Vi thế muốn thực hiện được phcp đo phố này chúng ta phai thực hiện các công

việc sau đây: 1) Chuấn bị dung dịch mẫu a) Neu các chất phân tích có hấp thụ quang UV-VIS

Trường hợp này ta phải hòa tan nó vào trong một dung môi phù hợp, tạo ra dung dịch trong và đông thê, như một số chất hữu cơ: Benzen, phenol, nitrophenol, naphthalen, anthracene. Các chât vô cơ như I2, các muôi K.2CrO4, K2Cr2Ơ7 và KMnO4,... h) Những chất không cỏ phô hấp thụ quang ƯV-V1S

Trường hợp này chù yếu là các ion kim loại, hay các anion, chúng ta phải cho các chất này tác dụng với một thuốc thử R nào đó trong một dung môi và ớ điều kiện thích hợp đe tạo ra một hợp chất phức bền có kha năng hấp thụ quang UV-VIS nhạy, sau đó đo phố của dung dịch phức thu được. Ví dụ ion Fe3+, ta cho nó tác dụng với thuốc thử NH4CNS tạo ra phức màu đo máu Fe(CNS)2 theo phản ứng:

Fe3+ + NH4CNS =

Fe(CNS)2+ + NH4+

(phức màu)

c) Neu mâu phân tích là chất khí

Chúng ta phải chứa mẫu vào trong một ống cuvet đóng kín để đặt vào buồng đo phố. Hay bơm dòng khí mẫu qua cuvet trong khi đo với một tốc độ hầng định (phương pháp đo dòng chảy).

2) Đo phổ

Cho mẫu vào cuvct và chiếu chùm sáng kích thích Ầ phù hợp vào cuvet có dung dịch mẫu của hợp chất cần phân tích, để cho các phân tử chất phàn tích hay sản phẩm phức của nó hấp thụ tia bức xạ

Ầ, để tạo ra phố hấp thụ quang ƯV-VIS của nó. Vì thế chất phân tích (mẫu phân tích) cần được đựng vào ống đo hay cuvet có bề dày nhất định (L = 0,5 đến 2 cm). 3) Ghi đo phổ Thu chùm sáng đi qua cuvet, phân ly phố đó và chọn một tia sáng À, ở vị trí hấp thụ cực đại cúa băng phổ của chất phân tích và đo cường độ hấp thụ quang Ax ờ ÀMax của chất đó trong các điều kiện đà chọn, hay quét (Scan) để ghi cả một vùng phổ mong muốn.

4) Hiện thị phổ, kết quả đo Ghi giá trị độ hấp thụ quang Ax. Việc này có thể được thực hiện bằng nhiều công cụ khác nhau,

như đồng hồ đo năng lượng hấp thụ, máy tự ghi đế ghi độ hấp thụ Ax dưới dạng các pic hấp thụ, hay hiện kết quả đo AÀ. bằng máy hiện so (digital), hay ghi vào đĩa của máy tính, sau đó xử lý tiếp bằng các

chương trình theo yêu cầu cần kết quả đo ở dạng nào (độ hấp thụ quang À, hay độ truyền qua TX, hoặc nồng độ Cx chất phân tích), tuỳ theo điều kiện máy đo phố ƯV/VIS có và theo yêu cầu của chúng ta. Đó chính là các công việc phải làm và cũng là các bước nguyên tắc của phép đo phồ hấp thụ quang phân tử ƯV-VIS. Từ nguyên tắc này các trang thiết bị đo phố ƯV-VIS đã được các hàng chế tạo và cung cắp ra thị trường và nhiều quy trinh phân tích cụ thế đà được nghiên cứu xây dựng đề phân tích định lượng các chất khác nhau, cả các chất vô cơ, các ion kim loại, lẫn các chất hữu cơ và các á kim trong các đối tượng mẫu khác nhau cúa thực tế. Đồng thời nhiều loại máy đo phổ hấp thụ quang UV-VIS, hay chỉ ƯV hoặc VIS đà được các hàng chế tạo theo sơ đồ nguyên tắc ở hình 1.10 và ngày càng được cải tiến, phát triến không ngừng và đang được cung cấp trên thị trường mỗi ngày một hoàn chỉnh hơn.

1.3. TRANG BỊ CỦA PHÉP ĐO PHỎ HÁP THỤ QUANG UV-VIS Theo nguyên tắc đà trình bày ở trên, để thực hiện phép đo phổ hấp thụ quang phân tử ƯV-VIS chúng ta cần có một hệ máy đo phố ƯV-VIS. Máy quang phổ này dù đơn giản hay hiện đại nó cũng cần có các bộ phận cơ bản chính sau đây, hình 1. 11 và 1.12:

1) Nguồn cung cấp chùm tia sáng vùng ƯV-VIS, hay chỉ ưv hoặc VIS; 2) Buồng đặt cuvet và cuvet chứa mẫu đề đo phổ; 3) Bộ đơn sắc (hệ quang) để thu phố, phân ĩy và chọn tia sáng Ằ cần đo;

4) Detector và Modul điện tử; 5) Máy hay trang bị ghi nhận và chỉ thị kết quả đo phổ.

Với các hệ máy hoàn chỉnh còn có thêm các bộ phận:

6) Bộ tự động lấy mẫu đo (autosampler); 7) Hệ máy tính và phần mềm (hệ ƯV-VIS hoàn chỉnh);

8) Các bộ chương trình thuật toán. 58

Đó là các bộ phận cua một hệ máy đo phổ ƯV/VIS hoàn chỉnh. Các hệ máy phô UV/VIS cơ bản chi cỏ 5 phân đâu, hình 1.11.

Sơ đô nguyên tắc cấu tạo cùa một máy đo phô hấp thụ quang UV-VIS này được mô tả tóm tăt

theo sơ đồ khối như trong hình 1.12 (hệ thông trang bị cơ bản). Sau đây chúng ta sè nêu tóm tăt nhiệm vụ và chức năng của các bộ phận trong hệ thông máy đo phô UV/VIS:

1.3.1. Nguồn sáng Trong các máy đo phố hấp thụ quang phân tử UV-V1S (phép đo quang hấp thụ) người ta thường dùng loại đèn nguôn là D2-Lamp (đèn hồ quang hydro), W-Lamp (đèn sợi diêm Wolfram), hay

Xe-Lamp (đèn hô quang Xenon), Nernst Glower Lamp và vùng phô làm việc của các loại đèn này được

trình bày trong hình l. 13. Như vậy mồi loại nguôn sáng có một vùng phô nhât định.

(a)

Hình 1.11. Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo máy đo phổ UV-VIS hệ cơ bản. a) Máy UV/VIS một chùm tia; b) Máy UV/VIS hai chùm tia.

Hình 1.12a. Ví dụ sơ đồ máy đo phổ UV-VIS của hăng PE. Hệ một chùm tỉa, dùng cách tử phân giải phổ và detector màng dỉot (Photo Diode Array).

(I)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Hình 1.12b. Ví dụ sơ đồ máy đo phổ UV-VIS của PE. Hệ 1 chùm tỉa, dùng lăng kính và detector ống nhân quang (photomultiplier tube).

1) Nguồn sáng; 2) Khe sáng vào; 3) Bộ phân giải phổ; 4) Khe sáng ra; 5) Cuvet mẫu; 6) Detector.

1) Đèn hồ quang hydro nặng, D2-Lamp

Chùm sáng của loại đèn này được sinh ra do sự phóng điện của hồ quang giữa hai điện cực trơ (Pt) trong môi trường khí hydro nặng D2. Loại đèn này cho phổ ờ vùng tử ngoại (UV : 190 - 360 nm, hình 12), nhưng đèn này làm việc tốt chỉ trong phạm vi vùng phổ từ 230 đến 320 nm. Các đèn này không bền, thường chỉ dùng được khoảng 500 - 800 giờ. Loại đèn này làm việc theo nguyên tắc phóng điện của hồ quang điện cực trơ (Pt) để tạo ra phổ vùng uv.

Hình 1.13a. Vùng phổ của nguồn sáng ba loại đèn nguồn. D2-Lamp; Xe-Lamp và W-Lamp.

Hình 1.13b. Phổ của các nguồn phát sáng do nhiệt.

Xenon arc: Hồ quang Xenon. Carbon arc: Hồ quang điện cực than. Tungsten Lamp: Đèn sợi Wolfram. Nernst Glower Lamp: Đèn phát sáng mạnh.

2) Các đèn W-Halid, W-Halid-Lamp

W-Lamp là loại nguồn sáng loại đèn sợi điếm phát sáng khi bị nung nóng bằng điện, nó cho phô ở vùng khả kiến (380 - 900 nm, hình 1.12), các đèn nguồn loại này bền và có cường độ sáng khá mạnh. Vì thế một số vùng người ta phải dùng các kính lọc đế giảm bớt cường độ sáng của nó. Loại đèn này làm việc theo nguyên tắc sự phát sáng của dây tóc điếm được đốt nóng trong môi trường chân không bằng nguồn điện thích hợp (220 - 240 V), để tạo ra phổ vùng VIS. 61

3) Đèn Xenon, Xe-Lamp Đèn nguồn Xe-Lamp là đèn hồ quang, cho phô cả tử ngoại và khả kiến (250 - 600 nm). Loại đèn này làm việc theo nguyên tắc phóng điện cùa hồ quang giừa hai điện cực trơ (Pt) trong môi trường khí Xenon tinh khiết áp suât thường, hoặc áp suất cao, đê tạo ra phô của nguồn sáng (250 - 650 nm). Sau những năm 1995, người ta đà chế tạo được đèn Xenon (Xe-Lamp) có vùng phố rộng hơn (từ 220 - 750 nm), cho phép đo hấp thụ quang ƯV-VIS và phép đo phố huỳnh quang phân tử.

4) Đèn hồ quang hoi thủy ngân Đèn nguồn loại này chỉ cho được vài tia sáng nhất định, ví dụ tia: 546,07, 435,83, 404,65, 366,32, 365,48, 365,04, 253,65 nm. Loại đèn này làm việc theo nguyên tắc phóng điện của hồ quang trong môi trường hơi Hg kim loại đê tạo ra các vạch phô phát xạ của hơi Hg. Đèn nguồn này chủ yếu được dùng để kiểm tra vùng phổ của máy đo ƯV/VIS, tức là để chuấn thang sóng À, cua máy đo.

Hiện nay nguồn sáng phô biến nhất là hai loại đèn D2-Lamp và W-Lamp cho vùng phố UVVIS. Các loại đèn này là các nguồn kích thích phố. Nó là nguồn năng lượng kích thích các chất sinh ra phố hấp thụ quang trong vùng uv hay VIS. Vùng phổ của các loại đèn này được chỉ ra trong hình 1.13.

1.3.2. Hệ quang học Hệ quang học của các máy đo phổ hấp thụ quang phân tử ƯV/V1S là một bộ phận rất quan trọng của một máy đo phố, nó có hai loại (loại có phân giải phô và loại không phân giải phô). Đó là hệ quang dùng kính lọc và hệ quang dùng lăng kính hay cách tử để phân giải phố, chọn chùm sáng kích thích và đo độ hấp thụ quang của chất.

1) Loại không phân giải phổ (hệ kính lọc chùm sáng) Với các máy đo phô hấp thụ quang đơn giản, hệ quang học chỉ là các bộ kính lọc màu cho một vùng phố (vùng sóng) nhất định đê lấy chùm sáng chiếu vào cuvet chứa mẫu đo phố (hình 1.13c). Ví dụ kính lọc chọn chùm tia màu đỏ, màu tím, hay da cam,... Máy đo phố ƯV/VIS dùng hệ quang loại này không có độ nhạy cao.

(6)

(5)

(1)

(2)

(3)

(4)

(7)

(8)

Hình 1.13c. Máy phổ UV/VIS loại đon giản dùng lọc sáng. Tungsten (1): Đèn nguồn; Filter (2): Lọc sáng.

Shutter (3): Bộ dàn đều chùm sáng; Variable diaphragm (5): Bộ chọn độ truyền qua %T; Sample cell (4): Cuvet mẫu; Solvent cell (6): Cuvet dung môi so sánh;

Photocell (7): Nhân quang điện; (8): Bộ hiển thị độ hấp thụ quang (A hay T).

2) Loại có phẵn giải phô Trong các máy đo phô hâp thụ quang UV-VIS có phân giải phô và độ nhạy cao nó cân có một bộ đơn sac, thường là một tâm cách tư phăng phản xạ (có hằng số k = 1800 hay 2400 v/mm và có máy dùng loại 3200 v/mm) phân giải phô cao hoạt động trong một vùng phô nhất định, ƯV hay VIS, hoặc cả

UV-VIS, đê có được độ chọn lọc tia À cũa phô chất cân đo đến đơn vị chia tách 1 nm, 0,5 nm, hay nhỏ hơn nừa (có thê đên 0,1 nm), hình 1.13d.

Hình 1.13d. Máy phổ UV/VIS loại phàn giải phổ bằng cách tử lõm.

Đèn nguồn: Deuterium lamp và Tungsten lamp;

Concave grating: Cách tử lõm; Sector mirror: Bộ chia đôi chùm sáng; Sample: Buồng mẫu PT; Reference: Mầu so sánh;

Grid mirror: Hệ gương bán mạ; Photomultiplier: Nhân quang điện.

Trong các hộ quang cua các máy đo phô hấp thụ quang ƯV-VIS, có hệ quang một chùm tia và hệ quang 2 chùm tia (hình l.l l). Hệ quang hai chùm tia có độ ốn định cao hơn hệ quang học một chùm tia, khi hệ điện nguồn không ồn định. Nhưng hiện nay (sau 1995), với việc chế tạo các bộ ốn định điện áp nguôn tôt, thì máy một hay hai chùm tia đều ôn định như nhau. Bộ phận phân giải phô (bộ đơn sắc) của các hệ quang hiện nay các hàng thường dùng các cách tứ phẳng loại có hằng số k trong vùng l 800 - 2400 vạch/mm cho các máy đo phô UV/VIS độ phân giải trung bình (0,2 - 0,5 nm), có khi đến 3200 vạch/mm đê có được độ phân giái cao 0,05 - 0,01 nm của hệ quang cho các máy phục vụ nghiên cứu.

1.3.3. Bộ detector (Sensor quang học) Là bộ phận đe thu nhận và phát hiện chùm sáng. Trong các máy đơn giản trước đây (máy đo UV/VIS thế hệ I, trước 1980) người ta thường dùng các tế bào quang điện (Photo-Cell).

Từ năm 1980, trong các máy hiện đại cân có độ nhạy cao, hiện nay người ta thường dùng các loại detector (sensor) sau:

l) Các detector là nhân quang điện kiêu ông, hay ông nhân quang điện (Photomultiplier Tube) có độ nhạy cao (hình l.l4b), loại này ra đời sớm, độ khuếch đại n.106 lần.

2) Dùng Detector Photo Diode Array (mảng diode phát quang, ra đời từ 1990). Loại này thích hợp cho việc đo đồng thời được nhiều cấu tử với nhiều X khác nhau với độ chọn lọc và độ nhạy khá cao, hơn nữa nó lại khá bền. Sau năm 2000, hầu hết các máy đo phố hấp thụ quang ƯV/VIS đêu dùng loại detector này, hình 1.14. Hình 1.15 là một ví dụ sơ đồ quang học của máy đo phổ ƯV/VIS dùng detector

mảng diot phát quang (PAD).

(1)

Model SP9/800 Philips Nguyên tắc cấu tạo của nhân quang điện kiêu ống dùng trong máy AAS và ƯS/VIS

(

Mảng Diot

(2)

X 100 nm.)

Vùng phổ làm việc cùa nhân quang điện kiêu ông

(3)

Hình 1.14. Nhân quang điện dùng trong máy đo phổ UV-VIS. 1) Nhân quang kiểu ống; 2) Mảng diot phát quang; 3) Vùng phổ của detector.

Hình 1.15. Máy đo phổ UV/VIS dùng detector mảng diot phát quang (của hàng PE).

1.4. PHẢN ỨNG VÀ THUỐC THỬ TRONG PHÉP ĐO QUANG UV-VIS Như trong phần nguyên tăc cùa phép đo quang hấp thụ phân tử UV/VIS, chúng ta đà nói đên các chất không có phố hấp thụ UV-VIS, chúng ta phải cho nó tác dụng với một thuốc thử R phù hợp nào đó để tạo ra một hợp chất hay một phức chất bền có độ hấp thụ quang UV-VIS cao có thế đo phố quang hấp thụ cua chúng. Vậy thuốc thử R là gì và nó phải thỏa màn được những điều kiện nào mới dùng được

cho phép đo phô hâp thụ quang phân tư UV/VIS.

1.4.1. Các yêu cầu chung của thuốc thử Trong phép đo phổ hấp thụ quang ƯV-VIS, có rất nhiều chất, như các ion kim loại hay anion, chúng ta phải cho chúng tác dụng với một thuốc thử R nào đó theo một phản ứng hóa học trong những điều kiện nhất định phù hợp để tạo ra họp chất phức bền có phổ ƯV-VIS nhạy, thì mới xác định được

nó. Tức là phải thực hiện phản ứng tạo ra một họp chât bên ít phân ly (phức bên) của chât phân tích X với thuốc thử R cỏ độ hấp thụ quang cao. a) Định nghĩa thuốc thử R

Thuốc thử R của phép đo phố hấp thụ quang UV-VIS là những chất vô cơ và hữu cơ (axit, bazơ, muối của axit hữu cơ với kim loại kiềm,...) tan được trong dung môi nước, hay dung môi hữu cơ và các chất R này trong phân tử của nó phải có các liên kết đôi pi (71), liên kết đôi liên họp (71-Ơ-71) và các đôi điện tử tự do n của dị tố. Trong những điều kiện phù họp nó (R) phải tạo được họp chất bền (thường là phức bền ít phân ly) với chất phần tích X theo một phản ứng hóa học có tỷ lượng nhất định mà ta xác định được.

Ví dụ thuốc thử APDC với ion Cu(ll) trong pH = 5 theo phán ứng tỳ lệ 1/1: APDC + Cu(II) = Cu(II)-APDC

(hợp chất phức mẫu) Hay Pb(II) với thuốc thử Dithyzone (H2DZ) theo phản ứng:

+ Trong vùng pH < 6,5:

H2Dz + Pb(II) = Pb(HDz)2 + H+

(a)

+ Trong vùng pH > 8,0: H2Dz + Pb(II) = Pb(Dz) + 2H+

(b)

b) Điều kiện và yêu cầu của thuốc thử R

Vì phản ứng tạo ra hợp chât phức là điêu kiện rât quan trọng quyêt định kêt quá của phép đo quang hấp thụ, quang UV-VIS xác định các chất (kim loại hay anion). Do đó thuốc thử R và phản ứng tạo phức này phải thỏa màn các điêu kiện sau đây:

1) Phản ứng giữa thuốc thư R và chất phân tích Mn hay xn phải xảy ra nhanh và hoàn toàn theo một hướng tạo ra sản phấm hấp thụ quang mạnh chúng ta mong muốn và có tính chất định lượng, tuân theo định luật hấp thụ quang Lambert-Bear.

2) Tạo ra được sản phâm là họp chât phức bền, có tỷ lượng nhât định, chính xác, không phân ly, ôn định và không thay đôi thành phần trong một thời gian nhất định đê có thê thực hiện được phép đo phô cua nó.

3) Sản phẩm phải có hệ số hấp thụ quang phân tử 8 lớn (càng lớn càng tốt), vì như thế phép đo mới có độ nhạy cao (thông thường phải có hệ số 8 > n.103).

4) Không có các phản ứng phụ sinh ra những sản phấm khác làm cản trở việc đo sản phâm chính, hay làm mất chất phân tích của chúng ta vào sản phẩm phụ.

5) Sản phẩm sinh ra để đo phổ phải có À-Max hấp thụ cực đại ƯV-VIS phải khác với cực đại hấp thụ của thuốc thử nguyên R (hay hai cực đại hấp thụ này nằm xa nhau, không chen nhau, càng cách xa nhau càng tốt), hay thuốc thử mà không có phố hấp thụ trong vùng đo phổ của sản phẩm phức thì lại càng tốt.

Trên đây là năm yêu cầu rất cơ bản. Với các chất, có thê tự nó có khả năng hấp thụ tia sáng (năng lượng chùm sáng) đế tạo ra phố hấp thụ phân tử ƯV-VIS, hay uv, nhu phenol, benzen, anthracence. Vì trong phân tử cùa nó có nhiều nhóm có phổ ƯV-V1S, như các nhóm: -C=C-, -C=N-, -C=o, -N=N-, -C=C-C=C-. Đó là các nhóm mang màu và số nhóm liên hợp này càng nhiều thì cường độ hấp thụ ánh sáng của chất càng lớn. Nhưng cũng có rất nhiều chất tự nó không có khả năng hấp thụ tia bức xạ đề sinh ra phổ hấp thụ phân tử ƯV-VIS, hay khả năng hấp thụ là quá kém, song khi cho nó tác dụng với một thuốc thử R nào đó thích họp, thì lại tạo ra được một họp chất phức bền (có thê là phức màu hay hợp chất liên họp) có khả năng hấp thụ tia bức xạ (tia sáng) rất tốt và họp chất phức này lại có phô ƯV-VIS rất nhạy. Đó là trường họp của các ion kim loại trong dung dịch nước. Ví dụ như Fe(III) tác dụng với sunfocalycilic axit, hay ion CNS1 , thì tạo ra phức màu rất bền và phản ứng này hoàn toàn định lượng, nên có thể sử dụng để xác định Fe hay xác

định sunfosalycilic axit. Fe3+ + H2Sal ->

Fe(HSal)2+

H+

Phức bền, ÀMax = 560 nm hay

Fe3+ + CNS1

Fe(CNS)2+

Phức màu, ?iMax = 480 nm Hoặc ion Zn(II) tác dụng với thuốc thử Dithyzon (H2Dz) trong môi trường axit yếu (pH = 5,5 - 6,0)

cho ta một phức bền Pb(HDz)2 màu hồng đo có độ hấp thụ quang rất lớn (£ = 35.000 ở 525 nm). Pb2+ +

2H2Dz = Pb(HDz)2 + 2HP

Nhờ phản ứng tạo phức này người ta đã xác định được Pb đến nồng độ 0,005 ppm băng phép đo phổ hấp thụ quang ƯV/VIS, hay dùng thuốc thử PAR, hoặc PAN (xem bảng 1.6). Nói chung có nhiều hợp chất hữu cơ và một số hợp chất vô cơ tự phân tử cùa nó có khả năng hấp thụ bức xạ đế sinh ra phố hấp thụ quang phân tứ UV-VIS, còn hầu hết các chât vô cơ, mà chủ yêu là các ion kim loại và các anion chỉ có phổ ƯV-VIS khi nó tạo thành họp chất phức bền với một chất R nhất định. Chất R đó được gọi là thuốc thử của phép đo phổ ƯV-VIS xác định kim loại hay anion đó.

Thuốc thử R này có thế là các chất vô cơ; cũng có thê là các chất hừu cơ, hay các muối của chúng. Nhưng phổ biến và được ứng dụng nhiều nhất và có độ nhạy cao là các thuốc thử hữu cơ, mà

trong phân tử của nó có chứa những nhóm có liên kết 71, n liên họp, đôi electron n khi tác dụng với chất phân tích Mn+ hay xn~ tạo ra được hợp chất có phổ hấp thụ phân tử ƯV-VIS với độ nhạy hấp thụ cao (có £ lớn). Ví dụ như:

+ Các thuốc thử anion vô cơ: CNS1" (thyocyanat), OO42 (cromat), MnO4' (permanganat), + Các họp chất hữu cơ như: Arsenazo III, PAR, PAN, Eriocromcyanin-R, Dithyzone,

Diphenylcarbazid, Aluminon, Alizarin s,... (bảng 1.2 và 1.3).

+ Các thuốc thử hồn họp. 66

1.4.2. Các loại thuốc thử trong phép đo phổ hấp thụ UV-VIS Các thuốc thư R trong phép đo phổ hấp thụ quang phân tứ ƯV-VIS được chia thành 2 loại dựa

trên cơ sở cùa hợp chất vô cơ hay hợp chất hữu cơ. 1.4.2.1. Các thuốc thử vô cơ

- Các thuốc thử vô cơ thường là những hợp chất vô cơ, hay các anion vô cơ, mà trong phân tử

cùa nó có chứa các nhóm liên kết: -C=C-, C=N-, -C=o, S=C=N-,... Nó là nhừng nhóm có đặc trưng của phố hấp thụ UV-VIS. Ví dụ KCNS, hay anion CNS1

(thiocyanat), Na2MoO4 (molipdat), Na2

[Co(NO2)2] (natri-cobantinitrit); H2O2. Các thuốc thử này khi tác dụng với một số ion kim loại thì chúng tạo ra các hợp chất phức bền có khả năng cho phố hấp thụ quang ƯV-VIS, khi bị kích thích bằng

chùm sáng thích hợp trong vùng UV-VIS. Ví dụ khi cho ion Fe(III) tác dụng với thuôc thứ amoni-thiocyanat, tuỳ theo pH của dung dịch và nồng độ cúa anion CNS1 mà ta có các phản ứng tạo phức sau:

Fe3++ CNS

= Fe(CNS)2+

Hay

Fe3++ 2CNS

= Fe(CNS)21+

Hay

Fe3+ + 3CNS

= Fe(CNS)3

Cho NH4OH tác dụng với ion Cu2 Ni2+ và Ag1 b:

Cu2+ + 4NH4OH = Cu(NH3)42+ + 2H2O Nì2+ + 4NH4OH = Ni(NH3)42+ +2H2O

Agl+ + 2NH5OH

Ag(NH3)21+ + 2H2O

- số phối trí của ligan tạo phức R vô cơ này với ion kim loại là tuỳ thuộc vào mỗi ion kim loại và

ligan phối trí đó và có thế đạt cao nhất là n = 6. Ví dụ, khi Fe(III) tác dụng với anion CNS phức sản

phâm có ty lệ mol là 1/1; 1/2; 1/3; với anion F lại tạo ra các phức có tý lệ 1/1, 1/2, ... 1/6. Nhưng ở trường hợp cua ion Cu2 và Ni2 với NH3 lại có hai ty lộ là 1/2 và 1/4, còn Ag' lại có tỳ lệ là 1/2.

Nhưng nói chung, các phức được tạo thành của ion kim loại với các thuốc thư vô cơ thường có hệ sô hâp thụ quang phân tử 8 không lớn như các thuôc thư hữu cơ (các phâm màu). Hệ sô hâp thụ quang

phân từ 8 của phức kim loại với thuốc thử vô cơ thường từ 1.000 - 15.000. Vì thế phép đo phô UV-VIS dùng thuốc thư vô cơ thường có độ nhạy không cao. Các thuốc thử vô cơ cũng ít chất và chí có vài

thuốc thư hiện đang được dùng trong phân tích, như KCNS, NH4OH, H2O2,...

- Như vậy khi các phôi tử (ligan) vô cơ tác dụng với các ion kim loại chúng tạo ra các phức màu. Các phức màu vô cơ có thê được chia thành một sô loại như sau: Nhóm 1. Các phức cua anion thyoxanat (CNS1 ) và halogenua (Cl1 , Br1 , I1 ) với một số ion kim

loại thường không màu. Chi có phức của CNS1 với Fe(III), Co(II) là có màu và cũng được dùng trong phép đo trăc quang xác định Fe, Co,... Nói chung các phức loại này thường có nhiêu tỷ lệ thành phần

(số phối tư khác nhau) cùng được hình thành. Ví dụ phức Fe-(CNS)n thì số n có thế là từ 1 - 6 tuỳ theo điều kiện tạo phức (pH) và nồng độ dư của anion thuốc thử CNS1- trong dung dịch.

Nhóm 2. Nhóm thứ hai là phức của NH3 (amoniac) với một số ion kim loại nặng Cu(II), Ni(II),...

có màu xanh. Các phức loại này thường kém bền. Nó cũng được dùng để xác định các nguyên tố này. nhưng cũng có độ nhạy không cao, vì chúng có 8 < 8000. Nhóm 3. Là phức của H2O2 với một số ion, như Ti(IV), V(VI), Nb(V),... có màu vàng, cũng được dùng trong phép đo quang xác định các nguyên tố này, nhưng nó kém nhạy phố UV/VIS (8 < 4500)

và độ bền của phức này cũng kém. Nhóm 4. Cuối cùng là các phức chất dị đa của nguyên tố p, As, Ce, Si, Nb, V,... với thuốc thử

nitro-molipdic trong môi trường axit 4 - 6 M. Nhóm nàỳ bền trong môi trường axit mạnh HNO3, nhưng dạng màu lại rất phức tạp và dễ bị khử, khi có mặt chất khử, tạo thành nhiều sản phẩm phức tạp và các

phức này lại dề kết tủa. Phức loại này được sử dụng chủ yếu đế xác định As và p. 1.4.2.2. Các loại thuốc thử hữu cơ

- Các thuôc thử hữu cơ có rât nhiêu loại, phong phú và đa dạng. Thuốc thử hữu cơ thường là các

các axit và bazơ hữu cơ, hay các muôi tan của chúng với kim loại kiềm, mà trong phân tử của nó có những liên kết đôi dạng: -C=C-, C=N-, -N=N-, S=N-, -C=C-C=NH, hay liên kết liên hợp và dễ tạo ra phức bền với các ion kim loại Men+ trong môi trường pH khác nhau. Các phức này có độ hấp thụ quang UV-VIS và hệ số hấp thụ 8 rất lớn, thường là từ 20.000 - 120.000. Nhiều hợp chất phức của ion

kim loại với thuốc thử màu hữu cơ lại thường có độ bền rất lớn (hằng số phân ly rất nhỏ). Vì thế các thuốc thử hữu cơ được sử dụng rất nhiều đế xác định các kim loại bằng phép đo quang hấp thụ phân tử ƯV-VIS. Bảng 1.2m, bảng 1.3 (đã nêu ờ trên) và bảng 1.6 là danh sách một số thuốc thử hữu cơ đã và

đang được dùng nhiều trong phương pháp phân tích trắc quang xác định các ion kim loại ở dạng một hợp chất phức bền của chúng.

- Như vậy trong phép đo quang hấp thụ quang phân tử uV/VIS với các chất có phồ ƯV-VIS, thì

chỉ việc hòa tan nó vào một dung môi phù hợp tạo thành một dung dịch đồng thể là ta có thể đo được

phô của chúng. Các dung môi hay được dùng là nước, dung môi hữu cơ: Benzen (CôHô); dung môi Chloroform (CHCI3); Tetrachloruacarbon (CCI4); Methylisobutyl - xeton (MIBK); Pyridin,... Nhưng với các ion kim loại ta phải cho chúng tác dụng với một thuốc thử R trong những điều kiện phù hợp đề

tạo ra hợp chất phức bền có phổ hấp thụ quang ƯV-VIS nhạy. Vì vậy, phản ứng tạo ra hợp chất phức

của chất phân tích (ion Men4 hay xm_) với thuốc thử tạo phức R là một điều kiện rất quan trọng và nó quyết định kết quả của phép đo xác định các chất đó theo phố hấp thụ quang ƯV/VIS. - Các thuốc thử hữu cơ dùng cho phân tích có rất nhiều và rất đa dạng, nó luôn được phát triển

bồ sung qua việc gắn thêm các nhóm thế vào các chất đã có, nó cũng được chia thành 6 nhóm chính dựa theo kiểu cấu trúc phân tử và tính chất của phức chất của chúng, cụ thể là:

Nhóm 1, các thuốc thử thường Nhóm chất thuốc thừ loại này thường là các hợp chất axit hay bazơ hữu cơ yếu, trong mạch phân

tử của nó chỉ có các liên kết đôi và đơn của các nguyên tử cacbon, gồm các liên kết ơ và 71. Nhóm thuốc

thử này không đặc trưng và thường kém nhạy, có hệ số 8 nhỏ hơn 10.000 và ít được dùng. Nhóm 2, các thuốc thủ’ Chelat (vòng càng)

Nhóm hợp chất thuốc thử này trong phân tử ngoài mạch cacbon như nhóm 1, nó còn có thêm các liên kết loại: =NH, -NH2, =N-OH, -C=o, -NH2-R-COOH, -PO3H,... Nhóm chất này thường tạo ra

các phức vòng càng với ion kim loại Me11' (hóa trị n: 2, 3 và 4). Đôi electron hóa trị n còn tự do chưa liên két của dị tố, chu yếu là nitơ, nó thường phối trí với ion kim loại, chủ yếu là các ion kim loại nặng.

Đây là loại thuốc thử khá nhạy trong phép đo phổ hấp thụ quang UV-VIS, chúng có £ >18.000.

Ví dụ Catechol, Epinephrine, Eriochrom đen T, Eriochromcyanine R,... Câu trúc không gian của phân tư phức Me-R thường có dạng vòng càng cua, nên người ta gọi loại thuôc thử này là thuôc thử tạo phức

vòng càng (phức loại chelate).

Nhóm 3, các thuốc thử có mạch diazo Nhóm loại họp chất thuôc thử này ngoài mạch cacbon có các liên kêt ơ và liên kêt 71, nó còn có thêm các mạch liên kết diazo (-N=N-), trong đó nguyên tử nitơ có thể còn 1 đôi electron hóa trị n chưa

tham gia liên kết, sẵn sàng phối trí với ion kim loại khi tạo phức. Các nhóm diazo này thường là các

mạch: -N=N-, R-N=N-, R|-N=N-R2, R-C=C-N=NH,... (trong đó R, R|, R2,... là các nhân vòng thom đơn hay đa vòng). Ví dụ như thuôc thử Arsenazo I và III, Gallione, Lumogallone, PAR, PAN,... các thuốc thử loại này có độ nhạy phố ƯV-VIS rất cao (có £ > 25.000), nhưng các họp chất phức loại này

thường kém bền nhiệt và dễ bị phân hủy, dễ bị oxy hóa bới ánh sáng uv và nhiệt độ. Nhóm 4, các họp chất Oxim và 8-Hydroquinolin

Họ thuốc thử này có độ nhạy bình thường, ít đặc trưng, không chọn lọc. Ví dụ như: DimethylGlyoxime, Formandoxxim, 8-Hydroquinolin, 8-Hydroxyquinoline-5-Sulfonic axit, 2,2-Formaldoxime,... Nhóm liên kết đặc trưng của thuốc thử loại này là có các nhóm -OH, -NOH, hay R-N=NH, gắn thêm vào mạch cacbon của thuốc thứ có nhân phenyl. Nhóm 5, các họp chất Thio- và Dithio

Nhóm thuốc thử loại này, trong phân tử ngoài mạch cacbon có các liên kết ơ và 71, nó còn có

thêm các liên kết của nguyên tử lưu huỳnh (mạch -C-S-) hay mạch liên kết hai nguyên tử lưu huỳnh

(-S-S-). Nhóm đặc trưng của loại này là các chất có dạng sau:

RI -N=N-C-S-C-N H-NH-R2

hay

S=(C-NH-NH-R2)2

Trong đó R1 và R2 là các gôc các bua hydro thơm đa vòng, hay nhân phenyl. Ví dụ thuôc thử: Dithyzon, Naphthyl-Thiocarbamate, Ammoni-Pyrolidin-Dithio-Carbamate (APDC), Diphenyl-

Dithio-Carbazide (DDC). Các thuốc thử loại này có độ nhạy khá cao (£ > 25.000), như Dithizon chăng hạn, nhưng ít chọn lọc, nó là thuốc thử của các ion kim loại nặng, như Ag, Cd, Cu, Pb, Zn, Co, Ni, Bi,... Thuôc thử loại này và phức của nó thường kém bền trong môi trường dung dịch nước, các phức dễ bị ánh sáng và nhiệt độ phân hủy, nhưng lại bền trong các dung môi hữu cơ. Vì thê người ta thường chiêt

các phức Me-R vào dung môi hữu cơ rồi đo phổ, như thế lại tăng được cả độ nhạy nữa. Nhóm 6, các thuốc thủ’ liên họp ion

Thuốc thử loại này thường tạo ra các họp chất phức liên họp phân từ với chất phân tích hay ion

kim loại. Chủ yếu là các thuốc thử chiêt liên hợp phân tử. Các phức này kém bên, không đặc trưng và ít

chọn lọc. Trong loại này thuốc thư R và chất phân tích X tồn tại trong dạng liên họp phân tử kiêu RnXnl và ta đo quang ờ dạng phân tử phức này. Nó khác quá trình tạo phức của năm nhóm trên.

Bảng 1.6. Một số thuốc thử hữu cơ dùng cho phân tích ion kim loại Tên thuốc thử Aluminon

473,44

Al, Be,...

Alizarin s

240,21

Al, Be, Th, Zr,...

Arsenazo I

592,29

ĐH, Ca, Sr, Th, Zr,...

Arsenazo III

776,37

ĐH, Ca, Sr, Th, Zr,...

Dithizone

256,33

Ag, Bi, Cd, Cu, Pb, Zn,...

Eriocromcyanin R

470,45

Al, Be, F,...

Rodamin B

479,02

Sb,...

Diphenylcacbazit

242,28

Ag, Bi, Cd, Cu, Hg, Pb, Zn,...

Dimetylglyoxim

116,12

Ni, Fe(ll), Cd,...

1,10-Phnanthrolin

198,22

Fe, Cu, Ni.....

Formandoxxim

45,04

Mn, Ni, Fe,...

8-Hydroxychinolin

145,16

Al, Fe, La, Ca, Mg,...

APDC

164,30

Kim loại nặng

Na-DDC

272,27

Kim loại nặng

Ag-DDC

256,14

As,...

Morin

338,28

Al, Be, Sc, In, Ti,...

Cuprizon

278,36

Cu, Cd,...

PAR

255,21

Kim loại nặng Pb, Cu, Co,...

PAN

249,27

Kim loại nặng Pb, Cu, Co,...

Tím tinh thể

570,12

w, Al, Mo, F,...

Phenylfluorone

320,30

Ge, Th, Zr,...

Curcumine

368,37

B,...

Eriochrom den T

461,39

Mg, Ca,...

Sulfonitro E

615,40

Mo, V, Ga, Sc,...

Sulfosalicylic axit

254,21

Fe, Ti,...

Sulfokhrom

584,57

Al, F,...

Ftalen-complex

636,61

Ba, Ca, Sr,...

M: Khối lượng phân tử thuốc thử.

Để xác định

M(g)

Bảng 1.7. Phức kim loại với thuốc thử PAR ion

Phức: Me/PAR

^Max (nm)

CMax-103

Au(lll)

1/1

540

8,30

Bi(lil)

1/1

515

10,70

Cd(ll)

1/2

495

57,80

Co(ll)

1/2

510

5,50

Cu(ll)

1/1 (pH : 3-5)

522

12,10

Cu(ll)

1/2 (pH > 5)

510

58,90

Ga(lll)

1/1 (pH : 1,5-3)

490

21,20

Hf(IV)

% (pH = 2,5)

510

37,50

Mn(ll)

1/2

496

86,50

Pb(ll)

1/1

512

10,80

Pb(ll)

1/2

522

50,20

Ln(lll)

1/2

515

16-50,00

Sc(lll)

1/1 (pH = 2)

505

14,70

Tl(lll)

1/1

520

19,00

U(VI)

1/1

530

38,50

Zn(ll)

1/1

495

81,00

Zr(IV)

1/1 (pH = 4)

535

21,00

Chủ giải: Ln: Là các nguyên tố đất hiêm Bảng 1.8. Phức kim loại với thuốc thử PAN lon

Phức: Me/PAN

Ă-Max (nm)

&Max-10

Bi(lll)

1/1

580

21,00

Cd(ll)

1/2

550

50,00

Co(ll)

1/2

525

30,00

Co(lll)

1/2

580

23,20

Cu(ll)

1/2 (CHCh)

550

45,00

1/1 (H2O)

550

22,00

Fe(lll)

1/1

775

16,00

Hg(H)

1/1 và 1/2

560

23,00

1/2

560

19,20

Mn(ll)

1/2

550

40,00

Ni(ll)

1/2

575

51,00

Ln(lll)

1/2

530 - 560

57,00-80,00

Tl(lll)

1/1 (H2O)

560

21,70

U(VI)

1/1

570

23,00

Zn(ll)

1/1

515

22,60

Sau đây là ví dụ cấu trúc phân tử của một số hợp chất thuốc thử tạo phức có độ hấp thụ quang

ƯV/VIS cao đã và đang được ứng dụng.

1) Pyrocatechol tím (H4R)

2) Arsenazo-I

3) Arsenazo-III

4) PAN và PAR

5) Rodamin B

6) Natri-pyrolydin-cacbamate

u 1 c=s Na-PDC

s ’ Na

Pyrrolidindithiocarbonsaure-(l) Natriumsalz

Na+ có thế thay bằng NH4 và ta có APDC

7) Xanh Metylen

8) Alizarin-S

9) Brilliantgreen

10) 1,5-Diphenylcarbazon

Ọ

= N— c-NH—Nh(2^ lyS-Diphenylcarbazon

11) Pyridinazonaphtol

HR (xanh lơ)

H2R (vàng hay đỏ) Môi trường axit (pH < pK|)

Môi trường gần trung tính

(pKi < pH < pỉC2) X = 650 nm

X = 400 -ỉ- 430 nm

H2R:Pyridinazonaphtol

1.4.3. Độ bền của phức trong phép đo trắc quang - Độ bên của phức đo quang hấp thụ ƯV/VIS là một yếu tố rất quan trọng, nó có ảnh hưởng trực tiếp đến độ hấp thụ quang AX của chất. Phức càng bền thì kết quả đo quang càng chính xác, càng tuân

theo đúng định luật hấp thụ quang đã nói ờ trên (Bouguer-Lambert-Beer). Vi thế những hợp chất phức có độ phân ly lớn (hằng số phân ly lớn), thường không được dùng làm thuốc thử trong phép đo hấp thụ quang phân tử ƯV/VIS. Trong những điều kiện nhất định, độ bền của hợp chất phức có thể được đánh giá qua hằng số phân ly Kf của phức đó. Neu phức phân ly càng ít, hằng số phân ly Kf càng nhỏ, thì

phức đó càng bền. Hình 1.16 là một ví dụ minh chứng cho chúng ta về độ bền của phức. Hợp chất phức

có hằng số phân ly Kf càng nhỏ thì đỉnh của đồ thị biếu diễn thành phần phức càng nhọn. Giá trị hiệu số độ hấp thụ (AA= Ao- At) càng lớn thì phức càng kém bền, tức là giá trị Kfcàng lớn. Vì sự tạo phức là

một cân bằng hóa học. Men+ + H2R

MenRm + 2H1

Với các thuốc thử hữu cơ thường có n = m, tức là phức có dạng Me-R. Rất ít trường hợp có

m = 2n, ví dụ H2Dz mới có hai phức với n = 1 và m = 2 trong hai môi trường pH = 5,5 và pH > 8.

+ Khi pH < 6:

H2Dz + Me2+

Me(HDz)2 + H+ (ởđâym = 2)

+ Khi pH > 7,5:

H2Dz + Me2+

MeDz + H+

(ở đây n = 1)

- Như chúng ta đã biết, hóa năng F của một hợp chất được xác định bằng năng lượng tự do AG (năng lượng Gibbs) của nó. Năng lượng F này có liên quan với hằng số phân ly nhiệt động Kf cùa họp chất phức và nó được tính theo biểu thức sau. F = AG = AG° - RT.LnKf

(1.13)

Tại trạng thái cân bàng thỉ AG = 0. Do đó

AG° = RT.Ln(Kf) 74

(1.14a)

Hay là:

Ln(Kf) = AG°/(RT)

(1.14b)

Trong đó: - R là hang so khí;

- T là nhiệt độ (°K). Do đó chúng ta có thể tính được hằng số phân ly Kf của phức chất theo công thức (1.14b) này. Tất nhicn đây là hằng số biếu kiến trong điều kiện chuẩn, nó chỉ là gần đúng.

Hình 1.16. Đồ thị biểu diễn thành phần và độ bền của hợp chất phức.

Trong đó: AA = (Ao- Ai) và AA càng lớn thì phức càng kém bền. - Ao: Độ hấp thụ quang lý tưởng (biểu kiến); - At: Độ hấp thụ quang thực tế.

- Nhưng vì trong thực tế, dung dịch mẫu đo độ hấp thụ quang, còn có các yếu tố khác có thê làm ành hưởng đến hằng số nhiệt động Kf này cua phức, các yêu tô đó có thê là:

1) Giá trị pH (hay nồng độ ion H) của dung dịch mẫu; 2) Các ion lạ khác (cation và anion) có mặt trong mẫu; 3) Các chất tạo phức, chất oxy hóa, chất khử;

4) Nhiệt độ của dung dịch; 5) Sự hydrat hóa của các ion trong dung dịch nước; 6) Ánh sáng của các tia bức xạ của môi trường. Vì thế đế có kết quả đo phố hấp thụ quang UV/VIS được tốt, nhất thiết phái tối ưu, khống chế và

giừ cho các điều kiện đo thích hợp và không đôi suôt trong quá trình xác định một chât.

1.5. CÁC YÉU TỐ ẢNH HƯỞNG TRONG PHÉP ĐO QUANG UV/VIS

về

các anh hường trong phép đo phổ hấp thụ quang phân tử ƯV/VIS chúng ta có thê xem xét

theo các loại sau đây.

1.5.1. Ảnh hưởng của sự chen lấn phổ Vì phổ hấp thụ quang UV-VIS là phồ của phân tử và nhóm phân tử, nó là phô đám chứ không phải là phố vạch (hình 1.2 và 1.3). Các giải phổ (đám) thường có độ rộng từ 10 - 50 nm. Nhiều chất hay hợp chất của nó với một thuốc thử thường có vùng phô hâp thụ cực đại không cách nhau xa, có thê gần

trùng cực đại, có thế nằm sát bên nhau. Do đó phố UV-VIS không có tính chọn lọc cao và ảnh hưởng của sự chen lấn phổ là rất lớn. Rất nhiều trường hợp phải tách các chất ra riêng biệt mới đo được phố hấp thụ UV-VIS của nó chính xác, nêu không tại vùng sóng Àq hay À-2 ta chỉ đo được độ hâp thụ quang tổng của các chất mà thôi (hình 1.17a và 1.17b).

Theo phồ hấp thụ của 2 chất ở hình 1.17a ta không thể đo được riêng phổ của chat A hay chất B. Vì tại 2 đỉnh cực đại của A hay B đều có một phần của chất kia cộng thêm vào. Trường hợp này tưong tự như sự hấp thụ của phức chất sản phẩm và của thuốc thử. Nhưng ở trường hợp hình 1.17b, ta có thể

đo được riêng phố hấp thụ của A hay B khi chúng có trong cùng dung dịch mẫu. Điều này trong phép đo phổ hấp thụ UV-VIS là không nhiều. Vì thế phải luôn luôn chú ý phát hiện và tìm cách loại trừ chất có phổ chen lấn ảnh hường nhau. Muốn thế, trước tiên chúng ta phải quét phổ toàn vùng của từng chất có trong mẫu và lông lên nhau, đế so sánh chúng với nhau thì chúng ta sẽ phát hiện được các vùng phô kề nhau, chen nhau, hay trùng nhau (hình 1.17a).

Để loại trừ các chất có phổ ảnh hưởng đến phổ của chất phân tích, chúng ta có thề thực hiện một

trong các biện pháp sau: a) Thêm chất che (chất phụ gia). Việc thêm chất che vào mẫu, mà nó tạo được với các chât có

phổ ảnh hường các hợp chất có hấp thụ quang trong vùng khác, để làm mất khả năng hấp thụ quang của chất gây ảnh hường, hay chuyến dịch sự hấp thụ của chất đó ra vùng ngoài vùng phổ của chất phân tích cần đo, để tại điểm chúng ta đo phổ không có phổ của chất gây nhiễu nữa. Các chất che thêm vào mẫu có thể tạo ra những phản ứng: al) Tạo phức, hay kết tủa. Ví dụ, khi xác định Fe mà có Cu2+ thì thêm NaS2Ơ3 để loại bỏ Cu2+ ờ

dạng kết tủa CU-S2O3, hay đun nóng thi CU2S2O3 sẽ thành CuS và lọc bỏ kết tủa này.

a2) Dùng phản ứng oxy hóa khử đề thay đồi dạng ion tồn tại của chất, để tạo ra những chất có hóa trị khác không gây ảnh hưởng nhau trong quá trinh hình thành phức chính của chất phân tích. b) Chọn pH của dung dịch mau. Thay đồi môi trường cùa dung dịch mẫu để hạn chế sự hấp

thụ của các chất khác, vì các chất thường có cực đại hấp thụ trong mỗi vùng sóng nhất định (bảng

1.7 và 1.8).

c) Đồi dung môi hòa tan mẫu. Thay đổi dung môi hòa tan mẫu đo phố, như chiết chất phân tích

hay phức của nó vào một dung môi khác thích hợp hơn, để loại bò chất có gây ảnh hưởng. d) Chọn vùng Ả đo khác. Khi chọn vùng À đo khác của chất phân tích, có thế có độ hấp thụ kém

một ít, nhưng không có ảnh hưởng của phổ, của chất khác có trong mẫu (hình 1.17b). Các ví dụ khác được chỉ ra trong các hình 1.17c, 1.17d.

Neu bằng tất cả các biện pháp đã nêu ở trên mà chúng ta vẫn không có kết quả tốt, thì bắt buộc chúng ta phải tách bỏ các chất ảnh hưởng ra khởi mẫu trước khi xác định chất mong muốn, hay đo phổ

theo phương pháp dùng các thuật toán giải hệ phương trình n ẩn số, hay đo phổ đạo hàm (vấn đề này sẽ được trình bày ở mục 1.10).

Hình 1.17d. Ví dụ sự chen lấn của phổ UV-VIS. Phổ UV-VIS của ba nguyên tố Mo, Ti và V.

1.5.2. Ảnh hưởng của pH (hay nồng độ axit) Mỗi hợp chất đều chỉ bền và tồn tại trong một môi trường pH hay ở nồng độ axit nhất định.

Vì thế pH của dung dịch mẫu là có ảnh hưởng đến phố hấp thụ ƯV-VĨS của chất phân tích. Ví dụ phức

Fe(CNS)3 chỉ bền và tồn tại trong môi trường axit 0,01 M đến 2 M. Neu pH = 4 thì phức này bắt đầu bị thủy phân cho muối bazơ Fe(CNS)OH và sau đó pH > 7 là tạo ra Fe(OH)3. Lúc này dung dịch mẫu sẽ là một hỗn hợp của phức Fe(CNS) và muối bazơ Fe(OH)(CNS), hay Fe(OH)2 (CNS),... Các chất phụ này

làm kết quả đo phổ sai lệch lớn. Mặt khác, các thuốc thử tác dụng với các ion kim loại Men^ ở các pH

khác nhau, cho các phức có thành phần khác nhau và có độ hấp thụ quang cũng khác nhau (bảng 1.9)

trong môi trường khác nhau. Nghĩa là mỗi một hợp chất phức màu chỉ bền trong những điều kiện pH nhất định, có thành phần xác định, giá trị £ nhất định và tồn tại ổn định trong một vùng pH thích hợp mà

thôi. Điều này có liên quan chặt chẽ đến hằng số phân ly Ka hay Kb cua thuốc thử R, hằng số bền Kb của phức đo phổ. Neu R là gốc của các axit hay bazơ càng yếu thì ảnh hưởng của pH (nồng độ H) đến sự

hình thành phức XnRm lại càng mạnh và ảnh hưởng này có các loại như trong bảng 1.9 và hình 1.18a,

1.18b và 1.18c. Thuốc thử Pyridin-azo-naphtol (H2Re) có sự hấp thụ khác nhau, trong môi trường có pH khác

nhau. Ví dụ:

+ Dạng H2Re : Có ĂMax = 430 nm (ở điều kiện: pH < pKal).

+ Dạng HRe1 : Có XMax = 650 nm (ớ điều kiện: pKal < pH < pKaẠ + Dạng Re2" : Có ^Max = 420 nm (ở điều kiện: pH > Ka2). Bảng 1.9. Thành phần các phức ở pH khác nhau

Phức của ion Cd(ll), Pb(ll) và Zn(ll) với dithyzon ở pH khác nhau pH

Cd(ll)

Pb(ll)

Zn(ll)

Cu(ll)

3-5,5

Cd(HDz)2

Pb(HDz)2

Zn(HDz)2

Cu(HDz)2

Cd(Dz)

Pb(Dz)

Zn(Dz)

Cu(Dz)

Còn với hợp chất phức của ion Cd(II), Cu(II), Pb(IĨI) và Zn(II) với Dithyzon ta thấy trong

bảng 1.9: -pH < 6,0: phức có dạng Me (HDz)2, tức là có thành phần tỷ lệ 1/2.

-pH > 7,5: phức lại có dạng Me (Dz), tức là có thành phần tỷ lệ 1/1.

- pH 0,6 - 7,5: tồn tại cả hai dạng phức Me(HDz)2 và Me(Dz).

Hỉnh 1.18a. Khái quát về ảnh hường của nồng độ axit đến độ hấp thụ quang AẢ của chất.

pH Hỉnh 1.18b. Ví dụ ảnh hưởng pH của dung dịch

đến phức Me-PAR của các ion kim loại Men+.

Hình 1.18c. Ví dụ ảnh hưởng pH cùa dung dịch (các họp chất của uvọ.

Mn2* 570 nm

* Zn

* Hg 570 nm

* Cd 570 nm

570 nm

r 1 1 1 10

I I I

1 1 1

vo;

I 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 10

* Cu 570 nm

1 1 1 1 1 1\ 5

1 1 1 10

1 1 1— 5

* In 570 nm

L-U

1 1

* Ga 570 nm

570 nm

* TI 570 nm

I 1 1 1 1 1 1"ill 5 10

* Co 570 nm

* Ni 570 nm

A F 1 1 1 I 1 1

5 pH

1 1 1 10

Fe3+ ■' — 560 nm —— 764 nrn 1 1 1 1 I 1 1 11 1 10 5

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 5

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 10

Hình 1.18d. Vỉ dụ ảnh hường pH của dung dịch

(Phức các ion kim loại Me-PAN trong sự phụ thuộc pH).

1.5.3. Thời gian bền của phức đo phổ Có nhiều hợp chất phức có độ hấp thụ quang UV-VIS tăng theo thời gian, và đến một lúc thì hằng định. Song củng có nhửng hợp chất sau khi hình thành chỉ một thời gian rất ngắn thì giảm nhanh. Có chất vừa sinh ra đã có độ hấp thụ quang lớn nhất, song chỉ sau một thời gian ngắn, khả năng hấp thụ đà mất (hình l. 19). Vì thế phải chọn thời gian đo phù hợp đối với mồi hợp chất phức cụ thê.

Hình 1.19b. Ví dụ sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào thời gian (Phức của Mo(VI) với 7 thuốc thử khác nhau).

Muốn thế ta phải khảo sát sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang Ax của chất vào thời gian t và sự phụ thuộc này có ba trường hợp, ba dạng như trong hình I.l9. Rồi từ đó chọn thời gian đo là bao nhiêu sau phàn ứng tạo phức. Theo hình 1.19, đế có độ hấp thụ quang tốt của chất phân tích chúng

ta phai:

- Chất Al: chọn thời gian đo là t > t3, như ví dụ hình 1.19b. - Chất A2: chọn t từ ti -14, - Chất A3: chọn t từ to -t2.

1.5.4. Ảnh hưởng của lượng thuốc thử dư Khi cho một thuốc thử R tác dụng với một chất phân tích Me để tạo ra chất sản phẩm MenRm có khả năng hấp thụ quang, muốn cho phản ứng xảy ra hoàn toàn người ta thường phải thêm dư một lượng thuốc thử R nhất định. Nhưng dư bao nhiêu là vừa, vi nếu dư quá nhiều, thì đôi khi lại có thế xảy ra phản ứng phụ sinh ra chất khác làm mất đi một phần chất phân tích Me, hay tạo ra nhiều hợp chất phức có thành phần khác nhau và do đó sẽ gây sai số lớn cho phép định lượng. Đó là ảnh hưởng của thuốc thử R dư quá mức cần thiết. Yeu tố này thường xảy ra theo hai xu hướng khác nhau, như trong hình 1.20a là khái quát các xu hướng dư thuốc thừ R và hình 1.20b là một ví dụ cụ thể.

Hình 1.20a. về ành hưởng của lượng thuốc thử R. Trong đó VRo là lượng R vừa đủ.

Nghĩa là có một số trường hợp dư thuốc thử không ảnh hưởng, nhưng đa số trường hợp khi dư nhiều là có ảnh hưởng rõ rệt đến độ hấp thụ quang Ax của sản phẩm phân tích. Do đó, trong mỗi trường hợp chúng ta cần phải khảo sát cụ thể để biết cần thêm dư bao nhiêu lượng thuốc thử là vừa đủ và tốt nhất cho phản ứng đó. Như trong hình l .20 chỉ nên dùng lượng thuốc thử R đến VRmax là nhiều nhất.

Hình 1.20b. Ví dụ về ảnh hưởng của phổ thuốc thử R (Arsenazo III và phức của La(lll) và Zr(IV)).

1.5.5. Yếu tố ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ cũng có ảnh hướng đến độ bền của phức chất đo phô hấp thụ quang UV/VIS, tức là ảnh hưởng đến cường độ sự hấp thụ quang UV-VIS của các chất, nhưng ảnh hưởng này không lớn. Nhiều chất, trong vùng nhiệt độ nhất định (ví dụ từ 25 - 40 °C) thường có phô hấp thụ UV-VIS tương đôi ôn định. Có chất, lúc đầu nhiệt độ tăng, độ hấp thụ quang có tăng theo, nhưng chậm và đên một giá trị nhât định thì không đôi, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì khả năng hâp thụ quang có khi bị giảm rât nhanh (hình 1.21). Song cũng có chất trong khoảng nhiệt độ nhất định, ví dụ từ 20 - 40 °C thì hầu như không có ảnh hưởng cùa nhiệt độ.

Hình 1.21a. Dạng chung ảnh hường nhiệt độ đến độ hấp thụ quang A.

Hình 1.21b. Ví dụ ảnh hưởng nhiệt độ đến độ hấp thụ quang A

(đường chuẩn phức của Cu (ll)-PAR).

Yeu tố ảnh hưởng cùa nhiệt độ đến độ hấp thụ quang cua chất, chủ yếu và thường gắn liền với độ bền của các hợp chất hay phức chất. Vì khi nhiệt độ tăng, các phức, nhắt là các phức của ion kim loại với các phối tử hữu cơ thường dễ bị phân hủy, hay thay đồi dạng. Vì thế phái khống chế nhiệt độ thích hợp và không đổi cho mỗi phép đo cụ thế cua một chất phân tích.

Ví dụ, phức chất của Cu-PAR trong vùng nhiệt độ từ 15-32 °C ta thấy độ dốc của đường chuấn giảm dằn khi nhiệt độ tăng và sau 25 °C thì sự giảm này mạnh hơn (hình 1.21 b).

1.5.6. Ảnh hường của chất nền của mẫu Các chất nền của mẫu phân tích trong một số trường hợp cũng ảnh hưởng đến độ hấp thụ quang của chất phân tích hay hợp chất phức đo quang (hình l .22). Sự ảnh hưởng này thường thê hiện qua hai yếu tố: 1) Tạo ra phô nền và gây nhiễu làm giảm độ nhạy cua chất chính;

2) Nó cũng tương tác với thuốc thử tạo ra sản phấm phụ và phổ phụ này có chen lấn phổ cua chất phân tích chính cần đo quang, làm việc đo khó khăn và có khi không thể đo được ở vùng có sự hấp thụ nhạy.

Trong trường hợp này, chúng ta phải tìm cách:

a) Thêm chất che chất nền, tạo ra một hợp chất không có phổ UV/VIS, hay có phổ ở vùng khác không ảnh hường.

b) Chọn sóng đo (À,) khác để đo phổ chất phân tích hay hợp chất của nó, để không bị ảnh hưởng và tất nhiên ở À,2 này có thể kém nhạy hơn. c) Hoặc phải tách chúng (chất ảnh hưởng) ra khỏi mẫu phân tích, để loại trừ ảnh hưởng, khi hai cách trên không giải quyết được ảnh hưởng này.

Hình 1.22. Ảnh hưởng của chất nền NaCI

đến độ hắp thụ AẰ của 7 hợp chất phức của Mo (VI) với bảy thuốc thử.

1.5.7. Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ Một số dung môi hừu cơ cũng có một số tác dụng nhât định đên sự hâp thụ quang ƯV/VIS cua các chât (hình l .23), đặc biệt là các dung môi chiết được các hợp chât phức cân đo quang. Các dung

môi này thường làm tăng độ nhạy của phép đo và tính chọn lọc cúa sự hâp thụ. Vì thê nhiêu dung môi hữu cơ, như MIBK, CHCI3, CCI4,... được dùng làm dưng môi chiết tách họp chất của phân tích ra khởi nền mẫu và sè làm tốt hơn phép đo phô hấp thụ ƯV-VIS. Nói chung, các dung môi hữu cơ có các tác dụng:

1) Đe chiết các hợp chất phức cần đo, khi nó không tan trong nước;

2) Tạo ra sự hấp thụ chọn lọc và tăng độ nhạy; 3) Còn khi tan trong nước, nhiều dung môi hừu cơ thường làm tăng cường độ hấp thụ quang của chât đo phô. Ví dụ, dung môi Izobutanol làm tăng cường độ mẫu của phức Fe(CNS) đên 20%, hình 1.23a.

Trong ví dụ hình l.23b, nêu ta chỉ dùng dung môi nước thì phức Mo(VI)-BX cũng có cực đại hấp thụ trùng đúng với phức W(Vl)-BX và cường độ bằng 55%, điều này được minh họa trong hình l.23c. Nhưng cũng hỗn họp mẫu 2 chât phức này, khi trong dung môi (30% axeton và 70% nước), thì lại chỉ có phức của W(VI)-BX là được hình thành và có phổ hấp thụ (hình l.23b). Như thế ta loại được ảnh hưởng của phức Mo(VI)-BX.

Hình 1.23b. Ví dụ ảnh hưởng của dung môi hữu cơ (30% axeton).

1. Phức W(VI)-BX tăng mạnh và phụ thuộc vào pH; 2. Phức Mo(VI)-BX hầu như không hấp thụ (BX: Briang xanh, blue Briang).

Hình 1.23c. Phức IV (VI) và Mo (VI) trong dung môi nước.

1. Phức w (VI)-BX; 2. Phức Mo (VI)-BX; 3. Thuốc thử BX.

Di-(-naphthyl)-thiocarbazone (I)

Hình 1.23d. Phổ hấp thụ của các chất trong CCI4.

1.5.8. Ảnh hưởng của các ion lạ khác Yeu tố này, có khi có, có khi không xuất hiện, tuỳ từng đối tượng mẫu và chất phân tích cụ thể. Song nhìn chung yếu tố ảnh hưởng này là rất phức tạp và đa dạng. Người ta gọi chung yếu tố này là ảnh hưởng hóa học của nhóm chất thứ ba (nguyên tố thứ ba) trong mẫu phân tích. Yeu tố này có thể thể hiện qua các hiện tượng và theo các hướng sau đây (hình 1.24):

+ Chính nó có phổ hấp thụ chen lấn với phổ của chất phân tích; + Cũng tạo phức cạnh tranh tương tự chất phân tích và có phô gần phức chính chúng ta cân đo;

4- Lấy hay giữ chất phân tích không cho hình thành phức cần đo;

+ Làm tăng khả năng phân ly cùa phức chất chính ta cần đo phổ,...

Hình 1.24 là một ví dụ về: a) Ví dụ ảnh hưởng của anion PO43 và F1_ đến xác dịnh Al(III) ở dạng phức Al-Alizarin-S.

b) Ví dụ ánh hưởng của ion Co(ll) đến xác định Fe(III) ở dạng hợp chất phức Fe(CNS)3+.

1.6. PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG BẰNG PHỔ HẮP THỤ UV-VIS CÓ nhiêu cách khác nhau đế xác định, hay phân tích định lượng các chất theo phố hấp thụ quang

UV-VIS, từ đon giản đến máy móc hoàn chinh, như các phưong pháp so màu băng mắt, phương pháp làm cân bằng màu bằng cách thay đồi bề dày lớp dung dịch mẫu đo qua pha loãng dần mẫu,... Đó là các cách cố điến, hiện nay các cách này hầu như không được dùng, vì nó không cho kết quả chính xác cao.

Cho nên, ở đây chỉ trình bày các phương pháp hiện nay đang dùng phô biến, theo các trang bị máy móc

đang bán trên thị trường phục vụ phân tích xác định lượng vết các chất theo phép đo phố hấp thụ quang

UV-VIS.

1.6.1. Các phương pháp đơn giản (Không phải dùng máy đo quang)

Sau đây chi trình bày ba phương pháp đang còn được sử dụng. 1.6.1.1. Phương pháp dãy chuẩn nhìn mắt

Theo cách này, muôn xác định nồng độ Cx của một chât X, người ta phái pha một dày mẫu chuân của chat X có nồng độ tăng dằn, ví dụ io mẫu: Cl, C2, C3,... đến Cio trong các ống nghiệm cùng kích thước, cùng độ dày, trong suốt và đồng nhất, thêm thuốc thử và các điều kiện phù hợp để có được phức

màu trong tất cả các ỏng nghiệm. Như thế chúng ta có một dày mẫu chuân của chât cần xác định X. Và đồng thời cũng chuấn bị các mẫu phân tích X], x2, X3,... trong cùng điều kiện như thế. Sau đó đem so sánh màu của các dung dịch mẫu phân tích Xi, x2, X3,... Xg với màu của các dung dịch trong các ống

cua dãy mẫu chuân. Từ đó chúng ta sẽ biết được nồng độ Cx cùa chất phân tích X là tương đương với ống chuẩn nào, hay nằm trong vùng nào. Chẳng hạn, nếu mẫu X| có màu gần như màu ống chuẩn C3, thì ta có Cxi ~ C3. Hoặc nêu mẫu Xị năm giữa hai ông chuân c2 và C3 thi chúng ta có: c2 < Cxi < C3. Trong

trường hợp này, nêu muôn biêt chính xác hơn nông độ Cxi băng bao nhiêu, thì cũng tương tự cách làm trên, chúng ta pha một dày chuân khác có vùng nồng độ của chất phân tích X từ c2 - C3. Ví dụ, ta chia

thành 6 mẫu là: B1, B2, B3,... Bô. Sau đó cũng so sánh màu của Cxi với màu của các ống chuẩn này. Giả

sử lúc này ta thấy mẫu Cxi có màu như ống B5, như thế chúng ta có nồng độ Cxi = B5. Sau đây là ví dụ

của ông dãy chuân.

Dãy màu chuân, nông độ chât phân tích từ 2,0 đên 11,0 ppm (Phục vụ phân tích so sánh màu bằng măt)

Cách này đơn giản, không cần máy đo phô, nhưng chỉ cho được nồng độ gân đúng của chất phân tích trong dung dịch đo phổ. Vì nhìn và so sánh màu bằng mất không thể đạt độ chính xác cao và còn

phụ thuộc vào khả năng quan sát, so sánh của mắt mồi người. Hơn nừa khi phân tích hàng loạt thì mất

nhiều thời gian. Phương pháp này áp dụng cho các chất phức có mẫu rõ và bền mẫu trong một thời gian

nhất định, ví dụ tối thiêu 20 phút. Vì thế nó thích hợp trong việc kiếm tra ngưỡng cho phép của các chất trong một sản phấm nào đó, xem có đạt hay không, tức là phát hiện một chất trong giới hạn cho phép có đạt không. Ví dụ Pb(II) trong nước máy cho phép là 0,1 ppm, ta sẽ pha một dung dịch chuân Pb(ll) 0,1 ppm với thuốc thử PAR (ống I) và mẫu nước cần phân tích Pb trong cùng điều kiện (ống II). Sau đó

so sánh màu giữa hai ống 1 và II, nếu màu của ống II nhạt hơn màu của ống I, thì ta nói hàm lượng Pb(II) trong mẫu nước đạt yêu cầu. 1.6.1.2. Phương pháp chuẩn độ so sánh màu bằng mắt

Theo cách này, muốn xác định nồng độ của chất X, ta lấy 2 cốc so màu như nhau. Cốc l ta cho vào V mL mẫu phân tích, thêm thuốc thử tạo phức, các chất khác cần thiết, tạo điều kiện cho phản ứng

màu xảy ra tốt. Còn cốc 2 ta cũng cho vào tất cả các thuốc thử, axit,... đúng như trong cốc l, thêm nước

cất cho đến khi bằng thể tích như cốc 1, khuấy đều. Lúc này từ buret, ta nhỏ dung dịch tiêu chuấn của chất X xuống (nhở và khuấy đều) cho đến khi màu của 2 cốc như nhau thì dừng lại và đọc thể tích chất

chuẩn X đã nhỏ xuống cốc 2. Sau đó tính nồng độ của chat X trong mẫu phân tích theo biếu thức (1.15) sau đây.

Tx = Tch.(V2/V0

(1.15)

Trong đó:

- Vị và v2: Thê tích dung dịch trong cổc 1 và 2; - Tx và TCh: Độ chuẩn (mg/mL) của chất X trong cốc 1 và 2. Cách này cũng đơn giản, không cần máy đo phố, nó tương tự như cách chuấn độ thông thường,

song đê xác định hàm lượng nhỏ, khi không có máy đo quang, nhung chỉ cho được nông độ gần đúng

của chất phân tích. Vì nhìn và so sánh màu bằng mắt không thế đạt độ chính xác cao, đồng thời việc

quan sát màu bằng mắt lại phụ thuộc vào khả năng quan sát màu và so sánh màu của mồi người. 88

Hơn nữa khi phân tích hàng loạt thì mất nhiều thời gian. Phương pháp này áp dụng cho các chất phức

có màu rõ ràng, không có quá trình phụ và bền màu trong một thời gian nhất định (tối thiểu 20 phút). Vì thế nó thích hợp và được sử dụng chủ yếu trong công việc kiêm tra ngưỡng cho phép của các chât trong một sản phẩm nào đó là có đạt hay không. 1.6.1.3. Phương pháp cân bằng màu (quang) bằng mắt

Theo cách này chúng ta lấy 2 ống xylanh hình trụ đồng nhất như nhau, dung tích 50 mL có chia độ (l mm) rõ ràng, đáy phẳng, có vòi vặn để tháo dung dịch ra, rồi làm sạch, sấy khô. Sau đó, ống l ta

cho vào Vx mL mẫu phân tích, ống 2 cho vào vo mL dung dịch chuẩn nồng độ co của chất phân tích X. Tiếp đó, thêm vào cả 2 ống các thuốc thử và axit môi trường, cũng như các chất khác cần thiết như nhau

đế có chất phức màu hình thành và khuấy đều. Lúc này đế 2 ống sát bên nhau trên tờ giấy trắng và quan sát màu của 2 ống từ trên xuống (dọc theo ống). Neu ống nào có màu đậm hơn, ta mở khóa ông đó cho

dung dịch chảy ra từ từ, đến khi nào màu cả 2 ống như nhau thì dừng lại. Đọc chiều cao hx và h0 của 2

ống đó và tính nồng độ chat X có trong ống 1 (ống mẫu phân tích X) theo biêu thức sau.

hay là:

(h0/hx)

(1-16)

Trong đó:

- hx và h0: Chiều cao (mm) của ống mầu và ống chuẩn; - cx và co: Nồng độ của chat X trong ống mẫu và ống chuẩn (mol/L).

Cách này đơn giản, không cần máy đo phố, đế xác định hàm lượng nhỏ, khi không có máy đo quang. Nhưng chỉ cho được nồng độ gần đúng của chất phân tích X mà thôi. Vì nhìn và so sánh màu bằng mắt không thế đạt độ chính xác cao và còn phụ thuộc vào khả năng quan sát, so sánh màu của mắt

mồi người. Hơn nữa khi phân tích hàng loạt thì mất nhiều thời gian. Phương pháp này chỉ áp dụng cho

các chất phức có mẫu rõ ràng, không có quá trình phụ và bền màu trong một thời gian nhât định (tôi thiểu 20 phút).

Nói chung cả 3 cách xác định nêu trên đều thích hợp trong việc kiếm tra ngường cho phép của các chất nào đó trong một sản phẩm nào đó, xem có đạt hay không, song cách thứ nhất được dùng nhiều hơn cả. Ví dụ, muốn kiểm tra hàm lượng cùa Pb trong mẫu nước, ta lấy 2 ống nghiệm, ống 1 chứa dung

chuẩn của Pb 0,1 ppm (ngưỡng cho phép), còn ống 2 cho dung dịch mẫu nước cần phân tích Pb vào. Sau đó cho vào cà 2 ống lượng thuốc thử Dithyzon, dung dịch đệm như nhau, lăc đêu, rôi quan sát và so

sánh màu của 2 ống với nhau. Giả sử, nếu màu của ống 2 nhạt hơn ống 1 (ống chuẩn), thi nghĩa là nồng độ Pb trong mẫu nước phân tích nhở hơn 0,1 ppm. Sản phẩm đạt yêu cầu về hàm lượng Pb cho phép.

1.6.2. Các phương pháp định lượng Đây là các phương pháp phân tích cần phải có máy đo độ hấp thụ quang UV/VIS của chất, cụ

thế là: 1.6.2.1. Phương pháp đường chuẩn

- Phương pháp đường chuấn, hay còn gọi là phương pháp đồ thị chuẩn, phương trình cơ bản của phép đo định lượng theo phô hấp thụ quang phân tử UV-VIS của phương pháp này là:

Ax = k.Cxb

(1.17)

Trong đó:

+ Aa,: Hap thụ quang (cường độ) của chất đo phổ trong cuvet; + Cx: Nồng độ của chất ờ trong dung dịch mẫu trong cuvet; + k: Hệ số điều kiện thực nghiệm, nó phụ thuộc vào hệ số hấp thụ phân tử 8 của chắt (độ tắt phân tử) của chất phân tích;

+ b: Hằng số, phụ thuộc vào bản chất của mỗi chất, nói chung b có giá trị: 0 < b < 1. Khi nồng độ Cx của chất phân tích nhở thì b = 1; còn khi nồng độ Cx tăng thì b sẽ xa dần 1 và tiến về 0 (tất nhiên là

không bao giờ = 0). - Như vậy với mồi một chất phân tích ta luôn tìm được một giá trị nồng độ Co mà: + Khi mọi cx < co thì luôn luôn có b = 1 và ta có A = k.cx.

+ Khi mọi cx > Co thì b < 1 (nghĩa là b giảm về 0, nhưng không bằng 0) (hình 1.25).

Hình 1.25. Đường chuẩn của phương pháp đường chuẩn (xác định Zn(ll) dùng thuốc thứ Dithyzon).

Trong vùng b = l, ta có quan hệ giữa A và Cx là tuyến tính (đoạn AB, đường chuẩn phân tích). Do đó giá trị co được coi là giới hạn trên của vùng tuyến tính (hình 1.7). Trong thực tế phân tích, người ta chỉ sử dụng vùng tuyến tính và đoạn thẳng AB được gọi là đường chuẩn của phương pháp phân tích.

Vùng tuyến tính này rộng hay hẹp ở trong vùng nồng độ nào là tuỳ theo vào độ hấp thụ quang

phân tử (e) của mỗi chất phân tích hay sản phấm phức của nó với một thuốc thử màu nhất định. Nói chung, các họp chất càng nhạy phổ ƯV-VIS (8 lớn) thì vùng tuyến tính càng hẹp và lùi về phía nồng độ thấp. Do đó rất thích họp cho xác định lượng vết, vi lượng của các chất.

- Từ phương trình cơ sở Ax = k.Cx (khi b = 1), về nguyên tắc, đế xây dựng một đường chuân phục vụ cho việc định lượng một chất ta phải thực hiện các bước công việc sau đây:

1) Chuân bị mẫu (dày mẫu chuân và các mẫu phân tích) Chuẩn bị (pha chế) một dày mẫu chuấn có nồng độ chính xác của nguyên tố hay chất phân tích X (hay hợp chất của X) cùng trong điều kiện với mẫu phân tích, như chất nền, môi trường pH,... Thông thường phải chuẩn bị dãy mẫu chuấn với 5 nồng độ nằm trong vùng tuyến tính cùa mối quan hệ Ax - Cx, mà nòng độ chât phân tích tăng dần từ Cl - C5 (bảng 1.10). Còn các yếu tố khác giữ như nhau trong tất cả các mẫu và ở đây Cxi, Cx2, Cx3,... là nồng độ của chất trong các mẫu phân tích cần xác định, còn Co là mầu trăng (blank sample).

2) Chọn các điều kiện đo phổ

Nghiên cứu chọn điều kiện phù hợp nhất để đo phổ ƯV-VIS cùa chất phân tích X trong tất cả các mau chuân và mẫu phân tích, như các thông số máy đo Ax, điều kiện đo, thời gian đo, loại cuvet,...

3) Đo phổ các mẫu chuẩn và mẫu phân tích

Đo phô hâp thụ quang ƯV-VIS của tât cả các mẫu chuân và mẫu phân tích theo các điều kiện đã chọn, ví dụ được các giá trị tương ứng là Ao, A|, A2,... như trong bảng 1.10. 4) Dựng đường chuẩn và xác định nồng độ Cx

Từ các cặp giá trị A - c tương ứng của các mẫu chuân, ta dựng đường chuân trong hệ tọa độ

A - c, hàm Ax= f(C). Sau đó đem giá trị AX|, AX2, AX3,... cũa các mẫu phân tích áp vào đường chuẩn này chúng ta sẽ tìm được giá trị nông độ cx tương ứng cua các chất phân tích X trong mẫu (hình 1.25). Bảng 1.10. Dãy chuẩn của chất phân tích Các chất Mẫu

Nồng độ chất phân tích X trong dãy chuẩn

Cx1

Cx2

Chất PT X( ppm)

Môi trường HCI (%)

AX1

Ax2

Các chất khác Giá trị A;

Như nhau cho tất cả mọi mẫu Ao

- Phương pháp này rất tiện lợi đê phân tích hàng loạt mẫu của cùng một chất trong một loại đối tượng mẫu, rất nhanh chóng và hiệu suât cao. Nhưng với những mầu phân tích mà chât cân xác định có hàm lượng nhở và thành phân hóa học phức tạp, thì trong nhiều trường hợp chúng ta không thê pha che được một dày mẫu chuân phù hợp với mẫu phân tích về thành phần vật lý và hóa học. Do đó sè mắc phái sai sô lớn. Đó là ảnh hưởng của chất nên và thành phần của mẫu. Những trường hợp này, ta phải chuyển đối mẫu sang chất nền khác, tức là biến đổi nền của mẫu (modify matrix of sample), hay dùng phương pháp thêm chuẩn, đe loại trừ ảnh hưởng của thành phần nền. Nói chung, trong rất nhiều trường hợp, nhờ cách biến đôi nền của mẫu, chúng ta dễ dàng loại trù’ được ảnh hưởng của nền và thành phần cua mẫu. Nghĩa là chỉ một số ít trường hợp không loại trừ được ảnh hưởng này, thì mới phải áp dụng phương pháp thêm. 1.6.2.2. Phương pháp thêm chuẩn

- Nội dung của phương pháp thêm chuấn là dùng ngay một mẫu phân tích đại diện (ví dụ mẫu Cx trong dày mẫu phân tích) làm chât nên đê pha chế một dãy mẫu chuân, bằng cách lấy một lượng nhất định mẫu phân tích (theo khối lượng hay theo thế tích) và thêm vào đó những lượng nồng độ của chất

phân tích AC chính xác theo cấp số cộng. Như vậy, nếu mẫu phân tích có nồng độ là Cx thì chúng ta sè có dày mẫu chuân là Co, C|, C2, C3, C4, C5, như trong bảng l.l l. 91

Bảng 1.11. Dãy chuẩn của phương pháp thêm chuẩn

srr

Dãy mẫu chuẩn

Độ hấp thụ AẦ đo được

Co = Cx + 0

Ci = Cx + ACi

c2 = Cx + AC2

c3 - Cx + AC3

c4 = Cx + AC4

C5 =

Cx+ AC5

Cx2

Ax2

Cx3

Ax3

Cx4

Ax4

Cxn

Axn

Dãy chuẩn:

Các mẫu phân tích

Ờ đây, ACx là nồng độ chất phân tích X được thêm vào các mẫu chuấn như trong bảng 1.11. Sau đó ta chọn các điều kiện để ghi phổ và làm tiếp các công việc như trong phương pháp đường chuẩn đà nêu ờ trên. Nhưng ở đây chỉ có khác là phải dựng đường chuẩn theo hệ tọa độ A - ACx, hàm

Ax= f(ACx), như trong hình 1.26a. Tiếp đó dùng phương pháp ngoại suy tuyến tính (hay phương pháp hình bình hành) đế tim giá trị nồng độ Cx chưa biết của mẫu phân tích đà chọn làm nền để pha dãy chuẩn. Song giá trị nồng độ AC thêm vào trong cách này là phải theo công bội cấp số cộng, ví dụ 2, 4, 6,

8,... và AC] < 2Cx, đế đảm bảo tính đúng đắn và chính xác của phương pháp ngoại suy tuyến tính xác

định Cx- Sau khi đo phổ được các giá trị An như trong bảng 1.11, chúng ta phải thực hiện các công việc tiếp là:

1) Dựng đường chuẩn trong hệ tọa độ A - AC (trong đó AC là nồng độ chất phân tích thêm vào

các mẫu của dãy chuẩn). Đồ thị này được gọi là đồ thị đường chuẩn gốc, đồ thị gốc (hình 1.26a). 2) Xác định nồng độ Cx của mầu đã lấy làm nền, pha dãy chuẩn theo phương pháp ngoại suy tuyến tính, hay phương pháp hình bình hành.

3) Tịnh tiến đồ thị (chỉ trục tung đồ thị gốc) sang vị trí Cx ta vừa xác định là chúng ta có được đường chuẩn phân tích (hình 1.26b).

4) Xác định các nồng độ CX2, CX3,... trong các mẫu đó theo đồ thị chuẩn phân tích mới này (hình

1.26b).

A (độ hấp thụ )

Hình 1.26. Đường chuẩn của phương pháp thêm.

a) Đồ thị gốc; b) Đồ thị đường chuẩn ngoại suy.

- Như vậy nhờ phương pháp thêm chuân này, chúng ta cũng:

+ Dề dàng loại trừ được ảnh hưởng của chất nền và của thành phần của mầu đến kết quả phân tích; + Vần phân tích được hàng loạt mẫu của một chất như trong phương pháp đường chuân; + Xác định lượng vết của các chất trong các mẫu nền và thành phần phức tạp chúng ta chưa biết, mà không bị sai số lớn do matrix gây nên, như xác định lượng vết các kim loại trong quặng địa chất đa kim. Đây chính là ưu diêm của phương pháp thêm chuân.

1.6.3. Phương pháp một mẫu chuẩn Như chúng ta đà nói ở trên, với một chất, vùng tuyến tính của phép đo phổ hấp thụ quang UVVIS là có một khoảng nhất định, nên trong nhiều trường hợp chúng ta cũng không cần thiết phải dựng cả đường chuẩn, trong khi mẫu chuấn rất đắt, nên chỉ cần một mẫu chuẩn để tính toán nồng độ của chất X trong mẫu phân tích. Cụ thể là: Cách 1: Dùng một điểm chuẩn, khi có mẫu chuẩn

Neu ta có mẫu chuẩn của đối tượng cần phân tích, ví dụ như mẫu chuẩn có nồng độ là Cch, và mẫu phân tích là Cx, thì chúng ta có: - Với mẫu phân tích ta có:

Ax = k.Cx

- Với mẫu chuẩn ta cũng có:

ACh = k.Cch

Do đó chúng ta có: Cx

(1.18)

= (Ax/Ach). Cch

Và điều kiện là giá trị Cch phải nằm trong vùng tuyến tính. Như vậy sau khi đo phổ sẽ thu được giá trị Ax và Ach, chúng ta dề dàng tính được nồng độ Cx của chat X trong mẫu phân tích theo biểu thức (1.18).

Cách này đơn giản dễ thực hiện, không tốn nhiều chất chuẩn, nhưng cũng gặp khó khăn là khi mẫu phân tích có thành phần phức tạp và không biết chính xác, thì khó chuẩn bị (pha chế) được một mẫu chuẩn có thành phần và nền giống như mẫu phân tích, nên nhiều khi thường mắc sai số lớn, do ảnh hưởng của thành phần và nền (matrix) của mẫu. Lúc này chúng ta làm theo cách 2 sau đây.

Cách 2: Một điểm chuẩn, khi không có mẫu chuẩn Nếu mẫu phân tích có nồng độ chưa biết là Cx, chúng ta lấy hai lượng mẫu như nhau (có 2 mẫu)

của mẫu phân tích đó, một mẫu đê nguyên và một mẫu thêm một lượng chính xác ACx của chất phân tích X, rồi xử lỷ trong cùng điều kiện, sau đó đo phô như thế chúng ta có:

- Với phần mẫu không thêm:

Ax = k.Cx

- Với phần mẫu có thêm chất X:

Atch

Từ biểu thức (a) ta có:

= k.(Cx + ACx)

(a) (b)

k = Ax/Cx

Rồi thay k vào biểu thức (b) chúng ta tính được cx. Cx = (ACx.Ax)/(Atch - Ax)

(1.19)

Và điều kiện là giá trị Cx và Cch phải nằm trong vùng tuyến tính. Như vậy sau khi đo phổ sẽ thu được giá trị Ax và Atch chúng ta dễ dàng tính được nồng độ Cx của chất X trong mẫu phân tích theo biểu thức (1.19). Cách này có UU điểm hơn cách 1 là nó loại trừ được ảnh hưởng của thành phần và nền của mẫu. Vì chúng ta đã dùng ngay mẫu phân tích để làm chuẩn theo phương pháp thêm, nên mẫu phân tích và mẫu chuẩn đều cùng thành phần và chất nền.

1.7. XÁC ĐỊNH THÀNH PHÀN PHỨC Khi cho chất phân tích X tác dụng với chất thuốc thử R để sinh ra sản phẩm có khả năng hấp thụ

quang dạng XnRm, theo phản ứng:

XnRm

Như vậy nếu biết được các chi số n và m thi chúng ta sè biết biết được thành phần của phức XnRm. Vì thế cằn phải xác định các chỉ số n và m này và như thế chúng ta sè biết được thành phần của phức XnRm. Đê xác định các chỉ sô n và m chúng ta có thê sử dụng một trong hai phương pháp thông dụng sau đây theo phép đo phố hấp thụ quang UV-VIS.

1.7.1. Phương pháp biến đổi liên tục một thành phần - Nguyên tắc của phương pháp này là giừ cho một thành phân không đôi, thường là chất phân tích X, còn thành phần kia, ví dụ là thuốc thử tạo phức R sẽ được biến thiên liên tục từ nhở đến lớn có qua điếm tương đương. Cụ thế cách làm như sau:

+ Pha một dãy các dung dịch chuân của chât X (ví dụ ÌO mẫu) mà giá trị nồng độ của chat X trong các mẫu đó là như nhau, ví dụ là 0,01 mM (mmol/L). Còn nồng độ của chất thuôc thử R thì được thay đôi tăng dân (bảng 1.12). Còn tất cả các yếu tô khác, như pH, chât nên, chât phụ gia được giừ như nhau trong tất cả các dung dịch mẫu.

+ Chọn các điêu kiện thích hợp đo phô hâp thụ của dãy chuân này. + Đo phổ của các chất phân tích trong dãy chuẩn ta được AỊ - A10 trong bảng 1.12. + Dựng đường cong theo quan hệ A = f (Cx/Cr), hình 1.27. Rồi từ đường cong A = f (Cx/Cr) chúng ta sẽ xác định được thành phần của hợp chất phức. Bảng 1.12. Dãy chuẩn với X cố định còn R biến thiên N1

Chất X (mM)

0,1

Chất R (mM)

0,05

0,75

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

Các chất

Yếu tố khác Độ hấp thụ A

Tất cả như nhau trong các mẫu, như pH, chất đệm,...

Hỉnh 1.27. Các dạng của đường cong A = f(Cx/CR).

- Đường cong hàm A = f (Cx/Cr) này có các dạng như trong hình 1.27. Chính nông độ tại diêm

uốn (giao diêm của hai đường tiếp tuyến) của đường cong này trong trường hợp (a), (b) và (c) chỉ ra cho ta thành phần của phức XnRm, ví dụ là có n = m = 1 (hình 1.27). Nghĩa là hợp chất phức này có dạng XR.

1.7.2. Phương pháp đồng phân tử gam Phương pháp đồng phân tử gam được sử dụng rất phổ biến để xác định thành phần của các phức. Nội dung của phương pháp này là nếu có chất phân tích X, khi cho nó tác dụng với thuốc thử R đế sinh

ra họp chất phức có dạng phân tử XnRm, thì cụ thể cách làm như sau:

1) Pha một dung dịch của chat X và một dung dịch của thuốc thử R có cùng nồng độ phân tử gam, ví dụ 0,1 mM.

2) Pha một dãy dung dịch các hỗn họp của X và R, ví dụ 9 dung dịch, bằng cách đem trộn chúng

với nhau theo các tỷ lệ thế tích khác nhau, nhưng có tổng thể tích là như nhau để có tống số mol chất trong các mẫu là như nhau, nghĩa là các mẫu đều có tổng nồng độ (Cx + Cr) là như nhau, như trong bảng bảng 1.13.

3) Chọn các điều kiện đo phổ thích họp của họp chất phức XnRm. 4) Đo phổ hấp thụ của tất cả các dung dịch trên ta có các giá trị Al - A9 như trong bảng 1.13.

5) Dựng đường cong biểu diễn mối quan hệ A = í(Cx/Cr). Đường biểu diễn này có dạng như trong các hình 1.28.

6) Tìm thành phần phức XnRm: a) Từ hình 1.28 chúng ta thấy khi ta đo phổ ở một giá trị X thì:

4- Nếu trong khoảng nồng độ nghiên cứu chất X tác dụng với thuốc thử R chỉ tạo thành một phức chất có thành phần nhất định, thì các đường ứng với các dãy đồng phân tử gam của X và R có nồng độ

khác nhau chỉ có một tý lệ giữa nồng độ (Cx/Cr) của X và R. Tức là, các cực đại của dãy đồng phân tử

gam với nồng độ khác nhau, chúng đều nằm trên đường thẳng song song với trục tung (hình 1.28) và vuông góc với trục hoành. 4- Neu ở các nồng độ khác nhau của dãy đồng phân tử gam của X và R mà cực đại của các đường cong có hoành độ khác nhau, tức là tỳ số (Cx/Cr) khác nhau, thì điều đó chứng tò khi pha loãng thì

thành phần của họp chất phức bị thay đồi. Nghĩa là, ờ mỗi tỷ lệ nồng độ khác nhau của X và R thì phức sinh ra có thành phần khác nhau (hình 1.28). Bảng 1.13. Dãy mẫu chuẩn của phương pháp đồng phân tử gam

Số ml chất X

Số ml chất R

Các chất

Chất khác

Độ hấp thụ A

Tất cả như nhau

b) Nêu ta đo phô ở các giá trị bước sóng À khác nhau, ví dụ X|, À-2,.. ta lại thu được đường cong A = í(Cx/Cr)

có

các cực đại khác nhau đôi với mồi bước sóng kích thích À, điêu đó có nghĩa là chất

phân tích X tác dụng với chât thuôc thử R sinh ra nhiêu phức chất sản phâm XnRm có thành phần khác

nhau và môi phức chât hâp thụ cực đại ờ một sóng kích thích riêng. Ví dụ như trong môi trường amôniac pH > 7 thì ion Zn(IĨ) khi tác dụng với thuốc thử dythizon (H2Dz) sẽ cho hai phức cỏ thành

phần là: Phức I : Zn(HDz)2, tỷ lệ Zn/HDz = 1/2. ( pH 5 - 6,5)

Phức 11: Zn(Dz), tỳ lệ Zn/Dz

= 1/1. ( pH >7)

(a) (b)

Hay Fe(111) tác dụng với thuôc thử CNS có thành phần là:

Phức I:

Fe(CNS) , tỳ lệ Fe/CNS

Phức II:

Fe(CNS)2+ , tỷ lệ Fe/CNS = 1/2 (pH = 1)

= 1/1 (pH = 1)

Phức III: Fe(CNS)3, tỳ lệ Fe/CNS =1/3 (pH = 1)

(e)

Phức VI: Fe(CNS)6, tỷ lệ Fe/CNS =1/6 (pH = 1)

(í)

Với ion Zn(ll), ở pH < 6, chỉ có phức (a), trong vùng pH từ 6,5 -7,5 tồn tại cả 2 dạng phức (a) và

(b), còn ở pH > 7,5 chỉ có phức (b). Nhưng phức của ion Fe(III) với CNS, thì số phối trí n là phụ thuộc vào cả pH và nồng độ ion CNS, song chủ yếu là nồng độ ion CNS1-, ở pH < 1 và nồng độ CNS < 2 lần

nồng độ Fe(111), thì dạng phức (a) là chính, còn khi nồng độ ion CNS1” >6-10 lần nồng độ Fe(III), thì

số n là 2, 3,4... 6. Nghĩa là trong dung dịch hình thành đủ cả 6 phức của ion Fe(III) với anion thuốc thử

CNS . Vi thế với các chất này chúng ta phải khống chế pH của dung dịch mẫu và nồng độ thuốc thử tạo phức R để chỉ có một hợp chất phức mong muốn.

1.8. XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ PHÂN LY CỦA PHỨC CHÁT

1.8.1. Phương pháp đường chuẩn Đẻ dề hiểu nội dung và cách thực hiện phương pháp này, chúng ta lấy ví dụ cụ thể xác định hằng số phân ly của họp chất phức FeSal+ (phức Fe(III)-Salicylat) ờ pH = 3. Trong dung dịch nước axit yếu này, phức FeSal+ phân ly như sau:

FeSaI+

Fe+3 + Sai2-

(a)

Và chúng ta có: Kf = ([Fe3+].[Sal2 ])/([FeSal+])

(1.20a)

Quá trình tạo ra phức FeSal+ theo phản ứng:

Fe3+ + H2Sal

FeSal+ + 2H+

(b)

Và hằng số cân bằng của phản ứng (b) là: Kcb = (|H+]2.[Sal2”])/([H2Sal+]JFe3+|)

(1.20b)

Mặt khác với axit H2Sal ta còn có:

H2Sal tĩ H+ + Hsal’-' -+ Kal = ([H+].[HSar])/([H2Sal])

(c)

Ka2 = ([H'].[Sal2 ])/([HSal ])

(d)

HSal’

H+ + Sal2“,

Từ các biểu thức (b), (c) và (d) ta rút ra được:

(Kai.Ka2)/(Kcb) = ([Fe3+J.|Sal2-])/([FeSal+D

(1.20c)

-------------Kf-----------------

Do đó chúng ta có: Kf = (K.1.K.2)/(Kcb)

(1.20d)

Như vậy muốn xác định được hằng số phân ly Kf của phức FeSal+, chúng ta phải tìm các hằng số

phân ly axit của H2Sal (Kai và Ka2 đã có trong các sách hằng số hóa lý) và hằng số cân bằng Kcb của

phàn ứng tạo phức FeSal+. Theo phản ứng (b), để tính được Kcb chúng ta phải tìm được các nồng độ [FeSal+], [Fe3+] và [H2Sal], còn [H+] suy ra được từ pH = 2 ([H4-] = 0,01 M). Để xác định các nồng độ [FeSal+J, [Fe3+J và [H2Sal] ta pha một dung dịch chuẩn có Fe (III) và

H2Sal có nồng độ chính xác và H2Sal phải dư để phản ứng tạo phức xảy ra hoàn toàn. Sau đó đo độ hấp

thụ quang của dung dịch chuẩn này, rồi xác định [FeSal+] theo mẫu chuẩn. Từ đó căn cứ theo [FeSal+J sẽ suy ra [Fe3+] và [H2Sal] tại thời điểm cân bằng. Tiếp theo lấy các giá trị nồng độ [FeSal+], [Fe3+] và [H2Sal] này thay vào công thức (1.20b) ta sẽ tính được Kcb98

1.8.2. Phương pháp dãy đồng phân tử gam Phương pháp đồng phân tử gam không nhừng dùng để xác định thành phần của phức, mà cũng

được dùng để xác định hằng số phân ly Kf của phức hay axit hoặc bazơ yêu. Ví dụ, chúng ta có phức MeR phân ly theo phản ứng:

MeR

Me 4-

Như thế: Kf = ([Me].[R])/([MeR])

(1.21a)

Nếu phức MeR có độ phân ly là a thì ta có: K| = (ot2.c2)/(l-a).c =(a2.C)/(l -a)

(1.21b)

Mà ơ được tính theo biêu thức (xem hình 1.16):

a = (AO-A1)/(AO)

(1.21c)

Sau khi biết a chúng ta sẽ tính được hằng số phân ly Kf theo công thức (l .21 b).

1.8.3. Phương pháp biến đổi một thành phần Phương pháp biến đổi một thành phần như đã nêu trong mục 7.1 không những dùng đế xác định thành phần của phức, mà cũng được dùng đe xác định hằng số phân ly Kf của phức hay axit hoặc bazơ yếu. Đối với các chất phân ly ít, ta dựa vào đường cong hàm Ax = f(Cx/CR) (hình 1.27a), ta sẽ tìm

được giá trị Agh. Ví dụ có phức MeRn phân ly theo cân bằng: MeRn

Me + nR

Và có:

Hay là:

Kf = ([Me].[R]n)/(MeRn)

(1.22a)

Kf = (CMe - Cf).(CR - nCf)7(Cf)

(1.22b)

Sau khi xác định thành phần của phức, chúng ta sẽ biết được n, còn giá trị Cf = (Agh)/(eb). Biết Cmc Cf và CR sẽ tính được Kf theo công thức (1.22b).

1.9. CHUẢN ĐỌ ĐO QUANG 1.9.1. Nguyên tắc chung Chuẩn độ đo quang là quá trình đo độ hấp thụ quang Ax của chất phân tích khi chuẩn độ, để theo

dõi sự biến đổi độ hấp thụ quang A của dung dịch một chất khi thêm liên tục thuốc thử chuẩn độ vào. Đường biểu diễn mối quan hệ giữa độ hấp thụ quang Ax của chất phân tích và thể tích thuốc thử R thêm vào (V mL) được gọi là đường cong chuẩn độ đo quang (hình 1.29). Rồi từ đường cong chuẩn độ dạng

Ax = f(VR) này chúng ta sè dễ dàng xác định được điểm tương đương (điểm cuối kết thúc) của quá trình

chuẩn độ một chất. Vì đường cong chuẩn độ dạng hàm Ax = f(VR) luôn có một chỗ gẫy khúc (điếm uốn) và điểm uốn này chính là ờ đúng điếm tương đương của quá trình chuẩn độ (hình 1.29 và 1.30). Từ đường cong chuân độ này ta xác định được thê tích VR mL cần thiết cho chuân độ ở diêm tương đương và sau đó tính nồng độ của chất phân tích theo định luật tác dụng đương lượng; nghĩa là

chúng ta có:

hay là:

VX.NX = VO.NO

(1.23a)

Nx = (V0.N0)/ vx

(1.23b)

Như vậy, khi chuẩn biết được vo, No và Vx chúng ta sẽ tính được Nx.

1.9.2. Mục đích Như theo biểu thức (1.23), phép chuân độ đo quang này chủ yếu để xác định điểm tương đương

(điểm kết thúc) của quá trình chuẩn độ vi lượng theo phép đo quang hấp thụ ƯV-VIS của các chất, nhờ quá trình chuẩn độ (thêm thuốc thử tiêu chuẩn vào dung dịch mẫu trong cuvet) và theo dõi độ hấp thụ quang Ax của dung dịch, khi thêm thuốc thử R. Tức là chuẩn độ và vẽ đường cong của quan hệ

hàm số: Ax = f(VR). Sau đó, nhờ đường cong này chúng ta xác định được điểm tương đương (VR tương đương) của quá trình chuẩn độ. Vì điếm uốn của đường cong này chính là điềm tương đương cùa quá trình chuẩn độ.

1.9.3. Dạng của đường cong chuẩn độ đo quang - Tuỳ chất phân tích và thuốc thử chuân độ, cũng như sản phẩm sinh ra hấp thụ quang thế nào, có hay không mà đường cong chuẩn độ đo quang có dạng tương ứng. Nói chung, mọi quá trình chuẩn độ đo quang chỉ rơi vào 1 trong 6 dạng của đường cong chuẩn độ đo quang như trong hình 1.29.

- Nếu chất phân tích và sản phâm của nó không hấp thụ quang, mà chỉ thuốc thử hấp thụ, thì có dạng (a). Ví dụ như chuẩn độ As(IIl) bằng hồn hợp Bromat-Bromit. Neu chỉ có sản phẩm của quá trình chuẩn độ hấp thụ quang, thì có dạng (b). Ví dụ như chuẩn độ Cu(II) bằng EDTA. Neu chuấn độ KMnO4 bằng dung dịch Fe(II) ta có dạng (c); ngược lại chuẩn độ Fe(II) bằng KMnO4 ta lại có dạng (d). Vì ở đây chỉ có ion MnO4l_ có hấp thụ quang, còn ion Fe(II) không hấp thụ. - Neu chúng ta lấy đạo hàm bậc nhất của đường cong Ax = f(VR), thì ta được đường cong vi sai. Trong đường cong này điểm tương đương của quá trình chuẩn độ là các chính điểm cực đại, hình 1.30. Như vậy theo cách đo vi sai, việc xác định điểm tương đương là rất dễ và đúng. Hiện nay các hệ máy chuẩn độ tự động đang bán trên thị trường đều đo và thực hiện vẽ đường cong chuẩn độ theo cách này để xác định điểm tương đương cùa quá trình chuẩn độ.

Bảng sau đây là mối quan hệ của £x, £r và ep trong các dạng của đường chuẩn độ đo quang.

(1):

100

£p

0, £r >0

(2): ex = £t = 0, Ep >0

(3): £t = £p =0, £x > 0

(4): £p = 0,

(5): £x = 0, 8t > £p > 0

(6): £x = 0, £p > £t > 0

ex>£t>0

Hình 1.29. Các dạng của đường chuẩn độ đo quang hấp thụ UV-VIS. 1) Chỉ có thuốc thử chuẩn độ hấp thụ quang; 2) Chỉ có sản phẩm hấp thụ quang; 3) Chỉ có chất phân tích hấp thụ quang; 4) Chất phân tích và thuốc thừ chuẩn độ hấp thụ quang;

5) Sản phẩm hấp thụ kém và thuốc thử chuẩn độ hấp thụ quang mạnh; 6) Sản phẩm hấp thụ quang mạnh, thuốc thử chuẩn độ thụ quang yếu.

Hình 1.30. Ví dụ về chuẩn độ đo quang xác định axit dạng thường (a) và dạng vi sai (b) chuẩn độ axit H2SO3 bằng dung dịch NaOH.

ÌOI

Ở đây ion Bi(IlI), Cu(II), EDTA và phức Bi-EDTA không hấp thụ quang (e = 0) mà chỉ có phức Cu-EDTA có hấp thụ quang (£ > 0).

1.9.4. Khả năng áp dụng của chuẩn độ đo quang - Chuẩn độ đo độ hấp thụ quang trong nhiều trường hợp rất thích hợp cho việc xác định lượng nhỏ của một số chất, nhất các kim loại. Nó tiện lợi và cho kết quả tốt hơn phép đo trắc quang trực tiếp,

về lĩnh vực này, ngày nay người ta đã chế tạo những hệ thống máy chuẩn độ đo quang từ đơn giản đến

phức tạp, có cả hệ tự động và ghép máy tính để xác định nhiều chất hữu cơ cũng như vô cơ. Điếm tương đương thường được xác định bằng phương pháp vi sai (hình l .30), do đó độ chính xác khá cao. Hàng Mettler là người đi đầu trong lĩnh vực này và họ đã cung cấp ra thị trường hàng ngàn hệ thống chuấn độ

khác nhau trong 15 năm qua, từ những máy chuẩn độ đơn giản, đến các hệ thống chuẩn độ tự động hoàn

toàn để chuẩn độ vi lượng (1-10 ppm). Bảng 1.14. Ví dụ về chuẩn độ đo quang UV-VIS

Chất cẩn xác định

Sĩĩ

Sóng Ẵ

ởpH

Chất chuẩn

(nm) 1

HAc có chỉ thị màu

NaOH 0,1 M

420

P-Nitrophenol 0,001 M 3

Cu(ll)

745

EDTA 0,1 N

Fe(llI) có Salicylic axit

525

EDTA 0,1 N

- Phương pháp chuẩn độ đo quang tương đối đơn giản, dề thực hiện, mà xác định được lượng

nhở các chất với độ chính xác cao. Vì nhờ đường cong chuân độ Ax = E(Vr) mà ta tìm được chính xác

102

điôm kêt thúc (diêm tương đương) của quá trình chuân độ hơn là phương pháp chuân độ thê tích cô điên. Bảng 1.15 là ví dụ về chuân độ đo quang UV-VIS và hình 1.31 là ví dụ chuàn độ hỗn hợp 2

ion Bi(III) và Cu(Il) bằng dung chuấn EDTA 0,01 M, khi đo quang tại bước sóng X = 720 nm.

1.10. CÁC THUẬT TOÁN DÙNG TRONG PHÉP ĐO QUANG UV/VIS 1.10.1. Giải phương hệ trình có n phương trình với n ẩn số - Trong phép đo phố hấp thụ quang phân tử UV-VIS của các chất, rất nhiều trường hợp chúng ta

gặp khó khăn là các cực đại hâp thụ của các chât năm gân nhau, hay chen lân nhau (hình l .20 và 1.23). Khi đó không thê đo được riêng từng chất trong hồn hợp mẫu, mà chỉ có thê đo được độ hấp thụ quang của tống các chất tại sóng hấp thụ cực đại đó của một chất. Đế khắc phục khó khăn này, người ta đà áp dụng tính chất cộng tính của độ hấp thụ quang Ax và dùng phương pháp đo độ hấp thụ quang của dung

dịch mẫu tại n bước sóng (n diêm) khác nhau và sau đó thiêt lập hệ phương trình bậc nhât n ân sô, đê

giai và tính nông độ cùa các chất, sau khi đo độ hấp thụ quang ở n bước sóng. Cụ thê chúng ta có hệ phương trình sau với mẫu có n chất, hệ n ấn số với n phương trình như sau:

(1)

A(ÀI) = k1(Ầ1).C1 + k2(À1).C2 + ... + kn(À.i).Cn

(2)

A(Ă2) = k|(X2).C| + k2(Ầ2).C2 + ... +kn(X2).Cn

(n)

A(Xn) = k](Àn).C| + k2(À,n).C2 + ... + kn(Àn).Cn

Sau đó giải hệ phương trình này chúng ta sè tìm được các giá trị nồng độ C|, c2,... Cn.

- Nhưng trong thực tế, phương pháp này chi áp dụng tốt cho hỗn hợp dưng dịch mẫu 2-3 chất, và các cực đại hấp thụ quang phải cách nhau > 10 nm. Còn nhiều trường hợp các chất và các cực đại hâp thụ quang chi khác nhau 3-5 nin, thì vẫn không giải quyêt được tốt, mặc dù đà phải giái đến hệ

phương trình bặc nhât với n bằng vài chục (n > 50). Vì thế trong những trường hợp này, người ta phải

dùng đến các tính chất thuật toán đạo hàm trong toán học của đường cong Y = f(X), để đo độ hấp thụ quang của các chât trôn cơ sở của quan hệ A^ = f(X).

1.10.2. Phép đo phổ đạo hàm Theo cách này, trước tiên ta đo đường cong phô hấp thụ của chất, sau đó đạo hàm đường

Ax = f(Cx) của các chất ở các bậc đạo hàm khác nhau và ờ đây độ hấp thụ quang A/. của chất là hàm số

của bước sóng À. Nghĩa là người ta coi: - Biêu thức độ hâp thụ quang: AO(X) = A = f(À) là đạo hàm bậc 0 - Đạo hàm bậc 1 của A sẽ là: A|(X) = dA/dX = T(Ầ) - Đạo hàm bậc 2 của A sè là: A2(X) = d2A/dÀ2 = T’(À) - Đạo hàm bậc 3 của A sẽ là: A3(À) = d3A/dX3 = f”(X)

- Đạo hàm bậc n của A sẽ là: An(X) = dnA/dXn = f1 (Ầ)

103

- Mặt khác theo định luật hấp thụ Bouguer-Lambert-Beer ta có:

= f.B.C

A0(Ầ.)

A|(X)

(dA/dẦ.)

A2(X)

(d2A/dV) = (d2£/dĂ.2).B.C

An(X)

(dnA/dÀn) = (dns/dÂn).B.C

= (d£/dX).B.C

Và theo tính chất cộng tính của độ hấp thụ quang ta cũng có: AO(À) = (A1(À) + A2(ầ)+ .. + An(À))

Trong đó: A0(À), A|(Z),

A2(X),... An(X) là đạo hàm của các bậc 0, 1, 2, và n của độ hấp thụ

quang A của chất.

- Trong quan hệ của đường cong A = f(Ầ) và các đường biểu diễn đạo hàm các bậc 1, 2, 3,... của hàm này, chúng ta thấy có những đặc điểm như sau:

1) Đường biểu diễn đạo hàm bậc nhất là tốc độ biến thiên của độ hấp thụ quang A của chất theo độ dài sóng À. Đường biểu diễn đạo hàm bậc nhất này bắt đầu và kết thúc đều ở giá trị A = 0 (zero), có

cực đại dưong ứng với vị trí xut (ở điểm uốn nhánh trái), sau đó giảm dần qua giá trị A = 0 ứng với vị trí cực đại (ở ZMax) của đường đạo hàm bậc zero và rồi lại đến cực đại âm (giá trị A âm) ở chính ví trí Ầuf

(ở điểm uốn nhánh phải) của đường cong đạo hàm bậc zero A = f(À.) (hình 1.32b). Nghĩa là đường đạo hàm bậc nhất này có giá trị cực đại và cực tiêu nằm trùng đúng với 2 vị trí ở 2 diêm uốn (Xut và Zuf) của

đường cong đạo hàm bậc 0, tức là của hàm A = f(À).

2) Đường đạo hàm bậc 2 cũng có điểm bắt đầu và kết thúc đều với giá tri A = 0. Nhưng mà có

một cực đại âm (A < 0) trùng đúng với vị trí À,Max của đường đạo hàm bậc 0, nhưng ngược hướng nhau, và hai cực đại dưong nằm tại 2 vị trí ứng với 2 điểm uốn của đường đạo hàm bậc 1 (hình 1.32c). 3) Đường đạo hàm bậc 3 cũng có điểm bắt đầu và kết thúc đều với giá trị A = 0. Nhưng có 2 đỉnh

dưong và 2 đỉnh âm (hình 1.32d), theo thứ tự: đỉnh dưong nhỏ, đỉnh âm lớn, đỉnh dưong lớn và cuối cùng là đỉnh âm nhò. Trong đó, một cực đại âm lớn nằm đúng vị trị cực đại dưorng của đường đạo hàm

bậc nhất, và một cực đại dưong lớn nằm đúng vị trí cực đại âm của đường đạo hàm bậc nhất. Hai cực đại âm và dưong nhở thì nằm tại vị trí của các điềm uốn của đường đạo hàm bậc nhất.

4) Đường đạo hàm bậc 4, tưong tự như trên, theo tính chất toán học của hàm so A = f(À), chúng ta có thể dễ dàng xem và nhận thấy các cực đại và cực tiểu của đường đạo hàm bậc 4 từ hình 1.32e.

104

Hình 1.32. Phổ đạo hàm các bậc của hàm A = f(Ằ).

a) Đạo hàm bậc 0; b) Đạo hàm bậc 1; c) Đạo hàm bậc 2; d) Đạo hàm bậc 3; e) Đạo hàm bậc 4.

Còn Ảut, ẰMax, ẢUf là vị trí tại điểm uốn trái, vị trí cực đại, vị trí điểm uốn phải của đường đạo hàm bậc 0.

— Nhưng một điêu ở đây là ớ các bậc đạo hàm càng cao của độ hấp thụ quang Ax, thì sự suy giảm cường độ hâp thụ quang rất nhanh (theo hàm số mũ). Nghĩa là ở các bậc đạo hàm cao của Ax, thì các đinh cực đại hâp thụ của các chât cách xa nhau, chúng ta có được độ phân giải tôt và các cực đại hấp thụ ớ các bậc đạo hàm của các chất không chen lấn nhau, nhưng chúng ta bị mất về độ nhạy phổ rất nhiều,

tức là độ nhạy của phương pháp bị giảm nhiều. Vì ở bậc đạo hàm càng cao thì giá trị A; giảm càng nhanh (hình l .32 và l .33). Do đó trong thực tế, chi nên chọn bậc đạo hàm nào, khi mà đỉnh hấp thụ của

hai chât vừa tách khởi nhau và không còn vùng chen lân phô là được, mà không nhât thiết phải chọn bậc

đạo hàm cao cho tât cả. Nghĩa là ta phải quét phô và xác định đạo hàm ở các bậc khác nhau theo X của các chất phân tích, đe tìm các đính hấp thụ (vị trí giá trị ÀMax) cân đo ở bậc đạo hàm nào là vừa đủ cho mỗi chất, mà tại đó chất ta cần đo có độ hấp thụ quang khác không (A > 0), còn các chất khác lại có độ hấp thụ quang bằng không (A = 0). Đó là điếm cắt zero của phổ đạo hàm.

105

- Vì vậy để định lượng một chất theo phổ đạo hàm của nó thì:

+ Việc đầu tiên là cần phải quét phố đạo hàm, xác định bước sóng đo định lượng của chất ở bậc đạo hàm tương ứng nào là thích hợp. Đây là bước sóng mà tại đó giá trị đạo hàm độ hấp thụ quang AÀ của chất phân tích là khác 0 (tại cực đại), nhưng tại đó các chất khác lại là bằng 0. + Sau khi xác định được bước sóng đo ờ một bậc đạo hàm nhất định rồi, các bước còn lại là có thể thực hiện theo nguyên tắc định lượng của phương pháp đường chuẩn hay phương pháp thêm, tuỳ theo yêu cầu của công việc phân tích. + Trong phép đo phố đạo hàm, đế bù lại sự mất về cường độ hấp thụ quang Ax trong phép đo phô đạo hàm, người ta phải tăng độ khuếch đại tín hiệu đo lên nhiều lần. - Từ tính chất đã nói trên của hàm Ax = f(X), áp dụng vào cho hai chất phân tích X1 và x2 có phổ hấp thụ cực đại gần trùng và chen lấn nhau được chọn và chỉ ra trong hình 1.33. - Ví dụ 1: Được biểu diễn trong hình 1.33a, ờ đây chúng ta thấy, nếu ta lấy đạo hàm bậc 4 của độ hấp thụ quang của chúng theo độ dài sóng Ầ, thì ta được đường cong có dạng như trong hình 1.30. Như vậy, trong đường biểu diễn đạo hàm này, cực đại hấp thụ của hai chất X1 và x2 đã tách rời nhau, nhờ

đó ta đo được độ hấp thụ quang đạo hàm bậc 4 của mỗi chất riêng biệt ở bước sóng và x2 thì không hề ảnh hưởng đến nhau. Còn nếu đo phổ hấp thụ bậc 0, thì chúng ta chỉ đo được độ hấp thụ của tổng cả hai chất.

Hình 1.33. Ví dụ phổ đạo hàm bậc 0 và bậc 4 của hai chất X1 và x2. a) Đường phổ đạo hàm bậc 0 của chất Xi và X2; b) Đường phổ đạo hàm bậc 4 của chất X1 và X2.

106

- Ví dụ 2: Được biêu diễn trong hình 1.34, ở đây chúng ta thấy, với chât X| chúng ta đo được giá trị độ hấp thụ quang A cua nó ở đạo hàm bậc 0 (bình thường) tại vị trí bước sóng À]. Nhưng với chất x2 thì phải đo phô hâp thụ đạo hàm bậc hai tại bước sóng À2 thì mới không có hay loại trừ được sự chen lấn ảnh hưởng của chất X|.

- Ví dụ 3: Được bicu diền trong hình 1.35, ở đây chứng ta thấy, với chât x2 chúng ta đo được giá trị độ hấp thụ quang A của nó ở đạo hàm bậc 0 (binh thường) tại vị trí bước sóng À|. Nhưng chất X1 thì phai đo phô hâp thụ đạo hàm bậc hai tại bước sóng x2 thì chúng ta mới không có sự chen lấn ảnh hưởng của chất x2.

Hình 1.34. Ví dụ phố đạo hàm bậc 0 và bậc 4 của hai chất Xi và x2

a) Đường phổ đạo hàm bậc 0 của chất Xi và X2; b) Đường phổ đạo hàm bậc 1 của chất X1 và X2;

c) Đường phổ đạo hàm bậc 2 của chắt X1 và X2.

107

1.11. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA PHÉP ĐO PHỐ UV-VIS Phương pháp đo quang ƯV-VIS đà và đang được ứng dụng rất phổ biến. Vì nó là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện và máy móc lại không đắt, nên nhiều cơ sở có thể trang bị được. Song lại phù hợp cho việc phân tích định lượng nhiều chất với hàm lượng nhỏ, ví dụ như:

1) Để xác định các chất: - Phân tích các chất hữu cơ; - Phân tích thuốc, được phâm, sản phẩm nông nghiệp;

- Phân tích các ion kim loại trong các đối tượng mẫu khác nhau. 2) Xác định thành phần phức chất, độ phân ly, hằng số phân ly.

3) Xác định hằng số bền của phức chất. 4) Xác định nhóm chức trong phân tử chất.

Phạm vi ứng dụng của phép đo phố ƯV-VIS là: Trong y học, dược, trong nông nghiệp, thực phẩm, phân tích nước, phân tích môi trường, công nghiệp hóa học. Song phương pháp đo phổ ƯV-VIS có độ chọn lọc kém. Vi một thuốc thử có thể tác dụng được với nhiều ion kim loại cùng cho phức màu có cực đại hấp thụ trùng nhau, hay gần nhau. Loại ứng dụng thứ hai của kỹ thuật đo phổ UV-VIS là xác định thành phần của các hợp chất

phức trong dung dịch (mục 7 ờ trên).

1.12. PHỔ PHẢN XẠ QUANG VÙNG UV-VIS 1.12.1. Sự xuất hiện phổ phàn xạ quang vùng UV-VIS Nếu chúng ta chiếu một chùm tia sáng của vùng phổ ƯV-VIS vào bề mặt của một vật mẫu (vật thể), ví dụ như miếng da, tấm bìa, tấm kính màu, viên gạch men, tờ giấy,... thì các phần tử vật chất trên bề mặt của các vật thế đó sẽ có các quá trình:

1) Sự hấp thụ năng lượng cùa chùm sáng của bề mặt các chất; 2) Sự phản xạ chùm sáng của bề mặt vật mẫu.

Nếu chúng ta gọi cường độ chùm sáng chiếu vào vật mẫu là Io, cường độ của chùm sáng phản xạ là Ir và phần chùm sáng bị hấp thụ là Ih, thì chúng ta luôn luôn có:

= (Ih + Ir)

(1.24a)

Ir = (lo - IH)

(1.24b)

Hay:

Sự hấp thụ và phản xạ này là xảy ra đồng thời và tuỳ thuộc vào bản chất cấu trúc của bê mặt vật thể mà hiện tượng nào (hấp thụ hay phản xạ) sẽ chiếm ưu thế. Cụ thể quy luật là: a) Với vật đen tuyệt đối thì sự hấp thụ là 100% và sự phản xạ là 0% (Iro). Tức là vật thề hấp thụ

hết năng lượng của chùm sáng. b) Còn với vật trắng tuyệt đối thì sự phản xạ là 100% (Irioo) và hấp thụ là 0%. Nghĩa là vật thể

không hấp thụ năng lượng của chùm sáng. c) Còn các loại vật thể khác sự hấp thu và phản xạ sẽ nằm giữa thang màu này (từ 0 - 100%).

Do đó, nếu Ir đo là cường độ phản xạ của vật thế chúng ta đo được, thì giá trị cường độ phản xạ quang thực Ir của vật mẫu sẽ là:

108

[(ỈRdo) ~ (Iro/R-100-1 00)]

(1.25)

---- Const.----Nên ta có:

(ỈRdo -

Const.)

(1.26)

Như the các bề mặt có màu sắc khác nhau, có câu trúc khác nhau sẽ phản xạ chùm sáng chiêu vào nỏ khác nhau, tức là có giá trị IR khác nhau. Neu chúng ta thu và quét ánh sáng phản xạ đó trong vùng phố ƯV-VIS (từ 200 - 800 nm), thì chúng ta sẽ có được phố phản xạ màu toàn phần của bề mặt vật thể

đó trong vùng sóng ƯV-VIS.

Đó là phô phản xạ quang vùng ƯV-VIS. Phô phản xạ này là đặc trưng cho câu trúc màu bề mặt cua mồi loại vật thế. Nó được sử dụng đế nghiên cứu, kiểm tra, xác định tính chất bề mặt của vật thế. Như kiếm tra tính đồng nhất bề mặt của đá lytô, gạch men, vải, da, các bức tranh son mài nghệ thuật, cấu trúc bề mặt của các tấm thép, tấm họp kim, các tắm polyme.

1.12.2. Nguyên tắc và trang bị của phép đo Theo như điều kiện xuât hiện của phô phản xạ màu đà nêu ở trên, vê nguyên tăc, đê đo phô phản xạ quang của bề mặt vật thê, chúng ta phải thực hiện các công việc sau đây:

+ Trước hêt phái xác định giá trị hang so (Const.) như trong công thức (1.25) đã nêu ở trên. 4-

Chiếu một chùm tia sáng theo hướng nhất định vào bê mặt vật thê.

+ Thu chùm sáng phản xạ, phân ly và đo chùm sáng phản xạ đó. 4-

Ghi cường độ chùm sáng phản xạ đó, có thê chỉ một tia À nhât định hay cả vùng phô.

Do đó, trang bị của hệ thông máy đo phô loại này phải bao gôm: 4-

Nguôn sáng, như trong phép đo phô ƯV-VIS.

Buồng đặt mẫu đê đo và đầu đo (di động được).

+ Hệ quang học (bộ đơn săc) và hệ detector. 4-

Bộ phận quét và ghi kết qua phố phán xạ.

Hệ máy tính và phân chương trình điêu khiên.

Bộ vật chuấn và phồ chuàn của vật đen tuyệt đối và trắng tuyệt đối.

Như the VC hình thức nó cũng gần hoàn toàn tương tự như hệ thông máy đo phô hâp thụ quang phân tử ƯV-VIS bình thường hai chùm tia. Nhưng có một chỗ khác ở đây là đầu đo mẫu ran di động. Vì thế người ta có thế dùng ngay một máy phổ UV-VIS hai chùm tia, có ghép thêm đầu đo mẫu rắn kéo ra ngoài bằng cáp quang học đe chụp vào bề mặt vật rắn cần đo là ta có một hệ thống máy đo phổ phản màu xạ vùng UV-VIS. Đầu đo mẫu rắn bao gồm:

Buồng đo và nhân quang điện (detector). Tín hiệu của nhân quang điện được dẫn vào bộ khuếch đại cùa máy đo ƯV-VIS đế đo khuếch đại và ghi phố. 4-

Bộ cáp quang học có thâu kính ở hai đâu, một đâu nôi (chụp) vào nhân quang của buông đo, một đầu đặt (chụp) vào vị trí bề mặt vật thề cần đo phổ phản xạ. Hình 1.36 là sơ đồ khối của một hệ thông máy đo phô phản xạ quang. 4-

Nguồn sáng trong các máy đo của loại phố này, người ta vẫn dùng đèn hồ quang Hydro nặng (D2-Lamp) cho vùng ƯV (200 - 360 nm) và đèn W-Halide cho vùng phố V1S (350 - 800 nm), hay đèn Xenon cho vùng phô 250 - 650 nm.

109

Do đó muôn đo phô phản xạ của bê mặt một vật thê, chúng ta chỉ cần chụp đâu đo vào vật đó và thực hiện phép đo theo một trong hai cách: 4- Đo cường độ phản xạ màu chi tại một bước sóng Xi được chọn,

+ Quét và ghi cường độ phản xạ màu trong cả vùng phổ cần nghiên cứu.

Hình 1.36. Sơ đồ nguyên tắc hệ thống máy phổ phản xạ UV-VIS. 1. Nguồn sáng; 2. Buồng đo; 3. Hệ quang học; 4. Hệ điện tử; 5. Đầu đo; 6. Bộ ghi kết quả.

1.12.3. Kỹ thuật đo phổ phản xạ quang Theo nguyên tắc như đã nêu ở trên, đế thực hiện phép đo phố phản xạ quang vùng UV-VIS chúng ta phải tiến hành các bước sau:

1) Làm sạch bề mặt vật mẫu cần đo. 2) Chọn các điều kiện và chương trình đo, ví dụ như:

- Chọn một sóng cân đo hay cả một vùng sóng cằn quét và đo; - Các điều kiện của nguồn sáng chiếu vào vật mẫu; - Độ rộng của khe vào, khe ra của hệ quang;

- Các điều kiện ghi đo và quét phồ.

3) Xác định thang đo độ phản xạ: 0 - 100% - Dùng vật đen tuyệt đối để xác định điểm phản xạ 0% (Iro). - Dùng vật trắng tuyệt đối để xác định điểm phản xạ 100% (Ir 1 oo)Sau đó xác định giá trị Const, theo công thức (1.25 ).

4) Tiến hành đo phố phản xạ của vật mẫu

- Chụp đầu đo vào vật mẫu cằn đo; - Thực hiện và theo dõi quá trình đo phô; - Ghi kết quả, khi quá trình đo kết thúc.

110

5) Xử lý số liệu đo Từ giá trị đo được cùa độ phản xạ, chúng ta cũng có thế đôi sang độ hấp thụ, như trong công thức

(1.26) đà nêu ở trên. Sau đây là ví dụ phố phản xạ của các vật mẫu vùng UV/VIS.

+ Hình 1.37: Phô của bề mặt viên gạch men. + Hình 1.38: Phổ của be mặt tấm da (da bụng người). + Hình 1.39: Phô của bê mặt tấm đá lytô.

Hình 1.38. Ví dụ phổ phản xạ của bề mặt da bụng người.

Ill

X: Harjli: 2S80.0 - 388.8 nrl ph 2201; ini Ỉ.88: orX 0.822$ - 98.492 7.1 Inf: c.wsu : 8.8998W C.SWI: 8.BSIM1

Hình 1.39. Phổ của bề mặt của tấm đá lytô.

1.12.4. ứng dụng của phổ phản xạ quang vùng UV-VIS Phồ phản xạ quang vùng ƯV-VIS hiện nay đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực của các ngành, như: - Công nghiệp nghiên cứu sản xuất vải sợi; - Công nghiệp nghiên cứu sản xuất các loại sơn màu; - Công nghiệp vật liệu xây dựng, vật liệu mới; - Nghiên cứu gốm sứ, thủy tinh màu, gạch men; - Nghiên cứu sản xuất pôlyme, chất dẻo, giấy gián tường,...

- Công nghiệp luyện thép cao cấp;

1.13. PHỐ HÁP THỤ UV/VIS TRONG PHÂN TÍCH ĐỊNH DẠNG Hiện nay trong phân tích định dạng các nguyên tố, người ta cũng đã sử dụng các máy đo phô hâp thụ quang phân tử làm các detector đế phát hiện và đo định lượng các dạng chất sau khi nó được tách ra khỏi cột tách sắc ký. Đó là các hệ thống ghép nối trực tiếp (one-line): 1) Hệ tách HPLC với máy ƯV/VIS.

2) Hệ tách HPCE với máy UV/VIS. 3) Hệ tách CG với máy UV/VIS. Sự ghép nối được mô tả như trong hình 1.40.

112

Hỉnh 1.40. Sơ đồ công đoạn 4 và 5 của phàn tích định dạng.

- Giai đoạn 4: Các kỹ thuật tách các dạng chát, có:

a) Các kỹ thuật sãc ký long hiệu nâng cao; b) Các kỹ thuật điện di mao quản;

c) Các kỹ thuật săc ký khí;

d) Các kỹ thuật sắc kỷ khác. - Giai đoạn 5: Các kỹ thuật phát hiện phân tích ĐL chất, có:

a) Các kỹ thuật phân tích phô nguyên tử;

b) Các kỹ thuật phân tích phô phân tứ; c) Các kỹ thuật phân tích điện hóa;

d) Các kỹ thuật phân tích phóng xạ; e) Các kỹ thuật phân tích sinh học; 0 Các kỹ thuật phân tích Rơn-ghcn.

1.14. Ví DỤ MỌT SỐ MÁY PHỔ UV/VIS Thông số kỹ thuật

Lamda-25

+ Vùng phổ: 190 - 1100 nm 4-

Độ phân giải: 0,5 nm

Ke đo: l nm, cố định

Đèn nguồn: D2 và w

Thang đo: 0,00 - 3,20 Abs

Mầu: Dạng long (dung dịch)

Wavelength scanning

ứng dụng: Phân tích rutin

Phố thông mọi PTN

Thông số kỹ thuật

Lamda-35

+ Vùng phổ: 190 - 1100 nm 4-

Độ phân giải: 0,5 nm

Ke đo: 0.5 - 4 nm, thay đổi

Đèn nguồn: D2 và w

Thang đo: 0,00 - 3,20 Abs

+ Mầu: - Dạng lỏng (dung dịch) - Bột (Power sample)

- Solids (mẫu ran) 4-

Wavelength scanning

Úng dụng: Phân tích rutin

Thông số kỹ thuật

Lamda-45 4-

Vùng phổ: 190 - 900 nm

Độ phân giải: 0,2 nm

Ke đo: 0.5 - 4 nm, thay đổi

+ Đèn nguồn: D2 và w 4-

Thang đo: 0,00 - 3,50 Abs

Mầu: - Dạng lỏng (dung dịch) - Transparent (truyền qua) - Solid (mẫu rắn)

Wavelength scanning

ửng dụng: Phân tích rutin Nghiên cứu động học.

114

Thông số kỹ thuật

Lamda-650/750

+ Vùng phổ: 190 - 1100 nm

+ Độ phân giải: 0,5 nm + Ke đo: 0.5 - 4 nm, thay đổi + Đèn nguồn: D2 và w

+ Thang đo: 0,00 - 2,50 Abs

+ Mầu: Dạng long (dung dịch) + Wavelength scanning

+ ứng dụng: Phân tích rutin Nghiên cứu động học

Thông số kỹ thuật

Lamda-Bio & Bio+

+ Vùng phô: 190 - 1100 nm + Độ phân giải: 0,2 nm

*"3 J 2

+ Ke đo: 5 nm, thay đôi + Đèn nguồn: D2 và w + Thang đo: 0,00 - 2,50 Abs

+ Mầu: Dạng lỏng (dung dịch) Sinh và Y học

+ Máy chuyên biệt + Wavelength scanning + Úng dụng: Phân tích rutin Nghiên cứu động học

Thông số kỹ thuật

Lamda-850/950NIR

+ Vùng phố: 190 - 3300 nm + Độ phân giải: 0,5 nm + Ke đo: 1 nm + Đèn nguôn: D2 và w

+ Thang đo: 0,00 - 3,50 Abs + Mầu: Dạng lỏng (dung dịch) Sinh và Y học

+ Máy chuyên biệt + Wavelength scanning

+ ứng dụng: Phân tích rutin Nghiên cứu động học

115

Thông số kỹ thuật

Lamda-1050NIR

' liar 1

Vùng phổ: 190 - 3300 nm

Độ phân giải: 0,5 nm

Ke đo: 1 nm

Đèn nguồn: D2 và w

Thang đo: 0,00 - 3,50 Abs

+ Mầu: Dạng lỏng (dung dịch) Sinh và Y học 4-

Máy chuyên biệt

Wavelength scanning

ứng dụng: Phân tích rutin

1 auida-IO-SOMK ( 1 75 .J.MXJlllll)

Nghiên cứu động học

Thông số kỹ thuật

Lamda-URA 4-

Vùng phổ: 190 - 1100 nm

Độ phân giải: 0,5 nm

Ke đo: 1 nm

Đèn nguồn: D2 và w

+ Thang đo: 0,00 - 3,50 Abs 4-

Mầu: Dạng lỏng (dung dịch)

Rắn (Solids) 4-

Máy cho công nghiệp vật liệu

Wavelength scanning

ứng dụng: Phân tích rutin

Nghiên cứu cấu trúc bề mặt

116

Lamda 45

Thông số kỹ thuật

Phổ không gian 3 D

Phổ ƯV/Vis chuẩn để test máy

1.15. CÂU HỎI ÔN TẬP 1.

Phô hâp thụ quang UV7VIS xuât hiện thê nào? Bản chất của phô này? Những yếu tô nào quyếtđịnh

sự sinh ra phô này? Phô hâp thụ UV/VIS khác phô hâp thụ nguyên tử ở những diêm nào?

Hệ số exilon (c) là gì, nó liên quan đến các chất thế nào và cho ta biết điều gì? Cách xác định hệ số này?

Nguyên tắc của phép đo phô hấp thụ quang phân tử?

Nguyên tấc cấu tạo máy đo phô hấp thụ quang ƯV/VIS, nhiệm vụ của mỗi bộ phận?

Mối liên quan giữa phô hấp thụ quang và cấu trúc phân tử chất?

Thuốc thử đo quang hấp thụ UV/VIS là gì? Vì sao cần nó? Nó có mấy loại và đặc điếm của

mồi loại? 7.

Những yếu tố làm sai lệch quy luật hấp thụ quang của chất?

Các yếu tố ảnh trong phép đo quang hấp thụ phân tử?

Các phương pháp định lượng nhanh đơn giản?

10.

Các phương pháp định lượng chính xác?

11.

Cách xác định thành phần phức bằng phép đo phố ƯV/VIS?

12.

Cách xác định hằng số phân ly bằng phép đo phố UV/VIS?

13.

Chuân độ đo quang và ứng dụng cùa nó?

14.

Các thuật toán được dùng trong phép đo quang hấp thụ phân tử?

15.

Các lĩnh vực ứng dụng phô hâp thụ quang UV/VIS?

16.

Phô phản xạ quang vùng UV-VIS và ứng dụng của nó?

117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.

Merck Company (J. Fries & H. Getrost). Organische Reagenzien fur die Spurenanalyse. Darmstadt. 1977.

E. B. Sandell & Hiroshi. Onishi Photometric Determination of Trace Metalls. Part I. General Aspects. John Wiley & Sons. London-New York-Toronto. 1985.

E.B. Sandell & Hừoshi Onishi. Photometric Determination of Trace Metals. Part I. General Aspects. Part II. Photometric Determination of Trace Metals. John Wiley & Sons. LondonNew York-Toronto. Fourth Edition. 1988.

Perkin Elmer Company. Fundamentals of Spectrophtometric Analysis. 1989.

HobartH. Willard, Lynne L. Merritt, Jr, John A. Dean. Intrumental Methods of Analysis. 7th. Wadsworth Publishing Company Belmont, California, A Division of Wadsworth, Inc, 1992.

Douglas A. Skoog, Donald M. West & F.James Holler. Fundamentals of Instrumental Analysis. 7th. New york, London, Toronto, Amsterdam, Tokyo, 1993.

Daniel Harris. Quantitative Chemical Analysis. Fifth. W.H. Freeman Company. New York. California, 1999.

Agilent Company. Fundamentals of modern UV-VIS Spectroscopy. 1998 & 2000.

Trần Tứ Hiếu. Giáo trình Phân tích trắc quang. Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội, 1994.

10.

Phạm Luận. Giáo trình Phưong pháp phân tích phổ hấp thụ UV-VIS. Trường Đại học Tổng

hợp Hà Nội, 1994.

118

Chương 2

Cơ SỞ LÝ THUYÉT CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHÔ HÒNG NGOẠI

2.1. Cơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHỔ HÒNG NGOẠI 2.1.1. Sự xuất hiện của phổ hồng ngoại Phố hồng ngoại là phổ của các phân tử và nhóm phân tử xuất hiện dưới tác dụng của chùm sáng kích thích có năng lượng phù hợp (tưong tác không đàn hồi) nằm trong vùng hồng ngoại (IR), làm cho các điện tử hóa trị trong các liên kết 71 và ơ của các nguyên tử trong phân tử chất bị kích thích, làm cho

nó bị chuyển mức năng lượng lên trạng thái năng lượng cao Eị, đồng thời khi đó phân tử, các nhóm phân tử, nguyên tử quay và dao động. Ba quá trình đó sinh ra phố hấp thụ hồng ngoại (người ta thường

quen gọi là phô hồng ngoại, IR) của nó dưới tác dụng của chùm sáng kích thích. Như vậy thành phần tạo ra phổ IR bao gồm: 4-

Sự chuyển mức năng lượng cùa các đám mây lên kết ơ, 71 và đôi điện tử hóa trị n còn tự do

trong các nguyên tố dị tố trong phân tử chất.

+ Sự quay của phân tử chất. 4-

Các dao động của các nguyên tử và nhóm nguyên tử.

Năng lượng tạo ra ba quá trình này là do chùm sáng kích thích cung cấp và nó được xác định bởi

công thức sau: Etot - Ee + Eq 4- Ed

(2.1)

Hình 2.1 a. Sự chuyển mức của các đám mày liên kết, Ee.

119

(a)

Trong ba thành phần này, thành phần Ee (sự chuyển mức cùa đám mây electron) có được lượng

tử hóa (hình 2.la), còn hai thành phần năng lượng quay (Eq) và nãng lượng dao động (Ed) không được lượng tử hóa. Vì thế phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) không đon sắc, nó là các dải (băng) phổ có cực đại và

cực tiểu, độ rộng của các băng phổ có độ rộng từ 10 - 50 nm (hình 2. lc).

120

Hình 2.1c. Ví dụ về phổ hồng ngoại của 2-Metyl-butan.

2.1.1.1. Quang phổ quay

Phân từ của các chât khi hâp thu năng lượng của nguôn sáng kích thích phù hợp trong vùng hồng ngoại nó sè quay quanh các trục cân bằng cùa chúng. Ví dụ ta xét một phân tử có 2 nguyên tử giông nhau, như phân tử H2, N2, CI2 và phân tứ co, HCl có hai nguyên tử khác nhau. Nêu coi khoảng cách giữa hai nguyên tư trong phân tứ là không đôi thì trong khi quay, mẫu này được gọi là mô hình hai quả tạ, hay roto vừng chắc (hình 2.2), nên ta có khoang cách hai nguyên tử: rtot= Oì +r2)

(2.2)

Hình 2.2. Mô hình phân tử dạng roto vững chắc.

m1 và m2là hai tâm nguyên tử; ri và Í2 là khoảng cách hai nguyên tử.

121

Trong phân tử, nếu là hai nguyên tử có độ điện âm khác nhau, thì mômen lưỡng cực của chúng sẽ khác không (m

0) và chỉ những phân tử như thế khi bị kích thích nó sẽ quay, số bậc quay tự do F phụ

thuộc vào cấu tạo khồng gian phân tử của nó, ví dụ phân tử thăng có số bậc tự do F = 2 ứng với chiêu quay trục thẳng góc với đường nối hai nguyên tử với nhau (trục X và y).

Như vậy theo cơ học cổ điển, năng lượng quay Eq được tính như sau:

Eq = (1/2).I.UJ2

(2.3)

Trong đó: - I: Mômen quán tính; -

Tốc độ góc.

Chúng ta có:

I = E(miri2) = (mi .m2)/(mi + m2).r2 = M.r2

(2.4)

Với: T| =mi/(mi 4- m2).r và r2 =m2/(mi + m2).r

M = (mi.m2)/(mi + m2) và M gọi là khối lượng rút gọn Còn theo cơ học lượng tử chúng, ta lại có: Eq = h2/(8p2I).J.(J +1)

(2.5)

Trong đó J là số lượng tử quay, có các giá trị: J = 1, 2, 3, 4,... nên Eq là năng lượng quay cũng được lượng tử hóa. Mặt khác, năng lượng quay và tần số (v) được xác định theo biểu thức sau đây:

Eq = n(hv)

(2.6)

Với n là các số nguyên dương, nghĩa là: n = 1,2, 3,...

Nếu ta chia hai vế của phương trình (2.6) cho hv sẽ có: Eq/hv = h/[(8p2.c.I).J(J + 1)]

(2.7)

Ta đặt: Eq/hv = F(J) và gọi F(J) là số hạng quay, B = h/(8p2.c.I), được gọi là hằng số quay, thì chúng ta sẽ có: F(J) = B.J.(J + 1)

(2.8)

Hằng số quay B này đặc trưng cho mỗi loại phân tử và nó được tính theo biểu thức: B = 27,989.10 40/I g.cm

Theo công thức này người ta đã tính được hằng số B cùa một số chất được chỉ ra như trong bảng 2.1.

122

Bảng 2.1. Hằng số B của một số phân tử chất Phân tử chất

Hằng số B, cm 1

60,80

20,91

LiH

4,23

1,93

1,45

Cl2

0,24

Vì năng lượng quay được lượng tử hóa, nên các sô hạng quay cũng sè lượng tử hóa và như thê

khi một phân tử quay chuyên từ mức J lên mức J’ chúng ta sè có:

F.(J) - F(J’) = BJ’.(J’ + 1) - BJ.(J + 1)

(2.9a)

Theo quy tắc lọc lựa, đối với các trường hợp quay của phân tử, hiệu số giữa hai bước nhảy chỉ có

các giá trị ±1, nghĩa là: (2.9b)

AJ =(J’-J) = ±1 Do đó ta có:

(2.10)

F.(J+1)-F(J) = 2B.(J + 1) Hiệu số của hai số hạng quay này chính là số sóng V, vì rằng: F.(J + 1) - F(J) = AE/hc = (hvtb/hc) = (vtb/c) = vtb

(2.11)

Như thế sô sóng Vth mà phân tử hấp thụ chính là sô đo hiệu sô của hai sỏ hạng quay F của phân tư ờ trạng thái cơ bản (F,j) và trạng thái kích thích (Fj’). Tức là khi thay đôi giá trị J (từ J lên J’) thì sẽ có các giá trị cúa F và Vtb tương ứng. Ví dụ trong bảng 2.2.

Do vậy khi J tăng, thì F và Vtb cũng tăng, điều này được mô tả như trong hình 2.3. Bảng 2.2. Quan hệ ba giá trị J, F và Vtb J

12B

20B

30B

Vtb

10B

12B

Theo phương trình (2.10) ta thấy, các giá trị của sô sóng vtb cách nhau một khoảng là 2B, do đó trên phô cũng sè có các đính phố hấp thụ cách nhau một khoảng như thế (hình 2.3, phần dưới). Song trong thực tế, phô ghi được của các phân tử lại không hoàn toàn đúng như thế, tức là các đinh pic phố không cách đêu nhau một giá trị 2B, mà càng về sau các đỉnh càng gân nhau hơn một chút.

123

Vậy nguyên nhân nào đã gây ra sự khác nhau đó? Nguyên nhân chính là do khi quay, khoảng cách của hai nguyên tử cũng có sự thay đôi, tức là hai nguyên tử có thể bị ép lại gần nhau, hay dãn xa nhau ra. Vì thế số hạng quay Fj phải được bố chính và tính như sau. Fj = BJ.(J + 1)-DJ2.(J + l)2

(2.12)

Trong biểu thức (2.12), D được gọi là năng lượng phân ly và nó có giá trị nhở hơn B, cụ thể là:D=10'4.B.

Nếu thay giá trị F.J của phương trình (2.12) vào phương trình (2.10) chúng ta sẽ tính được hiệu số hạng quay AF của hai mức liền nhau của phân tử và đó là. [F(J+|)-F(J)] = [2B.(J + 1)-4D.(J + l)3 ] = vtb

(2.13)

Như vậy sự quay của phân tử có hai nguyên tử chúng ta đã nói trên, nó gần giống như sự quay của hai quả cầu được nối với nhau bởi chiếc lò xo và được gọi là mẫu roto không vững chắc. Tia bức xạ kích thích phân tử quay ở đây nằm trong vùng hồng ngoại xa (50 - 500 pm) và vùng vi sóng

(500 pm - 1 mm). Tia bức xạ này không kích thích được phân tử quay theo trục z, mà chỉ quay xung quanh trục y và X. Năng lượng quay xung quanh trục y và X là giông nhau, nên trong phô quay chỉ có một đường cong duy nhất tương ứng với sự hấp thụ.

Vì nguồn năng lượng kích thích nằm trong vùng hồng ngoại xa, nên phương pháp phổ quay này còn được gọi là phổ hồng ngoại xa. Hình 2.4 là một ví dụ phổ quay của phân tử khí H-35C1 (axit HC1 với C1 đồng vị khối lượng 35). Các tần số đặc trưng của nó được chỉ ra trong bảng 2.3 và hình 2.4.

124

Bảng 2.3. Phổ quay của phân tử H-35CI

Vtbỉ tínhỊ

C/77

^-1 Vtbt quan sátf cm

Avtbt quan sát

20,68

41,36

62,04

82,72

80,03

103,40

104,10

21,10

124,08

124,30

20,20

144,76

145,03

20,73

165,44

165,51

20,48

186,12

185,86

20,35

Hình 2.4. Phổ quay của phân tử H-35CI.

Từ các giá trị thực nghiệm của phô quay này, người ta thây răng khoang cách 2B giừa hai pic phô quay không bằng nhau, khi J tăng lên, hai pic sỗ cách nhau xa hơn một chút, hình 2.4. Nguyên nhân là do khi quay, khoảng cách của hai nguyên tử trong phân tử HC1 đà bị kéo ra xa nhau hơn, mà không cố định như chúng ta đà tính toán như trên, theo mô hình ví dụ của roto cứng chăc. 2.1.1.2. Quang phổ dao động

Đe đề tính toán, trước hết chúng ta cũng xem phân tử có hai nguyên tử như trường hợp của phố quay và coi phân tử này như hai quả cầu được nối với nhau bằng một lò xo và gọi khoáng cách giữa hai qua cầu là r0 (được xem là khoang cách của 2 tâm nguyên tử trong phân từ). Bây giờ nếu ta giữ cố định một quả cầu, còn quả bên kia ta ép nó lại, rồi thả nó ra, thì nó sẽ dao động quanh vị trí cân bằng ban đầu, hình 2.5.

125

Hình 2.5. Mô hình mẫu dao động tứ điều hòa.

Xem xét ví dụ này, chúng ta có thế đưa về trường hợp của một điếm động (dao động điếm) và

một điếm tĩnh (giữ cố định) và được gọi là một dao động tử. Sự dao động loại này có thê xảy ra theo hai

cách là: a) Dao động với biên độ không đổi, gọi là dao động điều hòa. b) Dao động với biên độ thay đồi, gọi là dao động không điều hòa.

Hình 2.5 là mô hình một mẫu dao động tử điều hòa. Bây giờ chúng ta sẽ xem xét cụ thể hai kiểu dao động này. bỉ) Dao động điều hòa

Như chúng ta đã biết, trong dao động điều hòa, lực đàn hoi F tỷ lệ thuật với độ lệch X (độ dịch

chuyển) và được tính như sau.

F =-kx

(2.14)

Trong đó k được gọi là hằng số lực.

Một dao động điều hòa như vậy cũng giống như dao động của quả lắc, nghĩa là vật thể chuyến

động xung quanh vị trí cân bằng r0 về cả hai phía như nhau. Do đó khi tính độ lệch X trong sự phụ thuộc vào thời gian t thì giữa lực F và độ lệch X được xác định theo công thức:

F = m.(d2x/dt2) = -kx

(2.15)

m.(d2x/dt2) + kx = 0

(2.16)

Hay là:

Giải phương trình vi phân (2.16) này chúng ta được:

X = Xq.cos (2.vd.t)

(2.17)

Trong đó vd là tần số dao động cùa dao động tử.

Phương trình (2.17) mô tả độ lớn của X trong sự phụ thuộc vào thời gian t và lấy vi phân phương trình này chúng ta sẽ có:

126

(d2x/dt2) = -47i2.vd.ro.cos (2tc. Vd.t)

(2.18a)

Thay (2.18a) vào công thức (2.16) và biến đổi, chúng ta sè được biếu thức sau. 4Mrc2.(vd)2.xo.cos (27L.vd.t) = kxo.cos (27ĩ.vd.t)

(2.18b)

và rút ra được:

(vd)2 = k/(4n2.M) hay là: V1/=1/[(2^).7(Ẳ/W)]

(2.19)

Trong đó:

+ M = (ni] .m2)/(mi + m2): Khối lượng rút gọn;

+ k: Độ bền của liên kết giừa hai nguyên tử trong phân tử và ở đây k được gọi là hàng số lực. Từ công thức (2.19), chúng ta thấy tằn số dao động vd của nhóm nguyên tử phụ thuộc vào khối lượng của các nguyên tử và hang số lực k của chúng. Bảng 2.4 là ví dụ tần số dao động vd của một số

phân tử. Bảng 2.4. Ví dụ tần số dao động Vd của một số phân tử Phân tử chất

Vd, cm 1

k, dyn.cm 1

4160

5,2

2990

5,3

3958

8,8

HCI

2885

4,8

HBr

2559

3,8

2230

2,9

2331

22,6

2143

18,7

1556

11,4

892

4,5

Cl2

557

3,2

Mặt khác, khi các dao động tử dao động, thì nó cũng có một thế năng nhất định và theo cơ học cố điên thế năng này được tính theo biếu thức sau: Et = 1/2.k.x2

(2.20)

127

Công thức (2.20) cho chúng ta thấy, thế năng Et là một hàm số mũ bình phương của độ lệch X

từ vị trí cân bằng r0. Biểu diễn mối quan hệ này trên hệ tọa độ y-x ta có đường biếu diễn như trong hình 2.6a.

Như cách tính theo cơ học cồ điển và ta có phương trình (2.20), phương trình này không đúng

hoàn toàn với thực tế của phân tử thực khi nó dao động, vấn đề này phải tính theo cơ học lượng tử mới đúng với thực tế của phân tử thực, tức là chúng ta phải áp dụng phương trinh Schrõrdinger có dạng như sau, thì mới có được giá trị E đúng thực tế.

d2T/dx2 = (8n2m/h2).(E "l/2.kx2)T =0

(2.21)

Hình 2.6a. Đường cong thế năng của dao động tử điều hòa.

Giải phương trình (2.21)) này chúng ta sẽ tìm được năng lượng dao động của phân tử đã được lượng tử hóa và đó là.

Ev = h/27t. \lk! M. (V + 1/2) = hvd.(v + 1/2)

(2.22)

Với:

- M: Khối lượng rút gọn; - v: Số lượng tử dao động, nó nhận giá trị: V = 0, 1,2, 3,... (các số nguyên dương). Như vậy theo biểu thức (2.22), ở tại điểm không, khi V = 0, thì Ev = 0,5hvd, nghĩa là năng lượng của phân tử lúc đầu ờ trạng thái cơ bản cũng khác không, tức là Evo > 0, không như cơ học cố điên đã

tính và coi Evo = 0. Phương trình (2.22) còn chỉ ra rằng, trong phân tử, năng lượng dao động của các nguyên tử không phải biến thiên liên tục, mà là gián đoạn theo từng mức từ nhỏ đến lớn hay ngược lại (hình 2.6b). Như vậy có nghĩa là để dao động, phân tử không phải nhận bất kỳ giá trị năng lượng nào cũng được, mà nó chỉ nhận những giá trị năng lượng ờ những mức nhất định có lượng tử hóa và tuân theo quy tắc lọc lựa. Đối với dao động điều hòa của phân tử, theo quy tắc lọc lựa, Av chỉ nhận giá trị là: Av = ±1. Nghĩa là khi dao động, năng lượng của phân tử ở các mức hơn kém nhau chỉ một giá trị bằng 1.

128

(a)

(b)

Hình 2.6b. Đường cong thế năng Et của dao động điều hòa.

a) Đường cong thế năng; b) Các mức nảng lượng của phân tử và pic phổ tương ứng.

Bây giờ nếu đem phương trình (2.22) chia cho hc chúng ta sẽ có số hạng dao động F(v) của phân tử:

F(v) = Ev/hc F(v) = vd/hc.(v + 1/2) = vtb.(v + 1/2)

(2.23)

Theo điêu kiện lượng tử Av = ±1, nên số hạng dao động giữa hai bước nhảy sè là:

[F(v + 1) - F(v)] = vlb.(v + 1 + 1/2) = vtb.(v + 1/2)

hay

F(v + 1)-F(v) = vtb

(2.24)

với V = 0, 1, 2, 3,... (là các số nguyên dương).

Phương trình (2.24) cho ta biết khi phân tử dao động điều hòa, số sóng V chính là hiệu so giữa hai mừc so hạng dao động Vj kề nhau.

h2) Dao động không điều hòa

Trong thực tế, dao động của các nguyên tử trong phân tử không phải là dao động điều hòa, bởi vì biên độ dao động của nó không phái là không thay đối. Khi ta tăng khoảng cách giữa hai nguyên tử đến một giới hạn nhất định nào đó thì nó sẽ bị phân ly (tách ra khởi nhau), hay khi ta ép hai nguyên tử lại gần nhau thì sẽ xuất hiện lực đẩy và lực đẩy này càng lớn khi hai nguyên tử càng lại gần nhau.

Nghiên cứu dao động của nguyên tử trong phân tư, cơ học cổ điển cũng cho thấy rằng trong dao động không điều hòa, đường cong thế cũng không phải là đường cong parabon (hình 2.6a) và năng lượng dao động của chúng cũng không phải là các mức cách đều nhau, mà càng lên cao, các mức năng lượng càng gần nhau hơn (cách nhau ít hơn), hình 2.6b.

129

Trong dao động không điều hòa, nạng lượng dao động của phân tử được tính theo phương trình sau:

Ev = hvd.(v + 1/2)

•j(h2.\’d2)/(4Ej.(v + 1/2)2)}

(2.25)

Vớí Ej là năng lượng phân ly cùa phân tư.

Hình 2.7. Mức nảng lượng và phổ dao động.

Trong dao động không điều hòa, Av nhận các giá trị: ±1, ±2, ±3,... Như vậy khi bị kích thích, phân tử dao động có thể ở các mức năng lượng khác nhau, từ thấp đến cao, khác nhau một giá trị Av đã

nói ờ trên. Ví dụ đầu tiên phân tử ở mức dao động cơ bản, có V = 0, khi bị kích thích bởi chùm sáng thích hợp nó sẽ có các bước nhảy ứng với các giá trị Av = 1,2, 3,... và ở các mức càng cao, thì càng đòi hỏi năng lượng kích thích càng lớn, hình 2.6b và hình 2.7.

Do đó, để đặc trưng cho các bước nhảy dao động cùa phân tử, người ta phân chia các mức dao

động theo các trạng thái như sau: + Bước nhảy 0 -► 1: Được gọi là dao động cơ bản; + Bước nháy 0 “► 2: Dao động cao mức 1; + Bước nhảy 0 -► 3: Dao động cao mức 2; + Bước nhảy 0

4: Dao động cao mửc 3;

+ Bước nhảy 0 -► n: Dao động cao mức (n - 1).

Các mức năng lượng này được chi ra trong hình 2.6b và hình 2.7.

Cũng xem xét phân tử khí H35C1 như trên, chúng ta có các dao động đó được chỉ ra trong bảng 2.5 giữa tính toán và đo được.

130

Bảng 2.5. Ví dụ phổ hồng ngoại của phân tử H35CI Mức dao động

Vd, cm 1(tính)

Vd, cm 1 (đo được)

0 - 1 (mức 1)

2885,7

2885,9

0-2 (mức 2)

5668,2

5688,0

0-3 (mức 3)

8347,5

8346,9

0-4 (mức 4)

10923,6

10923,1

0-5 (mức 5)

13396,5

13396,3

Vì năng lượng tia sáng để kích thích phố dao động nằm trong vùng hồng ngoại, nên phố sinh ra trong trường họp này được gọi là phô hồng ngoại. Các dải phố hỏng ngoại này đêu tương ứng với các mức dao động của phân tử. Ví dụ phồ hồng ngoại của phân tử H35C1 được chỉ ra trong bảng 2.5.

2.1.1.3. Quang phổ dao động quay Quang phố dao động và quay được gọi là dao động quay. Khi một phân tử bị kích thích, không phai nó chỉ có dao động, mà có thế có cả dao động và quay đồng thời xảy ra và lúc này trạng thái của

phân tử được gọi là trạng thái dao động quay. Năng lượng tương ứng cửa trạng thái dao động quay này được tính bằng tông năng lượng của cả hai, tức là năng lượng dao động (Ed) và năng lượng quay (Eq). Như vậy từ hai mục đã nói trên về sự quay và dao động của phân tử, chúng ta có năng lượng dao động quay Edq là: Edq = (v + 1/2).hvd + BhcJ.(J + 1)

(2.26)

Trong đó: - J: Số lượng tử quay ứng với trạng thái dao động cơ bản và v = 0;

- J’: Số lượng tử quay ứng với trạng thái dao động kích thích đâu tiên và có V = 1; - h: Hang so Plank;

- c: Tốc độ ánh sáng trong chân không.

Như vậy năng lượng dao động giừa hai mức V = 0 và V = 1 sè là: Edq = hvd + Bhc.{J’.(J’ + 1)-J.(J+ 1)}

Hay là: AEdq/hc = vd/c + B.{J’(J’ + 1) - J(J + 1)} AEdq/hc = v0 + BJ’.(J’ + 1) - BJ.(J + 1)

(2.27)

Đối với các phân tử thắng nhiều nguyên tử, có thế có hai dải phố dao động quay. Một dải do sự

thay đôi mômen lường cực của phân tử tạo ra, gọi là dải song song và một dải trực giao do sự thay đôi mômen lường cực của phân tử trực giao (vuông góc) với trục của phân tử tạo ra. Trong hai dải phô này, theo quy tắc lọc lựa:

+ Dải song song, sẽ chỉ nhận AJ = ±1, + Còn giải trực giao sè nhận AJ = 0, ±1.

131

Như thế: ♦ Khi AJ = 0, tức là J’ = J thì phương trình (2.27) sè là:

AEdq/hc = Q(cm') = v0

(2.28)

Công thức (2.28) cho thấy là giải Q có sự độc lập của Vo với các giá trị của J và dải phổ Q(cm_I) này được gọi là nhánh Q của phổ. ♦ Còn khi AJ = 1, tức là J’ = (J + 1), thì phương trình (2.27) sẽ là: AEdq/hc = R(cm_') = v0 + 2B(j + 1)

(2.29)

với J = 1, 2, 3,... và phương trình (2.29) này cho ta biết sự phụ thuộc của sự dao động quay vào số lượng tử quay J và dải R(cm_1) này được gọi là nhánh R của phổ quay dao động.

♦ Ngược lại, khi AJ = -1 và J’ = (J - 1), thì phương trình (2.29) sẽ là: AEdq/hc = P(cm *) = Vo - 2B(j + 1)

(2.30)

với J = 1, 2, 3,... trong phương trình này J > 0 và dải P(cm_1) này được gọi là nhánh p của phổ quay dao động. Như thế trong dao động quay chúng ta thu được ba nhánh pho R, Q và p. Song vi nhánh: + Q không phụ thuộc vào J, nên nó chỉ có một tần duy nhất là v0. + Còn dải pho p nằm ở bên trái v0. + Dải phổ R lại nằm ở bên phải v0.

Riêng đối với các phân tử thẳng, thì giải song song và giải trực giao có các nhánh p và R đồng nhất và khoảng cách giữa hai nhánh này bang 2B, nó phù hợp với phương trình (2.29) đã nêu ở trên.

r*2

J'-1

r~0

J-3

J-2 J-!

Hình 2.8. Sơ đồ số hạng dao động quay và các dải phổ tương ứng.

132

Hình 2.8 là sơ đồ số hạng dao động quay và các dải phổ tương ứng với các bước nhảy năng lượng của các số lượng tử quay J. Hình này chi ra hai dải phô dao động quay p và R năm ở hai bên của dải tân vo (giải tâm). Theo lý thuyết, khoảng cách giữa hai vạch phô là 2B, tức là chúng cách đêu nhau. Nhưng trong thực tế, theo kết quả thực nghiệm thu được, hai vạch phố không cách đều nhau và khi giá tri J càng lớn thì chúng cách nhau càng nhiều hơn, đồng thời các vạch ở nhánh p thường cách xa nhau hơn các vạch ở nhánh R. Vậy vấn đề khác nhau này là do nguyên nhân nào gây ra? Vấn đề khác nhau nói trên chính là do hằng số quay B cũng bị thay đôi khi phân tử ở môi trạng thái dao động khác nhau. Do đó phương trình (2.27) ở trên phải được bố chính lại hằng số B bằng B1 như sau mới phù họp với thực tế của các phân tử chất thực. AEdq/hc =v0 + B1J’(J’+ 1)-BOJ(J + 1)

(2.31)

Và rồi từ đó sẽ tính ra các các giá trị Q, p và R theo các công thức sau đây mới phù họp cho mỗi dải phổ thực tế ghi được. 1) Với dải phổ Q:

Q(cm ') = v0 + (B1 - B0).J2 - (Bi - B0).J

(2.32)

với J = 0, 1,2, 3,... 2) Với dải phố R:

R(cm ') = v0 + 2B1 + (3B|-B0)J + (B!-Bo)J2

(2.33)

với J = 0, 1,2, 3,...

3) Với dải phổ P: P(cm ') = v0 - (B| + B0)J + (B| - B0)J2

(2.34)

với J = 0, 1,2, 3,... Trong đó: Bo: Hằng số quay ứng với trạng thái dao động cơ bản;

- B|í Hằng số quay ứng với trạng thái dao động đẫ bị kích thích.

Cũng từ các công thức này, người ta đà tìm được các thông số của phô dao động quay của phân tử H-35C1 như trong bảng 2.6 và phổ dao động quay của phân tử này được chỉ ra trong hình 2.9. Đề xác định hằng số quay, người ta phải chọn hai cặp phổ dao động quay. Trong đó một cặp để xác định hằng số quay Bo của trạng thái dao động cơ bản, còn một cặp kia đế xác hang so B] của trạng thái dao động kích thích. Như vậy, từ phương trình (2.33) và (2.34) hai cập đó sẽ là:

Rj_ỉ - Pj+1 = 2BO(2J + 1)

(2.35a)

Rj - Pj = 2B|(2J+ 1)

(2.35b)

Trong hai phương trình này, các giá trị của R và p được xác định bằng thực nghiệm. Ví dụ, phổ dao động quay của phân tử H-35C1 trong hình 2.9 ta thấy có các vạch duplet, vì trong tự nhiên C1 có 2 đồng vị luôn tồn tại là 0(35) và 0(37), nên thực tế có hai phân tử H-35C1 và H-37C1, do đó hai vạch phố duplet trong hình 2.9 là của hai phân tử axit này ứng với hai đồng vị của C1 là

0(35) và Clo(37). Cũng chính từ thực nghiệm người ta đã xác định được các giá trị của Rj, Pj, (Rj — Pj),... như được chỉ ra trong bảng 2.6.

133

Bảng 2.6. Các thỏng số phổ dao động quay cúa H-35CI J

2906,24

2925,90

Rj-1 — Pj+1

2J + 7

2865,10

60,62

62,62

10,13

10,37

2944,90

2843,62

101,28

104,34

10,13

10,43

2963,39

2821„56

141,73

145,96

10,12

10,43

2981,00

2798,94

182,06

187,53

10,11

10,42

2998,04

2775,76

222,28

228,96

10,10

10,41

3014,41

2752,04

262,37

270,26

10,09

10,39

3030,09

2727,78

302,31

311,40

10,08

10,38

3045,06

2703,01

342,05

352,36

10,06

10,36

3059,32

2677,73

481,59

393,10

10,04

10,34

Hình 2.9. Phổ dao động quay của phàn tứ khí HCI

(của hai đồng vị là H-35CI và H-37CI).

2.1.1.4. Dao động riêng của phân tử

Trong các nghiên cứu đã trình bày ở trên chúng ta mới xét đến sự dao động và quay của phân tử chỉ có 2 nguyên tử. Vậy với các phân tử có nhiều hon 2 nguyên tử thì chúng sẽ dao động và quay ra sao? Đe dễ hiểu và giải thích vấn đề này chúng ta sẽ quan sát sự dao động của một vật diem p được treo và gắn chặt vào đầu bốn lò xo vuông góc nhau như trong hình 2. ÌO, ở đây cả hai lò xo trên trục y và trục X đều có độ mạnh như nhau.

Như trong hình 2. ÌO, nếu ta kéo vật điểm p về một phía lò xo nào đó, rồi bở tay ra, thì lò xo sè bị dao động theo hướng đó. Ờ đây lò xo sè dao động theo hai hướng chính X và y. Mô hình lò xo này được xem như một phân tử có 5 nguyên tứ, mà trong đó điểm p là nguyên tử nằm giữa phân tứ, nó gắn với 4 nguyên tử xung quanh, ví dụ như phân tử metan (CHẠ Nếu ta lại kéo lò xo theo hướng trục z thăng góc với trục X và y, thì nó sẽ dao động cả trong hướng z nừa. Như vậy lúc này vật diêm p sẽ dao động theo

134

cả ba hướng không gian X, y và z. Các dao động này được gọi là dao động cơ bản, hay dao động riêng cua phần tư p.

Tất nhiên ngoài ba hướng dao động X, y và z, vật điếm p còn có thế dao động theo các hướng

khác nừa trong không gian, nhưng chúng ta không xem xét ớ đây, mà coi như chí có ba hướng X, y và z. Hoàn toàn tương tự như vậy, một nguyên tử trong phân tử cũng có thê dao động theo 3 hướng không gian X, y và z. Như thế, nếu một phân tử có N nguyên tử thì tông sô dao động riêng của nó sẽ là: 1) (3N - 5), đối với các phân tử thắng.

2) (3N - 6), đối với phân tử không thăng (không gian ba chiều).

Bang 2.7 là ví dụ tần số dao động riêng của các nhóm chức trong một số loại hợp chất khác nhau. Bảng 2.7. Dao động và phổ của các nhóm liên kết Functional Group LD

o—H nh2

c —H c—H C=N c=c— COOR COOH C=O conh2

c=c— (/>—0—R R—0—R

(*) ở hạp chất

Wavenumber, cm 1 (2)

Wavelength, pm (3)

Aliphatic and aromatic Also secondary and tertiary Aromatic Aliphatic Nitrile Alkyne Ester Carboxylic acid Aldehydes and ketones Amides Alkene Aromatic Aliphatic

3600-3000 3600-3100 3150-3000 3000-2850 2400-2200 2260-2100 1750-1700 1740-1670 1740-1660 1720-1640 1670-1610 1300-1180 1160-1060

2.8-33 2.8-3.2 3.2-33 33-3.5 4.2-4.6 4.4-4.8 5.7-5.9 5.7-6.0 5.7-6.0 5.8-6.1 6.0-6.2 7.7-8.5 8.Ó-9.4

Chú giải: (1) Functional grorp: Nhóm chức; (2) Wavenumber: số sóng (cm ’); (3) Wavelength: Độ dài sóng (pm).

135

Các dao động riêng của phân tứ như vậy nhất thiết phải có nguồn năng lượng bên ngoài phù họp

(ứng với năng lượng dao động) tác động vào phân tư, tức là kích thích nó dao động ra khỏi trạng thái cơ bản. Môi một dao động riêng cũng có một mức năng lượng nhât định và được gọi là dao động suy hiến (thoái biến). Neu trong phân tử có n dao động riêng có cùng mức năng lượng, thì gọi là dao động suy biến n lần. Trong các dao động riêng này người ta chia thành các loại như sau theo đặc tính của nó, đó là: a) Dao động hóa trị

Đó là các dao động co kéo theo hướng trục liên kết của các nguyên tử trong phân tử. Loại dao động này có đối xứng (Symmetric) và bất (không) đối xứng (Asymmetric). Loại dao động loại này không làm thay đôi góc của các liên kết của các nguyên tử, nó chi làm thay đôi khoảng cách (chiều dài) của liên kết của hai nguyên tử. b) Dao động biến dạng

Đó là các loại dao động lắc, xoắn ốc, uôn cong, cát kéo. Các dao động loại này làm thay đoi góc hóa trị của các liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử. Một cách hình tượng, chúng ta có thề mô tả các dao động này như trong hình 2.1 b ở trên và hình 2.11 sau đây. Kích thích dao động Dạng dao động

Tên gụi dao dộng

Ký hiệu

Số sóng •

Raman

CO2

' V ♦ f

Hóa trị đối xứng

ỹ|

Ụ

Hóa trị bất đốì xứng

Vợ

BỂn dạng

Vn = V4

Biến dang

ồ

V4 = iA

Hóa trị đối xứng

Biến dạng

Hóa tri bất đối xứng

ở., a

ưS

h9o

A A °A

Hình 2.11. Mô tả các dao động riêng của H2O và co2.

Đồng thời trong phân tử, người ta còn phân biệt dao động đối xứng và dao động không (bất) đối xứng. Ví dụ phân từ CƠ2 và H2O đều có 3 nguyên tử và có thể có các dao động như trong hình .2.11.

Trong đó: ♦ Với phân tử CO2 là phân từ thẳng, nó có số dao động riêng là (3N - 5) = (3.3 - 5) = 4. Trong 4 dao động riêng này của phân tử CO2, chúng ta thấy trong đó có: - Một dao động hóa trị đối xứng; - Một dao động hóa trị bất đối xứng; - Và hai dao động biên dạng.

136

♦ Với phân tử nước (H20), nó là phân tử không thăng (không gian), nên số dao động riêng của nó

sẽ là: (3N - 6) = (3.3 - 6) = 3. Trong đó có: - Hai dao động hóa trị (1 đối xứng và 1 bất đôi xứng);

- Một dao động biên dạng. Nhưng cả 3 dao động này đều có mức năng lượng khác nhau.

Các dao động riêng cùa phân tử được kích thích bởi các bức xạ điện từ (chùm sáng), nhưng có tính lọc lựa. Đôi với các phân tử có mômen lường cực |1, người ta thây:

+ Chỉ dao động nào làm thay đối được mômen lưỡng cực |1 của nó thì mới bị kích thích bởi chùm

tia hồng ngoại (IR-beam). + Còn những dao động nào không làm thay đổi mômen lưỡng cực Ị1 của nó thì lại bị kích thích bởi tia Raman. Điêu đó có nghĩa là:

- Nếu có dp/dx * 0 : nó bị kích thích bởi tia hồng ngoại. - Còn nếu có dp/dx = 0 : nó lại chí bị kích thích bởi tia Raman.

Ví dụ: - Phân tử CO2: chỉ có dao động hóa trị đối xứng là được kích thích bởi tia Raman, còn các dao

động khác phai kích thích bằng tia hồng ngoại. - Phân tử H2O: Tât cả các dao động của nó lại phái kích thích băng tia hông ngoại.

Khi bị kích thích, trong phân tứ có nhiều dao động, các dao động này có thê cùng chiêu, có thê ngược chiều nhau, có thê lại khử lẫn nhau. Nhưng tông hợp tât cá các dao động đó, thì là dao động

chung cua cả phân tử và mồi dao động chung ấy sè tương ứng với một mức năng lượng nhất định AEi. Năng lượng này phân tử hay nhóm phân tứ đã nhận được từ nguồn sáng bên ngoài kích thích nó. Tương ứng với mồi mức năng lượng như thế, phân tử sẽ dao động với một tần số vm nhất định. Theo cơ học

sóng thì chúng ta có: AE = h.vm

Hay:

vm = (l/27u).(k/m)

(2.36)

Trong công thức (2.36):

+ m: Khối lượng tĩnh cùa nguyên tử; + Còn k là hằng số lực dao động cúa phân tử, khi bị kích thích bới chùm sáng thích hợp; + Như vậy: Tân sô vm phụ thuộc vào cả k và m.

Song, công thức (2.36) chi đúng khi phân tử không bị kích thích, còn khi các nguyên tú’ trong phân tử bị kích thích và đều dao động, thì công thức (2.36) là không phù hợp hoàn toàn. Lúc này chúng ta phải tính tân sô dao động vni theo cơ lượng tử thì mới đúng và phù hợp các phân tử trong thực tê. Theo cơ học lượng tử, khi phân tử gồm 2 nguyên tử quay theo một hướng trong không gian, thì

mỏmen quay Iq của nó phải được tính theo công thức sau:

137

Iq = M.r2

(2.37)

Trong đó:

- r = (r 1 + r2) - M: Khối lượng rút gọn, M = (m]m2)/(mi + m2) Tan so dao động vm của nó sẽ là:

vm = (l/27i). {k.(mi + m2)}/(mi.m2)

(2.38)

Hình 2.12. Độ phản cực và mòmen lường cực của phân từ co2. a) Dao động hóa trị đối xứng; b) Dao động hóa trị bất đối xứng.

Như vậy, tần số dao động vm cùa các hạt là phụ thuộc vào hằng số lực kiên kết k trong phân tử, và phụ thuộc vào khối lượng nij của các hạt nguyên tử trong phân tử. Nhưng vì các hạt dao động quanh vị trí cân bằng, nên năng lượng của dao động đó sẽ là: Ed = h.vm = (h/2n).(k/M)

138

(2.39)

Nhưng cũng theo cơ học lượng tử, khi các phân tử dao động, chúng chỉ có thể chiếm các mức năng lượng nhất định và gián đoạn, mà không liên tục ở giá trị bất kỳ nào. Nên năng lượng dao động Ed của phân từ phải là:

Ed = h.vm.( v + 1/2)

(2.40)

Với V = 0, 1, 2, 3,... được gọi là các số lượng tử dao động của các phân tử dao động, khi chúng bị kích thích. Hình 2.13 là ví dụ các loại dao động cùa phân tử.

Từ phương trình (2.40) ta thây, khi V = 0 thì năng lượng dao động của phân tử Eo cũng khác 0

(Eo > 0) và Eo = !4 (hvm). Điều đó có nghĩa là khi phân tử không bị kích thích (trạng thái cơ bản ban đầu), nó vẫn có một giá trị năng lượng Eo nhất định và là năng lượng dao động trong vị trí cân bằng cơ bản. Đó là năng lượng của điếm không (ở trạng thái tĩnh, trạng thái cơ bản, không bị kích thích) của phân tử chất. Song trong thực tế, các phân tử thực không dao động điêu hòa, mà là dao động không điều hòa và bất đối xứng. Vì thế phương trình biếu diễn năng lượng dao động chung của phân tử (2.40) ở dạng dao động điều hòa là không phù hợp, khi chúng bị kích thích. Lúc này năng lượng dao động đúng của phân

tư phải được tính như sau: Ej = h.vm. (v + 1/2) - x.(v+l/2)2

(2.41)

139

Với X là giá trị bồ chính cho dao động không điều hòa của phân tử. Hình 2.14a mô tả dao động điều hòa và không điều hòa cua các phân tử loại XY3. Khi bị kích thích các nguyên tử trong phân tử có hai loại dao động: Dao động hóa trị và dao động biến dạng (tịnh tiến và quay quanh trục).

Hỉnh 2.14b là ví dụ các dao động của phân tử Diclo-Etylen.

Hình 2.14a. Hướng dao động của phân tử dạng XY3.

a) Dao động tịnh tiến; b) Dao động quay.

140

Nhưng khi bị kích thích, bên cạnh sự dao động, các phân tử còn có sự quay trong không gian và quay trong mặt phăng. Nghĩa là phân tử vừa quay vừa dao động, khi bị kích thích bởi nguồn sáng thích hợp IR. Nên gọi tóm tăt là dao động quay của phân tử. Do đó, năng lượng tông cộng mà phân tử nhận được (hâp thu) khi bị kích thích phải là tông của ba loại Ee, E(| và Eq như sau: AEtot =

(AEe

chuyên mức e

AEj dao động

AEq)

(2.42)

quay

Chính sự hấp thụ năng lượng này của phân tử đà tạo ra phô hồng ngoại (IR) của phân tử chât, khi nó bị kích thích bằng nguồn năng lượng (chùm sáng IR) thích hợp.

Song theo quy tắc lọc lựa, đối với các phân tử dao động và quay, thì số lượng tử quay J và số lượng tử dao động V của nó phải thỏa mãn điều kiện sau đây: AJ = ±1

(chỉ +1 và -1)

Av = 1, 2, 3, ... (các số nguyên dưong)

và

Khi bị kích thích, các nguyên tử trong phân tử thường dao động theo ba hướng X, y và z trong khòng gian. Các dao động này được gọi là dao động riêng của các nguyên tử trong phân tử. Nêu phân tứ có N nguyên tử, như đà nói ở trên, thì số dao động riêng của nó: 4- Với phân tứ cấu trúc thắng có số dao động riêng: (3N - 5), 4- Với phân tử cấu trúc không gian có số dao động riêng: (3N - 6). Mỗi dao động riêng này đêu có một mức năng lượng nhât định, năng lượng này nó đà nhận được từ nguôn sáng kích thích bên ngoài.

Mặt khác, vì năng lượng quay và dao động của phân tử là nhò, nên tần số cùa phô hồng ngoại thường nằm trong vùng từ 12.000 đến 10 cm’1. Đó chính là vùng hồng ngoại. Nên loại phố này được gọi là phô hồng ngoại của chat (1R: Infrared Spectroscopy). Trong toàn vùng phô hồng ngoại này, hình 2.15 người ta chia thành ba miền nhó:

1) Hồng ngoại gần: 12.000 - 4000 cm 1 (800 - 3000nm ), 2) Hồng ngoại trung bình: 4000 — 200 cm 1 (3000 - 28.000 nm), và

3) Hồng ngoại xa: 200 - 10 cm 1 (28.000 - 40.000 nm). 1021 I

1019 I

1017 I

1015 I

Ỉ013 n

1011 I

109 Ị

107 I V, Hz Tán

I------------- 1

X-Ray cria X)

Visible (Nhìn-thấy)

Ultraviolet

(lứ-ngoại)

('Tia (ỉama)

L —J

Microwave

(Sóng-ngán)

I------ 11------------- 1

1 Gamma ray

fid

10-"

10“9

l()-7

1 10 5

lo"

I09

I07

105

Infrared

Radio

(Sóng Radio)

(Hóng ngoại)

1 10-3 103

sp' sóng--

10'

1()3 Ả, cm

101

10-1

10 3 V, cm 1

Hình 2.15. Phân chia vùng phổ của các loại phổ quang học.

I4l

Trong ba vùng phổ này, vùng hồng ngoại trung bình là vùng có phổ hồng ngoại của nhiều họp chất hữu cơ, các hợp phức chất, các họp chất tự nhiên,... Vì thế các máy đo phổ hồng ngoại (IR) hầu hết được thiết kế chế tạo đê hoạt động trong vùng phổ này (3000 - 28.000 nm).

A (pm)

Hình 2.16b. Phổ IR của phân tứ CH3I. Wavelength, ụm

Wavenumber, cm 1

Hình 2.16c. Phổ IR của màng Polystyren.

142

a) Wavenumber, cm 1 5000 4000

3000 2500

1500 1400 1300 1200 1100

2000

1000

900

700

800

Wavelength, pm ------------- Group frequency region---------------------------------------- Fingerprint region ----------------------- •“J b)

Hình 2.16d. Phổ IR của hai hợp chất. a): (CH3)2CHCH2CH(OH)CH3; b): CH3C(CH3)CI-CH2CH3.

2.1.2. Phổ hồng ngoại và cấu trúc phân tử chất Phô hồng ngoại là phô quay và dao động cùa các phân tử, nhóm phân tử, hay nhóm nguyên tứ khi chúng bị kích thích bằng chùm tia sáng có năng lượng thích hợp trong vùng IR. Bới vì chúng ta biết mồi

loại đám mây electron liên kêt hóa học ơ (liên kêt đơn), 71 (liên kết đôi), 2 71 (bội đôi) hay liên kêt liên hợp 7Ĩ-Ơ-7Ĩ của mồi nhóm khi bị kích thích nó sè dao động và quay khác nhau để tạo ra phố hồng ngoại, IR của chất. Vì trong phân tử của các chất, các nguyên tử có thế có các liên kết đơn (ơ), liên kết đôi (71), liên kêt ba (-OC-) khác nhau, nen phô IR của chúng cũng khác nhau. Các liên kết bội đôi (-C=C-) và bội ba (-C=C-) bao giờ cũng dỗ hấp thụ năng lượng thấp, đế tạo ra các dao động IR cùa nó và dao động theo những kiêu khác nhau tuỳ thuộc vào các loại liên kết có trong phân tử chất, tức là cấu tạo phân tử cua các chât. Đỏ là:

+ Các dao động hóa trị (co kéo trên trục liên kết);

+ Các dao động biến dạng (lắc, đu đưa, xoắn và uốn trong không gian). Hình 2.1 b và hình 2.11 là các ví dụ về các loại dao động IR này. Như vậy mỗi loại liên kêt sè hâp thụ năng lượng khác nhau và úng với những vùng phô nhất định (bang 2.7, 2.8 và bảng 2.10). Ví dụ loại: - Liên kết: -C-Cl có tần số IR trong vùng 700 - 800 cm - Liên kết: -C-0 có tằn số IR trong vùng 1200 cm

143

- Liên kết: -C-H có tần số IR trong vùng 2900 cm’1; - Liên kết: -O-H có tần số 1R trong vùng 3460 cm’1; - Liên kết: -C=o có tần số IR trong vùng 1750-1790 cm '.

Tân số dao động vm của các nguyên tử trong phân tử phụ thuộc vào hằng số lực liên kết k và khối lượng m của chúng (theo công thức 2.36 và 2.38). Do đó các nhóm chức khác nhau sẽ có tần số hấp thụ IR khác nhau. Song nói chung hầu hết phố IR của các chất đều nằm trong vùng phố từ 4000 đến 200 cm 1 (tương ứng 3000 - 28.000 nm). Vùng này chính là vùng hồng ngoại trung bình của toàn bộ dải phổ IR.

Phân tử của các chât có các liên kết hóa học 7T và ơ khác nhau, có các nhóm chức, số nhóm chức khác nhau, do đó chúng sẽ có những tần số I)m hấp thụ hồng ngoại khác nhau, đặc trưng riêng cho nó. Vì thê phô hông ngoại là đặc trưng cho mối liên kết hóa học cùa từng loại nhóm liên kết của phân tử các chất. Nghĩa là phổ hồng ngoại (IR) có liên quan chặt chẽ với cấu trúc phân tử của các nhóm chức của các chất. Tức là các loại liên kết hóa học của các nguyên tử tạo ra phân tử chất. Vì thế dựa vào các tần so pho IR đặc trưng của các nhóm chức trong phân tử của chất, chúng ta có thế chuẩn đoán trong phân tử của chất nghiên cứu có những nhóm chức nào, loại liên kết nào (bảng 2.8, 2.9 và 2.10) rồi suy ra cấu trúc phân tử chất đó. Nghĩa là phồ hồng ngoại là công cụ để xác định các nhóm chức (định tính) của các chất. Các nhóm thế trong phân tử cũng có ảnh hưởng đến đỉnh hấp thụ hồng ngoại của chất. Ành hưởng này phụ thuộc vào cấu trúc của các nhóm thế. Các nhóm thế có các liên kết bội 71 và liên họp 7T ơ, thường có ảnh hưởng nhiều, bảng 2.9 là một ví dụ ảnh hưởng của nhóm thế đến tần số hồng ngoại v(-C=N)cm 1 của nhóm -C=C-N. Sau đó là vị trí thế. Bảng 2.8. Ành hưởng của dung môi đến tằn số IR của axeton

Dung môi

Nhiệt độ, °C

v(-CO) cm 1

Không khí

1737

n-Hexane

1723

Benzen

1716

Chloroform

1712

Bảng 2.9. Ảnh hường của các nhóm thế đến tần số đính IR

của phân tử benzonitrin

144

Nhóm thế trong phân tử chất

v(-C=N) cm 1

-no2

2237

-H

2232

-ch3

2231

-OH

2230

-N(CH3)2

2224

Hình 2.16f. Ví dụ ảnh hưởng của trạng thái mẫu ghi phồ IR.

Ngoài cấu trúc và liên kết hóa học của phân từ chất, các nhóm thế, các loại dung môi, tính chất cua dung môi hòa tan chất và nhiệt độ cũng có ảnh hướng một ít đến tằn số đỉnh vm cùa phô hâp thụ hông ngoại của các chất. Nghĩa là câu trúc, tính chất của dung môi có thê làm dịch chuyên các đỉnh cua sự hâp thụ hông ngoại của các nhóm trong phân tử chất, bảng 2.8 là ví dụ về ảnh hưởng này den V (-CO)cm 1 phố hồng ngoại của axeton. Bảng 2.10 là ví dụ tần số IR đặc trưng của một số chất với các nhóm thế khác nhau với các loại dao động và quay. Bảng 2.10. Tần số hồng ngoại đặc trưng của một số nhóm chức

Loại chất

Ankan

Anken

Ankin

Alenic

Tần số IR

Nhóm chức,

loại liên kết

Loại dao động

Vm (cm-1)

-CH, CH2, CH3

hóa trị

2850 - 2960

-C-H

biến dạng

1000- 1465

-C=C-

hóa trị

1600- 1650

-C-H-

hóa trị

3000

-C-H-

hóa trị

3300

-C=C-

hóa trị

2150

-C=C=C-

hóa trị

1940- 1960

145

Đảng 2.10. Tần số hồng ngoại đặc trưng của một số nhóm chức (tiếp)

Loại chất

loại liên kết

Tần số IR Loại dao động

vm (cm~1)

-c-c-c-c-

hóa trị

3050

biến dạng

700 - 900

-C=C-

hóa trị

1470- 1600

-OH (tự do)

hóa trị

3500 - 3600

-OH

biến dạng

900- 1200

Phenols

-OH (liên hợp)

hóa trị

2500 - 3200

Phenols

-C=o

hóa trị

1100-1150

Aldehyde

-CHO

hóa trị

1650- 1750

Acetone

-C=o

hóa trị

1645- 1850

Axit hữu cơ

-C=O

hóa trị

1680- 1720

-OH

hóa trị

2800 - 3600

-C-0

hóa trị

920- 960

Este

-C=o

hóa trị

1720- 1750

Amin bậc 1 (thẳng)

-nh2

hóa trị

3500 - 3600

Amin bậc 1 (thơm)

-NH

hóa trị

1150- 1200

Amin bậc 2

-NH

hóa trị

3500

Amide

-C=o

hóa trị

1600- 1690

-N-H

biến dạng

1500- 1600

Hợp chất Nitro

-no2

hóa trị

1530- 1550

Hợp chất Nitrỉl

-C=N

hóa trị

2240 - 2260

Hợp chất s

-SH

hóa trị

2250 - 2260

-CS

hóa trị

1050- 1200

-so2

hóa trị

1310-1350

-SON

hóa trị

1330- 1370

-PH

hóa trị

2350 - 2450

-P-O-R

hóa trị

1030- 1090

P-0

hóa trị

1250- 1300

POOH

hóa trị

1180- 1240

nh4+

hóa trị

3030 - 3300

CN”, CNS"

hóa trị

2000 - 2200

CO32-

hóa trị

1410-1450

no31-

hóa trị

1350- 1400

so42“

hóa trị

1080- 1150

po43“

hóa trị

1010-1100

Hydrocarbon thơm

Alcol

Hợp chất p

Các ion vồ cơ

146

Nhóm chức,

V] = l I5l cm 1 Đôi xứng

/sc 0 0 **■ ! V2 = 1361 cm Bât đôi xứng

z?x

* 0 v2 = 519 cm 1 Biến dạng

Hỉnh 2.17d. Các dao động của phân tử H20

(Phân tử nước có ba loại dao động với ba tần số khác nhau v1f v2 và v3).

147

2.2. NGUYÊN TẮC VÀ TRANG BỊ CỦA PHÉP ĐO PHỔ HÒNG NGOẠI

2.2.1. Nguyên tắc chung Các chất ở trạng thái rắn, lông, khí, khi bị kích thích bằng một chùm sáng có năng lượng phù hợp (tương tác không đàn hồi), có thể sinh ra phổ hồng ngoại, IR của nó. Do đó muốn đo phổ IR của một chất ta phải:

1) Chuẩn bị mẫu đo

Chọn một dung môi (lỏng, rắn, hay khí) để hòa tan và chuyến chất phân tích đó về trạng thái dung dịch rắn (viên ép trong chất nền KBr), lỏng (trong dung môi hữu cơ), màng mỏng, hay khí cho phù hợp. Ta được mẫu để đo phổ IR của chúng. 4-

Cho mẫu cần đo phổ IR vào cuvet hay bản màng đặt mẫu.

2) Nguồn kích thích phổ Chiếu vào mẫu chùm sáng phù hợp cho chất phân tích hấp thụ đế sinh ra pho 1R của nó.

3) Máy đo phổ

Thu toàn bộ phổ IR của chất, phân ly và ghi phồ IR đó lại.

4) Đánh giá phồ Định tính và định lượng các chất theo phổ thu được.

Bốn điểm nội dung này chính là nguyên tắc của phép đo phồ hồng ngoại. Trên nguyên tắc đó có nhiều thiết bị và máy đo pho IR khác nhau, tuỳ theo từng hãng chế tạo, từ đơn giản, cơ bản đến hoàn chỉnh đã được chế tạo và cung cấp ra thị trường thế giới.

2.2.2. Hệ máy, trang thiết bị của phép đo phổ IR Từ các nguyên tắc nêu trên, một hệ thống máy đo pho IR phải có các bộ phận chính sau đây:

1) Nguồn sáng để kích thích phổ; 2) Hệ buồng mẫu và cuvet (Sample Cell) chứa mẫu để đo phổ;

3) Hệ quang học (bộ đơn sắc thu và phân giải phổ IR); 4) Detector để phát hiện pho IR của chất phân tích;

5) Modul điện tử nhận, khuếch đại, xử lý, ghi và chỉ thị kết quả đo IR.

148

Đó là 5 bộ phận chính, cơ bản của một hệ máy đo phổ 1R. Nhưng hiện nay, những hệ thống máy phổ IR hiện đại và hoàn chỉnh còn trang bị thêm một số bộ phận nừa, ví dụ như:

6) Bộ tự động đưa mẫu vào đe đo phổ;

7) Hệ máy tính đê chương trình hóa và điều khiên quá trình đo, cũng như xử lý và chỉ thị kêt quả; 8) Bộ atlast (thư viện) phổ các chất.

Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của hệ thống máy đo phô hồng ngoại được chỉ ra trong hình 2.18. Sau đây chúng ta chỉ nêu tóm tắt cấu tạo, chức năng và hoạt động của các bộ phận chính. - Nguồn sáng kích thích pho Là các nguồn sáng phát phồ (chùm sáng) có vùng phổ từ 12.000 -100 cm 1 (0,78 - 1000 * m), có độ nhạy cao và ốn định. Đó là các nguồn phát xạ nhiệt, nó thường là các loại đèn sợi được đốt nóng bằng dòng điện, trong vùng nhiệt độ từ 1500 đến 2500 °C, đế tạo ra phổ phát xạ nhiệt trong vùng hồng ngoại. Hiện nay các đèn nguồn được chế tạo để dùng cho phép đo phố hồng ngoại (IR) thường là:

1) Đèn Nemst Glower (1200 - 2260 °C, cho vùng X > 5 pm);

2) Đèn Globar Source (1300 - 1600 °C, cho vùng X < 5 pm); 3) Đèn Incandescent wire Source (1100 - 1300 °C cho vùng X < 5 pm); 4) Đèn Mercury arc source (cho vùng X > 50 pm);

5) Đèn Tungsten Filament (cho vùng X: 2,5 - 0,78 pm); 6) Đèn Lade khí co2 (cho vùng X: 11-9 Ịim).

Vùng phô của một số nguồn này được chỉ ra trong hình 2.19. Synchronous motor Chart

Synchronous motor

Attenuator

Grating Transducer Chopper

Sample Monochromator

a Filter, modulator, amplifier

(

ị

Preamp Synchronous rectifier

Hỉnh 2.18a. Sơ đồ nguyên lý của máy phổ IR thông thường (loại dùng cách tử phẳng).

149

Hình 2.18b. Sơ đồ nguyên lý của máy phổ IR thông thường (loại dùng lăng kính).

Hình 2.18c. Sơ đồ nguyên lý của máy phổ IR loại Ft-IR (loại dùng cách tử).

Hình 2.19. Phổ của một số nguồn sáng nhiệt điện dùng trong IR. (Chú giải như trong hình 1.13b chương 1, trang 61).

150

Trong các loại nguồn này, mồi loại phù hợp cho một vùng phô IR nhât định. Nhưng được dùng

nhiều nhất là hai loại đèn đầu tiên (Ncmst và Globar). Các máy phố IR bán trên thị trường hiện nay chủ

yếu được trang bị nguồn sáng là hai loại đèn: + Đèn Ncrnst Glower;

+ Đòn Globar Source. - Hệ quang học

Hiện nay hộ quang học của máy đo phô hông ngoại có ba loại: 1) Loại có hệ phân giải phố

Với loại này người ta dùng lăng kính hay tâm cách tử đê phân giải hay phân ly (tách phô), hình 2.18a. Cụ thể là: la) Loại làng kỉnh:

Đó là các lăng kính muối, ví dụ: - LiF cho vùng phô: 2-6 pm (5000 - 1800 cm ’). - CaF? cho vùng phố: 1 - 8 pm (6000 - 1500 cm ’).

- NaCl cho vùng phố: 2,5 - 15 pm (4500 - 1000 cm'1). - KBr cho vùng phố: 12,5 -25 pm (1500 - 200 cm'1). - Csl cho vùng phố: 25 - 50 pm (200 - 20 cm ’).

Đây là các lăng kính muôi, được ép từ các muối tinh khiết 99,999%, nhược diêm của các lăng kính muôi là nó hút âm và dễ bị chảy, nên phải bảo quản trong môi trường kín và khô tuyệt đôi. Do đó

có nhiêu khó khăn và hiện nay ít được dùng, nhất là sau khi người ta đã chê tạo được các tâm cách tử có

hằng số k cao. 1 h) Loại hệ phân giải là cách tử:

Thường dùng tam cách từ phăng nhiễu xạ, có hằng số cách tử kct > 1200 vạch/mm (thông thường

1800 - 3600), hình 2.18c. Muốn có độ phân giải phô cao phái dùng cách tử có k lớn (3200 - 3600 vạch/mm). Hiện nay các máy đo phô IR phân giải phô theo kicu này được dùng chú yêu, do tính chât ưu việt của cách tử so với lăng kính muối. 2) Loại không có hệ phân giải phổ

Loại này chỉ có trong các máy phô IR đơn giản, với loại này người ta chỉ dùng các tâm kính lọc sáng đê chọn vùng phô cân thiêt chiêu sáng mẫu đo. Vì thê loại máy IR này ít được dùng, chủ yếu đê

phục vụ đào tạo, hay đi đo ngoài hiện trường.

3) Loại chuyển hóa Fourier, Ft-IR Với các máy đo IR theo hệ phân giải này chúng ta có một loại máy phô hồng ngoại riêng, đây là

máy phô hồng ngoại thế hệ mới, có nhiều ưu việt hơn hãn các máy hồng ngoại phân giải kiểu cũ và

được gọi là máy phô hông ngoại chuyển hóa Fourie (Ft-IR). Vì trong loại máy IR này, hệ lọc và tách

phô là hệ gương giao thoa Michell (giao thoa kế Michell theo nguyên lý chuyển hóa Fourie), hình 2.18c và hình 2.20.

151

Trong ba loại máy phố IR này, loại thứ ba (c) mới ra đời và có nhiều ưu việt về sự tách phổ và độ nhạy. Hiện nay các máy phổ Ft-IR đang được sử dụng rất phố biến, nhất là từ sau năm 1997.

Hình 2.20. Máy phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier, Ft-IR.

- Detector (trang bị nhận tín hiệu phổ):

Detector trong các máy đo phổ hồng ngoại thường là các nhân quang điện kiểu ống và mảng diot, nó thuộc các loại như sau: a) Thermal Detector

Đây là các detector loại pin nhiệt điện nhạy, nó hoạt động trong vùng năng lượng từ 10"7 đến 10 9 w. Nguyên tắc của nó là đo hiệu ứng nhiệt khi có và không có chùm sáng tác dụng vào nhân detector.

Chùm sáng này đã qua cuvet khi có mẫu và không có mẫu (blank sample). b) Pyroelectric Detector

Đây là các loại detector bán dẫn. Loại này đáp ứng nhanh và có độ nhạy khá cao. Nó thường

được dùng trong các máy đo phổ IR chuyển hóa Fourier (Ft-IR). c) Photoconducting Detector

Đây là loại detector quang bán dẫn. Nó hoạt động tốt trong vùng phổ 340 - 1000 cm”1. Loại này

cũng có độ nhạy tương đổi cao và cũng được sử dụng khá nhiều hiện nay trong các máy đo phổ IR. d) Photo Diode Array Detector

Đây là loại detector diot mảng quang dẫn. Nó hoạt động tốt trong vùng phổ 340 - 1000 cm’1. Loại này cũng có độ nhạy tương đối cao, cho phép chúng ta phát hiện được đa kênh và cũng được sử

dụng nhiều hiện nay trong các máy phổ IR và Ft-IR (từ sau 1998). Trên đây là bốn loại detector đã và đang được dùng trong các máy đo phổ IR hiện nay. Nhưng từ

sau năm 2000 loại d) được dùng nhiều hơn, do các tính ưu việt của nó (độ nhạy cao và đa kênh).

152

2.2.3. Mẩu và cuvet đựng mẫu để đo phổ Đe đo phồ hồng ngoại, mẫu có thế ở dạng khí, dạng long (dung dịch, hay màng) hay dạng rắn (viên ép). Với mỗi loại mẫu cân có một loại cuvet riêng và cách chuân bị riêng phù họp cho nó. Sau đây

chúng ta diêm qua các dạng mẫu đê đo phô IR và cách chuẩn bị chúng. Hình 2.21 là các loại cuvet đựng

mẫu dùng trong phép đo phố hồng ngoại.

1) Mẩu dạng khí Nói chung, với các chât tôn tại ở dạng khí chúng ta đo nó ở dạng khí và dùng cuvet dài 10 cm, vì

nồng độ các chât trong trạng thái khí thường loàng hon nhiều so với trạng thái lỏng và rắn. Đồng thời đê tăng độ nhạy, người ta còn đặt các gương phản chiếu để tăng đường đi của chùm sáng trong mẫu (hình 2.2la).

Hỉnh 2.21 a. Chùm sáng trong cuvet mẫu khí.

1) Cửa sổ KBr; 2) Gương phản chiếu; 3) Khe chùm sáng ra.

2) Mầu dạng rắn Với các chất mẫu rắn, người ta phải nghiền mịn, sau đó có thể:

a) Trộn với dầu parafin, ví dụ dầu Nujol đề tạo ra thế dung dịch huyền phù đồng nhất, sau đó cũng phết huyền phù mẫu này lên tấm kính như trường hợp mầu lỏng ở trên rồi đặt vào buồng đo đê ghi phô. b) Hoặc trộn mẫu với bột muối KBr khan tinh khiết (99,99%), nghiền mịn, trộn đều và ép thành viên hay thành màng mỏng (cờ 0, l mm), nhưng lượng mẫu phải đảm bảo từ 2 - 5 mg, rồi cũng đặt vào buông đo đê ghi phô.

3) Mẩu dạng lỏng

Các mẫu lỏng, như các chất hữu cơ dạng lỏng, chúng ta phải có loại cuvet riêng (hình 2.22b), chất mẫu được cho vào cuvet, hay quét lên tấm kính cho nó dàn đều thành một lớp mỏng (màng chất mầu), sau đó đặt vào buồng đo. Cách này được dùng pho biến với các mẫu long. Ngoài ra ta cũng thể hòa tan mẫu vào một dung môi thích họp, sau đó cho vào cuvet đo quang và đặt vào buồng đo phố như trong phép đo phố hấp thụ UV/VIS. Song phải chọn dung môi không hấp thụ IR hay không ảnh hưởng đến phép đo phố của chất phân tích. Vì hầu hết các dung môi hữu cơ đều có hấp thụ hồng ngoại, nó chỉ khác nhau trong mức độ và nằm ở vùng sóng nào mà thôi, bảng 2.11.

153

Hình 2.21b. cấu tạo bản cuvet mẫu cho mẫu lỏng.

1. Nắp đậy; 2. Khe sáng; 3. Vòng đệm; 4. Cửa sổ; 5. Vòng đựng mẫu; 6. ồc vặn nắp; 7. Bệ giữ cuvet.

Từ thực tế, người ta thấy dung môi tốt cho phép đo phổ hồng ngoại là dung môi CS2, sau đó là CCI4 và CHCI3. Các dung môi này trong màng mòng 0,2 đến 1 mm cũng có một số đỉnh hồng ngoại như trong hình 2.23 và bảng 2.11 là vùng phổ IR của các dung môi hữu cơ. From interferometer or monochromator

To detector I

From interferometer or monochromator

Solid with high refractive index

detector

Hình 2.21c. cấu tạo bản cuvet mẫu cho mẫu rắn.

154

Ellipsoidal mirror

From interferometer

To detector

Hình 2.21e. cấu tạo bản cuvet mẫu cho mẫu lỏng.

Bảng 2.11. Vùng hấp thụ IR của một số dung mói

155

2.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TRONG PHÉP ĐO PHỔ IR Vấn đề này, phần nào cũng đã được nói đến ờ các mục trên, nên trong mục này chi khái quát và tóm tắt lại cho có hệ thống những yếu tố ảnh hường có thể có và đó là các yếu tố sau đây. a) Lực liên kết và khối lượng nguyên tử

Như trong phương trinh tính tần số dao động đặc trưng vd của phổ hồng ngoại, công thức (2.19) ở trên chúng ta thấy Vd phụ thuộc vào hằng số lực k của các liên kết và khối lượng của các nguyên tử theo căn bậc hai của tỷ số k/M, tức là (k/M)1/2. Người ta thấy rằng khi hằng số lực liên kết k của hai nhóm khác nhau 25%, thì tần số đặc trưng này khác nhau rất rõ rệt. Các liên kết của cacbon trong các họp chất nối đơn, nối đôi và nối ba sẽ cho các tần số khác nhau, vì tỷ lệ hằng số lực k của ba liên kết: -C-C-

/-C=C-/-C-C là bằng: 1/2/3. Ngoài ra khi thay đổi các nguyên tố trong nhóm liên kết cũng làm thay

đổi tần số dao động đặc trưng vd. Ví dụ như ba nhóm: -C=o, -C=s và -C=N- đều có tần số dao động đặc trưng khác nhau. Nhóm O-H dao động hấp thụ ờ 3600 cm’1, khi đó nhóm O-D lại có dao động hấp

thụ ờ 2650 cm’1, vì trong hai nhóm này, ở đây H có m = 1, còn D có m = 2 (D là dơtrium, vì khối lượng cùa nguyên tử D gấp đôi khối lượng của nguyên tử H thường).

156

Đao động hóa trị

=C-H

---------------- !------------------- 1------------------- !--------------- I----------------- J—.--------------- ,------------------- J---------------------- !---------------------- J

3700

3400

3100

2800

2500

2200

1900

1600

1300

1000

700

cm'1

Hình 2.23. Vùng phổ dao động hóa trị của nhóm chức.

Do sự khác nhau về khối lượng mi và lực liên kết ki, nên mỗi nhóm chức có một khoảng tần số

nhất định tương ứng với các dao động riêng của nó. Hình 2.23 là các ví dụ về điều này. Đây là một đặc trưng của phổ hồng ngoại của các nhóm chức.

Ngoài hai yếu tố trên, tần số dao động đặc trưng IR cùa các nhóm chức cũng còn bị thay đổi (bị xê dịch) do các yếu tố ảnh hưởng khác, vấn đề này sẽ được trình bày lần lượt trong các mục sau. b) Anh hưởng của trạng thái tập họp

Cùng một chất, song nếu chúng ta ghi phố hồng ngoại của nó ở các trạng thái khác nhau (khí, lỏng, hay rắn), các nhóm chức của chất cùng có thế có tần số dao động IR đặc trưng khác nhau một ít. Nguyên nhân ở đây là do sự tương tác của các phân tử chất với nhau gây ra. Khi ở trạng thái khí, sự

tương tác này là rất yếu, vì các phân tử ở xa nhau. Còn trong trạng thái lỏng và rắn thì sự tương tác này lại mạnh hơn, vì các phân tử chất gần nhau hơn và chính sự tương tác này dần đến làm thay đổi một ít

năng lượng dao động của các phân tử và qua đó làm xê dịch tần số dao động IR đặc trưng của chúng. Ví dụ axeton ở trạng thái khí tần số dao động đặc trưng vc=0 (dao động hóa trị của nhóm -C=O)

là ở 1742 cm’1. Nhưng khi nó ở trạng thái lỏng, nhóm chức này sẽ có tần số dao động đặc trưng ở 1718 cm

Đông thời trong dung dịch, dung môi hòa tan chất cũng có ảnh hường làm xê dịch tần số dao

động đặc trưng IR cùa nhóm chức. Nói chung, trong các dung môi không phân cực tần số dao động đặc trưng IR của nhóm chức thường cao hơn khi nó ở trong các dung môi phân cực. Với các nhóm chức -C=o và -C=N thì yêu tố ảnh hưởng này rất rõ rệt, vì đây là các nhóm chức phân cực. Axeton trong sáu

dung môi khác nhau là một ví dụ minh chứng cho vấn đề này (bảng 2.12).

157

Bảng 2.12. Ví dụ ảnh hưởng của dung môi đén tần số dao động

Dung môi

Axeton, Vc=o, cm 1

Xiclohexan

1728

Cacbon tetraclorua

1724

Dioxan

1720

Nitrometan

1718

Cloroforc

1717

Bromoforc

1712

Thêm vào đó, một số trường hợp sự pha loãng chất mẫu cũng làm xê dịch tần số hấp thụ 1R của chất, hình 2.24. Trong trường hợp này, khi pha loàng 100 lằn (từ l mol/L đến 0,01 mol/L) đà là xê dịch tần số từ 3320 cm 1 đến 3620 cm’1. Trong một chất có các nhóm phân cực, nói chung ở trạng thái răn có tân số dao động IR đặc trưng thường có sự xê dịch khác ở trạng thái lỏng trong khoảng 10 cm ’. Ngược lại điều trên, với các nhóm liên kết không phân cực, như liên kết -C-C- ảnh hướng này hầu như không thấy rõ rệt (rất yếu).

Hình 2.24. về ảnh hưởng của sự pha loãng chất. a) Nồng độ 1 mol/L; b) Nồng độ 0,01 mol/L (đã pha loãng 100 lản). c) Liên kết cầu hydro

Các liên kết cầu hydro cũng ảnh hưởng đến tần số dao động IR đặc trưng của các nhóm chức. Nói chung nhóm chức nào có khả năng liên kết cầu hydro mạnh sè ảnh hưởng nhiều. Ví dụ các nhóm chức -OH và nhóm -NH, có khả năng tạo liên kết cầu hydro với một số nguyên tử của phân tử dung môi (axeton hay alcol), nên tần số dao động IR đặc trưng của nó cũng bị xê dịch một ít, khi ghi phố của nó trong các dung môi khác nhau.

Sự tạo liên kết cầu hydro có thể xảy ra với nhóm -OH của phân tử chất khác, hay chính các nhóm trong một phân tử chất (cầu hydro nội). Nhóm -OH có thế tạo cầu hydro nội phân tử ở các phân tử aldehyd và axit cacboxilic, hay ngoại phân tử ở các chất alcol (chức rượu).

Liên kết cầu hydro nội phân và ngoại phân có thế thấy được khi ta pha loàng dung dịch (làm loãng nồng độ chất). Với các liên kết cằu hydro nội phân khi pha loàng nồng độ chất, tần số dao động

158

IR đặc trưng cua nhóm chức không thay đối, còn với liên kết cầu hydro ngoại phân thì khi pha loàng chàt có sự thay đôi rõ rệt, nó sẽ bị giam khi pha loàng chât.

Như ví dụ trong hình 2.25, chất xiclohexanol ở nồng độ 1 mol/L xuất hiện tần số IR là vd = 3320 cm 1 của nhóm -OH, còn khi ở nồng độ 0,01 mol/L nó bị xô dịch đến vd = 3620 cm '. Trong phân tử chất, cùng với các nhóm -OH, tần số dao động IR đặc trưng cua các nhóm -C=o cũng bị ảnh hưởng bởi liên kết cầu hydro. Với các nhóm này, tần số của nó có thê bị xê dịch trong khoảng từ 10 - 20 cm (ví dụ hình 2.25b).

Hình 2.25a. Ví dụ ảnh hưởng của liên kết cầu hydro.

a) Không cầu hydro, hình nửa trên; b) Có cầu hydro, hình nửa dưới.

Hình 2.25b. Ví dụ ảnh hưởng của liên kết cầu hydro.

159

d) Hiệu ứng cảm ứng và đồng phản quang học (mesome)

Chất photphin oxit có tần số dao động hóa trị của nhóm p=o ờ 1160 cm’1*(III) , còn triankylphotphin lại có tần số dao động hóa trị của nhóm p=o ờ vùng 1270 cm’1. Cùng nhóm p=o, nhưng trong hai chất này nó có sự khác nhau rõ rệt. Nguyên nhân của sự khác nhau này là do sự phân bố điện tích của nhóm

p=o bị thay đổi do ảnh hưởng của hằng số lực liên kết k, hay nói cách khác thì đó là hiệu ứng cảm ứng

của các liên kết trong phân tử chất gây ra. Vì phân tử của hai chất này có cấu trúc và các dạng đồng phân như sau:

(-CH2-CH2)3P=O (I) Phosphin oxit (-CH2-CH2-O)3P=O

(III) TrialkylPhosphin

<=>

(-CH2-CH2)3P+-O (II)

(-CH2-CH2-O)3P+-O+ (IV)

Trong phân tử photphin-oxit, do ái lực mạnh của nguyên tử oxy, nên nó kéo đám mây điện tử

liên kết trong nhóm p=o về nó, dẫn đến hình thành dạng đồng phân hỗ biến (II) có ưu thế mạnh và nó

tồn tại ở dạng này, còn trong phân tử Trialkylphotphine, hai nguyên tử oxy ờ liên kết p=o và -O-P đều kéo đám mây liên kết về nó, nên sự hình thành dạng hỗ biến (IV) là khó xảy ra, nên nó tồn tại ở dạng

(III). Do tồn tại ờ hai dạng khác nhau như thế, nên tất nhiên làm cho tần số dao động IR đặc trưng của

nhóm chức p=o trong hai hợp chất này có sự khác nhau một ít là đúng. Tương tự như vậy chúng ta có thể giải thích sự khác nhau của tần số dao động IR đặc trưng của nhóm s=o trong hai phân tử hợp chất dialkylsunfoxit và hợp chất dialkylsuníìt. Trong hai phân tử này,

nhóm s=o bị tương tác cảm ứng khác nhau và tồn tại ở dạng đồng phân (II), khi đó ở phân tử dialkylsunfoxit nó bị tương tác mạnh, nên tần số dao động 1R đặc trưng của nó bị xê dịch rõ rệt, còn trong phân tử dialkylsuníĩt lại ở dạng (III), nó bị tương tác yếu và hầu như không bị xê dịch tần sô dao động IR của nhóm s=o.

(-CH2-CH2)2S=O

(I) Dialkylsunfoxit (-CH2-CH2-O)2S=O (III) Dialkylsunfit

(-ch2-ch2)2s+-cf (II) (-CH2-CH2-O)2S+-O

(IV)

e) Sức căng của liên kết vòng

Yeu tố này thể hiện rõ trong các hợp chất có vòng 3, 4 và 5, vì các liên kết -C-C-C- không phải

có góc tứ diện của trạng thái lai tạo sp3 là bằng 109°l8’, mà có góc liên kết nhỏ hơn. Do đó gây ra sức

căng của các vòng liên kết này và sức căng này được gọi là lực Bayer. Lực Bayer này ảnh hưởng đến lực liên kết của các nguyên từ trong vòng và ngoài vòng, yếu tố này đã làm ảnh hưởng đên tân sô dao động IR đặc trưng của nhóm chức liên kết trong phân tử chất.

160

Ví dụ phân tử có 3 nguyên tư dạng Y-X-Y, ở đây nguyên tử Y ở hai đầu có lực liên kêt như nhau (liên kêt Y-X và X-Y). Dựa theo phương trình Herzberg người ta đà tính được tần số dao động IR

đặc trưng của hai loại dao động đối xứng (Vd(sym)) và bất đối xứng (Vd(asym)) là: vd{sym} = 1 / 27CC,yl(k /

cos a / mx)

(2.43a)

- Và bất đối xứng: vd(asym) = 1 / 27rc.y](k / /71 v) + (1 -cosư / mx)

(2.43b)

- Đối xứng:

Trong đó:

+ k: Hằng số lực, dyn/cm;

+ mx, my: Khối lượng nguyên tử của nguyên to X và Y; + a: Góc liên kết giừa hai nguyên tố. Hai công thức này giải thích cho chúng ta thấy khi góc liên kết a khác nhau thì tất nhiên sẽ có tân số dao động IR vd khác nhau.

Nêu các nguyên to X và Y có khối lượng gần bằng 14 (ví dụ c, N, O), thì tần số Vd tính được là như trong bảng 2.13 sau: Bảng 2.13. Ví dụ ảnh hưởng của sức căng đến Vd aC)

vdx, cm 1

Vkdx, cm 1

180

349. v'K

604.

120

428. %/i<

552.

493. vK

493.

552. n/K

428. Vk

Với K = k.io 5; dx: đối xứng; kdx: bất đối xưng.

Đồng thời trong phân từ vòng 3, 4 hay 5 liên kết C-H cũng bị ảnh hưởng của sức căng của vòng này và hăng số lực k bị thay đổi theo trạng thái lai tạo của các nguyên tử cacbon trong vòng. Ví dụ các lai tạo pp, sp, sp2, sp3 như trong bảng 2.14. Bảng 2.14. Ví dụ ảnh hưởng của loại lai tạo đến hằng số lực k Lai tạo của cacbon

Hằng số lực k

4,09.1 O’5

4,79.10"5

sp2

5,10.1 O’5

sp3

5,85.1 O’5

Tần số dao động IR đặc trưng của các liên kết C-H, C-C và c=o cũng bị ảnh hưởng của sức

căng cúa vòng. Các kết quá thực nghiệm thu được trong bảng 2.15 cho chúng ta thấy rõ điều đó.

161

Bảng 2.15. Ví dụ ảnh hường cùa sức cáng của vòng đến tần số dao động IR Vd

Loại chất

Loại C-C: Vd(c=c), cm 1

Xiclohexan

1646

Xiclopentan

1611

Xiclobuten

1566

Loại C=O: vd(0=0), crrT1

Xiclohexanon

1718

Xiclopentanon

1742

Xiclobutanon

1784

Loại C-H: Vd(c-H), cm-1

Xiclopentan

2950

Xiclobutan

3000

Xiclopropan

3050

Trên đây là năm yếu tố ảnh hưởng thường thấy trong phép đo phố hồng ngoại. Tất nhiên tuỳ mỗi trường hợp của mẫu chất cụ thể và dung môi hòa tan chất để đo phổ mà các ảnh hưởng này có khác nhau và ảnh hưởng nào là nổi trội hon.

2.4. VÍ DỤ VÈ PHỐ HỒNG NGOẠI CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT Hữu cơ Đe làm sáng tỏ các vấn đề đà trình bày ở trên, trong phần này sè trình bày một số ví dụ về phổ IR của một số nhóm họp chất tiêu biểu trong một số phân tử của chất hữu cơ. 1) Nhóm hydrocacbon bão hòa (no)

Với các họp chất hydrocacbon no (bão hòa), phổ hồng ngoại của nó thế hiện ở các dao động cúa liên kết C-C và C-H trong các nhóm -CH3 (metyl), nhóm -CH2 (metylen) và nhóm -CH- (metyliden). Sau đây chúng ta sẽ xem xét các dao động của các nhóm liên kết này, hình 2.26 và ví dụ của các nhóm chức đó như sau.

162

Sau đây là các nhóm chức trong hydrocacbua no:

- Nhóm metyl (-CH3) Nhóm metyl có hai loại dao động là dao động hóa trị và dao động biến dạng (hình 2.27). Trong nhóm -CH3 có ba liên kết C-H và cũng có ba dao động hóa trị, nhưng trong đó có:

+ Có 1 dao động hóa trị đôi xứng và + Có 2 dao động hóa trị bât đối xứng. Hai dao động hóa trị bât đối xứng có mức năng lượng tương đương nhau, nên cũng có cùng tần số dao động. Ví dụ dao động hóa trị đôi xứng cua C-H trong nhóm -CH3 trong mạch thăng hâp thụ IR ở vùng tần số (2962 ± 10 cm '), còn trong mạch nhánh là ở 2930 cm '. Khi đó, dao động hóa trị đối xứng của C-H trong nhóm CH3 lại có hấp thụ IR ở vùng 2872 ± 10 cm”1. Với các hợp chất vòng thơm, nhóm -CH3 có tần số hấp thụ IR ở 2925 và 2865 cm Còn khi nhóm -CH3 gắn với các dị tố o, s, N và p thì tần số cùa dao động hóa trị và biến dạng của nhóm -CH3 cũng bị thay đôi một ít. Trong các trường hợp này, dao động hóa trị biến dạng bất đối xứng có tần số hấp thụ IR ở vùng 1465 cm-’, còn dao động biến dạng đối xứng lại ở vùng 1375 cm '. Khi có 2 nhóm -CH3 cùng gắn vào một nguyên tử cacbon, thì cũng có 2 đỉnh hấp thụ IR ở 1385 và 1370 cm 1 tương ứng với hai dao động biến dạng. Khi nhóm -CH3 ở gần nhóm cabonyl (C=O), thì dao động biến dạng bât đôi xứng của nhóm này lại ở vùng 1375 - 1370 cm '. Sự xê dịch tần số 1R nói trên của nhóm -CH3 chính là do độ điện âm của các dị tố gây ra và khi dị tố nào có độ điện âm càng lớn nó gây ảnh hưởng càng nhiêu đến sự di dịch tân sô 1R này.

Nhóm Isopropyl có hấp thụ IR ở vùng 922 - 919 cm-’, nhóm t-butyl có hấp thụ IR ơ vùng 932 - 926 cm ’. Khi nhóm -CH3 gắn với dị tố, thì có hấp thụ IR ở vùng 950 - 875 em ’, nhóm CH3 trong các hợp chất vòng thơm có hấp thụ IR ở 1040 cm-’, khi đó ở liên kết S-CH3 là ở vùng 960 cm , còn ở liên kết P-CH3 lại ở vùng 880 cm-'.

Ngoài dao động biên dạng, trong phân tử, các nhóm -CH3 còn có dao động đu đưa (lắc), loại dao động này hấp thụ IR trong vùng 1150 - 1120 cm 1 và 900 - 890 cm '. Nói chung tần số dao động đu đưa của nhóm -CH3 bị thay đối do sự tương tác của các nhóm với mạch hydrocacbon. Bảng 2.16 là vài ví dụ về tần số dao động loại này của nhóm -CH3 trong một số họp chất hừu cơ khác nhau. 163

- Nhóm metilen (-CH2) Nhóm liên kết -CH2 loại này có 6 dạng dao động IR là: 4-

Dao động hóa trị đối xứng;

Dao động hóa trị bất đối xứng;

+ Dao động biến dạng hình cắt kéo; 4-

Dao động hình quạt;

+ Dao động xoắn; 4-

Dao động đu đưa (lắc). Bảng 2.16. Ví dụ tần số dao động IR của nhóm -CH3 (cm 1) Nhóm (Chất)

-CH3 (mạch thẳng)

-CH3 (chất thơm)

Tần số V

Độ mạnh

Loại

2972 - 2952

Mạnh

2882 - 2862

Yếu

1475- 1450

Trung bình

1383- 1377

Trung bình

ôs

2930 - 2920

2870 - 2860

-CH2CH(CH3)-CH2-

1159-1151

Vc-C

(R)-CH-(CH3)

1389- 1381

Vc-C

CH3-(C=O)

3000 - 2900

Vc-C

1440-1405

1375- 1350 (RS)CH3

2992 - 2955

R-S-S-CH3

2897 - 2867

1440- 1415

1330- 1290

1440-1410

1270- 1255

SÌ-CH3

Dao động biến dạng đối xứng

164

P-CH3

1330- 1280

O-CH3

1440-1430

N-CH3

1440-1410

B-CH3

1330- 1280

CI-CH3

1355

S-CH3

1330- 1290

As-CHs

1263- 1242

Sn-CH3

1200- 1180

Trong các hợp chất, mỗi loại dao động cũng có tần số IR riêng của nó, ví dụ: la) Trong hợp chât cacbonhydro thăng

♦ Trong hợp chât cacbonhydro thãng, nhóm -CH2 có: Dao động IR hóa trị bất đối xứng ở vùng 2930 cm

- Dao động 1R hóa trị đối xứng ở vùng 2850 cm '.

- Dao động IR biến dạng ở vùng 1465 cm ’. ♦ Khi nhóm -CH2 gắn với nối đôi, nối ba thì sẽ có dao động biến dạng ở vùng 1440 cm’1, ♦ Còn khi nó nối với nhóm cacbonyl thì lại có dao động biến dạng ở vùng 1425 em’1. ♦ Khi gắn với các dị tố (S, p, Si, Cl, Br và I), thì dao động biến dạng ở trong vùng 1450 - 1405 cm ’. ♦ Cường độ hấp thụ IR của chắt cũng phụ thuộc vào chiều dài mạch cacbon (-CH2)n, hình 2.28. Tức là cường độ pic I phụ thuộc vào số nhóm -CH2. ♦ Trong các ancol và amin, dao động IR hóa trị đôi xứng của nhóm -CH2 găn với dị tô thường có cường độ mạnh ngang với các dao động IR bất đối xứng. Với các amin bậc 2 và 3, tân sô dao động IR trị đối xứng của nhóm -CH2 nằm ở vùng 2800 cm”1. Hình 2.29 là ví dụ phổ hồng ngoại của hợp chất 2-metyl-butan.

Hình 2.28. Sự phụ thuộc của cường độ pic vào số nhóm -CH2. Ib) Với cacbuahydro mạch vòng

Tần số dao động IR hóa trị bất đối xứng của nhóm -CH2 trong hợp chất cacbuahydro mạch vòng tăng từ vòng sáu ở 2930 cm”1 đến vòng ba ở 3080 cm Còn các dao động IR hóa trị đối xứng lại nằm trong vùng 3030 cm 1 đến 2840 cm 1 tùy theo độ lớn của vòng. Dao động biến dạng cùa nhóm -CH2 trong các hợp chất vòng năm ở vùng 1470 - 1450 cm ’.

Ngoài ra trong các mạch vòng xiclohexan còn xuất hiện tần số dao động cùa vòng ở vùng từ 1260 - 680 cm '. Ví dụ hợp chất xicloheptan ở 900 cm ’, hoặc ở 930 và 977 cm '. Xiclohexan có đinh hấp thụ ở 890 - 860 cm ’, hoặc ở 1000 - 952 cm 1 và 1055 - 1000 cm’1 (bảng 2.17).

165

Hỉnh 2.29. Phổ hồng ngoại của 2-Metylbutan. Bảng 2.17. Ví dụ tần số dao động IR của nhóm -CH2 (cm 1) Chất R-(CH2-R’

Tần số IR, Vd

Độ mạnh, yếu

2936-2916

Va (mạnh)

2863 - 2844

Vs (yếu)

1475- 1450

Vbd, trung bình

-(CH2)6-CH3

724 - 722

-(CH2)4-CH3

727 - 724

-(CH2)2-CH3

743 - 734

-CH2-CH3

785 - 770

(R)-CH2-(CH=CH2)

2936-2916

(R)-ch2-co

3000 - 2900

(R)-CH2-(OC)

1445- 1405

(R)-ch2-oh

2878 - 2835

(R)-ch2-nh2

1475-1445

(R)-CH2-(SH)

2948 - 2972

(R)-CH2-(S-S)

1440- 1415

Các dao động hình quạt và xoắn của nhóm -CH2 có mức năng lượng ngang nhau và hấp thụ IR ở vùng 1300 cm1, nhưng rất yếu và không đặc trưng. Dao động đu đưa của nhóm -CH2 hấp thụ ở vùng 790 - 770 em’1 và cũng yếu.

Cường độ (c) của các đỉnh hấp thụ IR cửa các dao động hóa trị và dao động biến dạng trong các hydrocacbon cũng thay đổi theo chiều dài của mạch cacbon. Nói chung, khi độ dài của mạch cacbon tăng, thì cường độ Iịr của các pic hấp thụ cũng tăng theo. Vì thế dựa vào cường độ hấp thụ, chúng ta cũng có thể dự đoán sơ bộ được chiều dài của mạch cacbon. Hình 2.28 là một ví dụ về vấn đề này. - Nhóm metyliden (-CH-) Nhóm -CH- trong các họp chất hừu cơ bào hòa (no) hấp thụ 1R ở tần số 2900 cm 1 đối với các dao động hóa trị. Còn các dao động biến dạng lại ơ vùng 1335 - 1315 cm 1.

166

Khi nhóm -CH gắn trực tiếp vào các dị tố, tần số dao động biến dạng của nó cũng bị thay đôi. Ví dụ trong andehit tần số dao động hóa trị của nhóm -CH nằm trong vùng 2900 - 2800 cm 1 và vùng 2775 - 2695 cm ’. Bảng 2.18 là một số ví dụ. Bảng 2.18. Tần số dao động IR của nhóm metyldien, -CH (cm 1)

Nhóm, chất

Vd, cm 1

Loại dao động

2900 và

-CH (hydrocacbon)

1350- 1315

-O-CH

1350 -1315

-N-CH (ancol tự do, see)

1410-1350

1300-1200 -N-CH (ancol liên hợp, see)

1440-1400 2900 - 2800

-CH-(CHO) andehit

2775 - 2695

1420- 1370

2) Hydrocacbon không bão hòa (không no, loại olefinic) Trong các phân tư hydrocacbon không no (loại olefinic) có chứa liên kết -C=C- và chất đầu tiên của dày đồng đẳng này là CH2=CH2. Các chât sau trong dày của nó được coi là sản phâm thê l nguyên tử H của chất đầu bằng các gốc cacbuahydro -Rị và có thế có các dạng như sau:

+ Thế/HơHơ: R|-CH=CH2 + Thế cis-di có dạng: R|H-C=CHR2

+ Thế cis-di có dạng: R2H-C=CHR| + Thế gem-di có dạng: H2C=C(R|R2) + Thế tri có dạng: R1HC=C(R|R2) + Thế tetra có dạng: (R|R2)C=C(RjR4)

Trong các olefinic có đu dao động hóa trị, dao động biến dạng của nhóm C-H, cả dao động đu đưa (lắc trong không gian) và dao động hình quạt, sau đây là vài ví dụ cụ thê. - Vói liên kết C-H, có các loại dao động 1R:

+ Dao động hóa trị cũa CH có Vd(CH) ở vùng 3100 - 3000 cm 1. + Dao động biến dạng trong mặt phẳng ở vùng 1400 - 1000 cm

+ Dao động biến dạng ngoài mặt phăng ở vùng 1000 - 600 cm 1. - Vói liên kết c=c, có các loại dao động IR: + Dao động hóa trị của c=c có vd(c=c) ở vùng 1680 - 1640 cm ’(biệt lập). + Dao động hóa trị có Vd(c=c) ỡ vùng 1660 - 1600 cm 1 (liên hợp). + Nối đôi liên hợp dạng -C=C-C=C, nhóm c=c ờ vùng 1640 - 1590cm '.

- Trong vòng thơm, tần số dao động IR của nhóm c=c có bị thay đối theo độ lớn cùa vòng, số nhóm thê và loại nhóm thê găn vào vòng eleíìnic. Bảng 2.19 là các ví dụ vê tân sô dao động 1R của liên kết c=c trong hợp chất loại olefinic. Hình 2.30 (a) là phô của mạch thăng, còn (b) là của mạch vòng nhân thơm. 167

Bảng 2.19. Tần số dao động của nhóm -C=C- (cm 1)

Loại chất

-C-CH=CH2

Tân sô

Loại dao động

3092 - 3077

Va (CH2, trung bình)

3025-3012

Vs(CH2)CH, trung bình)

1840- 1638

V (CH2, quạt)

1648- 1638

V (C=C, trung bình)

1420- 1412

ô (CH2, trung bình)

3050 - 3000

V (CH, trung biình)

1678- 1668

V (C=C, yếu)

3100-3077

Va(CH, trung bình)

C=CH2

1792- 1775

ô (CH2, quạt, trung bình)

161-1639

V (C=C, trung bình)

-C-HC=CH-C-

Hình 2.30. Phổ hồng ngoại của olefinic thẳng và vòng.

a) Phổ IR của CH3-CH^-CH(CH3)CHz-CH3, mạch thẳng; b) Phổ IR của (C6H5)-CH2C=C-C=C-CH3, mạch vòng nhân thơm benzene.

168

3) Hydrocacbon không no loại acetilenic (-C=C-)

Hydrocacbua loại này thường có các loại:

- Trong chất không thế Đó là các phân tư không thê mạch thăng, thuộc nhóm đôi xứng Doch, loại này nó có:

+ Các dao động IR hóa trị của nhóm C-H và nhóm c=c, + Dao động 1R biến dạng của liên kết C=C-H, các dao động này tương ứng với nhóm đối xứng Dxh và hấp thụ ở nhừng tần số nhất định, khi bị kích thích bởi tia hồng ngọai (IR) và Raman, (bảng 2.20). Phân tử của các chất acetilenic không thế thường có phô hấp thụ hông ngoại trong vùng 3287 cm '(vCh) và 729 cm 1 (Ỗch), còn dao động hấp thụ của c=c thì bị cấm (không có). Đảng 2.20. Tần số dao động của liên kết acetilenic —Ă

Ắ

Loại dao động

Kích thích bởi

Hóa trị đối xứng C-H

3373,7

Hóa trị c=c

1973,8

Hóa tri bất đối xứng CH

A|U

3287

Biến dạng đối xứng C=CH

Elg

612

Biến dạng bất đối xứng C=CH

Eiu

729

Dao động của nhóm

Tan so, cm

-1

Chủ giải: - A|g, A|u, Eịg, E|U: Ký hiệu mồi loại dao động IR. - R: Tia Raman. - IR: Tia hồng ngoại.

- Với các acetylen có thế Bảng 2.21. Tần số dao động của một số acetylenic thế, cm

Dao động hóa trị loại:

Hydrocacbon HC^CCHa

Biếndạng

Tổ họp

VCH

VCsC

Vc-c

C^CH

=CH

3320

2130

930

630

1249

2121

924 - 959

628 - 633

1242- 1249

3300

HC=CCH2R

3320 3299

hohc-c6h5

3316

2115

3305 HC=C-CH2Br

3315

2126

3300 HC=C-CH2-OH

3316

2120

3296 hc=c-ch2-nr

3311

2100

3296

R-C=C-R’

2210 2190

169

Hợp chất hữu cơ loại acetylenic có nhóm thế cho dao động hóa trị hấp thụ của liên kết R-C=CH (thế mono) ờ vùng 3320 - 3300 cm'1, dao động hóa trị của R1-OC-R-2 (thế hai lần) ở vùng 2140 2100 cm ’. Khi đó dao động biến dạng của R-OCH ở vùng 650 - 610 cm1 và dao động tổ hợp ở vùng 1250- 1220 cm”1. Dao động biến dạng của R1-OC-R2 của poliin ở vùng 2247 - 2151 cm Bảng 2.21 là các ví dụ tần số dao động IR của các acetylenic có thế. 4) Hydrocacbon thom nhân bezen Các hydrocacbon vòng thơm họ Benzen có các hấp thụ IR thuộc loại:

- Dao động hóa trị của nhóm C-H ở vùng 3100 - 3000 cm”1.

- Dao động biến dạng của nhóm C-H ở vùng 900 - 650 cm 1.

- Dao động hóa trị của nhóm C-C ờ vùng 2000 - 1600 cm”1.

Hình 2.31 là các mẫu dao động có thể có của các nhóm chức trong phân tử họ benzen (vòng 6 cạnh).

CM)

vCC

Ay ' •

392 (3)

vCH Mr

£*3

VCH

rcH

3060 (kkt)

■< I 370

606 (R)

rcH

1 0

XfX, I

*—

yổCH

) (*

* 4*

pen

t -4

4- -4

div

671 C/R)

B,u s'

pee

r X V

pen

1110 (kkt)

far v fee ỸỈO

1037 (ĨR)

Cv»)

X Jo 1

Sv k v

vcc

148O(/R)

1O1O ( kkt)

1^’

405 (kkt)

Í ilJ*S-

Sv x

VCH

Hình 2.31. Các mẫu dao động của phàn tử họ benzene.

170

A J^

* ỈL Zx-T^j

1585 (R)

(Vl)

□ rr

vcc

3Ỡ47 (R)

4- “x

A <V,J r

703 (kkt)

Qĩư (kkt)

) (*

V>CH

/CC

1 ỉj) * (

r X Ở

vCC

+>L

1326 (kkt)

850 (R)

•

*10

1176 w

(vs)

3062 (R)

•1 v + •* ^^J-\ J-T^ +1 ‘

r .> TY X X.J t r

yểCM

8<u

j8CC

985 (kkt)

lịí

1 rV

+ KCH

Vị

ỉ

3030 (!R)

Khi xem xét các dao động của các nhóm chức trong phân tử Bcnzen phải gắn liền với câu tạo

phân tư, tính đôi xứng và cả các nhóm thê gắn vào nó, tức là câu trúc toàn bộ phân tử cua chât (bang 2.22). Theo công thức cấu tạo của Kekule, Bcnzen thuộc nhóm đối xứng D3h. Nhưng theo quan

điêm cho rằng các liên kết C-C trong benzen là giống nhau, thì nó lại thuộc nhóm đối xứng D6h. Sau đây chúng ta sẽ xem xét vài hợp chât cụ thê của họ benzen này. - Benzen không thế

Neu xem xét tương ứng với loại đối xứng D6h thì trong phân tứ họ benzen sè có 20 dao động cơ

bản cả tháy, trong đó có: + Bốn dao động bị kích thích bởi tia hồng ngọai (IR) là 1 A2uvà 3Eỉu;

+ Bảy dao động bị kích thích bởi tia Raman là 2A|g, 4E2g, và 1 Eig; + Còn lại chín dao động không bị kích thích bởi tia IR và cả tia Raman (bảng 2.22a). Bảng 2.22a. Tần số vc-HCỦa ankylbenzen

Tần số, Vc-H, cm 1

Chất

Benzen

3033

3071

3091

Toluen

3031

3066

3088

Etyl-Benzen

3028

3066

n-Butyl-Benzen

3021

3066

3088

t-Butyl-Benzen

3029

3064

3091

o-Xylen

3013

3048

m-Xylen

3013

p-Xylen

3013

1,3,5-Trimetyl-Benzen

3020

1,2,4-T rimetyl-Benzen

3003

- Benzen có thế Khi phân tử benzen đà thê các H băng các gốc ankyl (-R), thì tính đôi xứng của nó đà bị thay đôi

và do đó các dao động IR cơ bản cũng thay đối. Ví dụ benzen thế một lần, lúc này nó thuộc nhóm đối xứng c2v và có 25 dao động IR cơ bản. Sau đây chúng ta sẽ xem xét các dao động cơ bản của Benzen trong các liên kết C-C, C-H, với dao động trong và ngoài mặt phăng của phân tử. Cụ thê là: 4a) Dao động hóa trị của C-H

Loại này có tần số trong vùng 3100 - 3000 cm 1.

171

Tần số hấp thụ IR ứng với dao động hóa trị của liên kết C-H trong vùng 3100 - 3000 cm '. Khi có nhóm thế thì các tần số này có bị thay đối, ví dụ được chỉ ra trong bảng 2.22a và bảng 2.22b.

Các dẫn xuất thế một lần của Benzen, ví dụ loại CôH5X (với X là: Halogen, ankyl, -NH2, OCH3, -

CHO,...) sẽ có hấp thụ IR với ba đỉnh ở ba vùng: 3039-3027 cm"1, 3078-3053 cm 1 và 3096 - 3084 cm"1. Bảng 2.22b. Tần số Vc-H của vinylbenzen và diphenyl Tằn số, Vc-H, cm 1

Chất

Vinyl-Benzen

3004

3016

3060

3070

n-Divinyl-Benzen

3004

3016

3062

3099

m-Divinyl-Benzen

3004

3016

3068

3099

p-Divinyl-Benzen

3004

3016

3059

3100

3056

3064

Diphenyl

4b) Dao động biến dạng trong mặt phẳng của nhóm C-H

Dao động biến dạng của nhóm liên kết C-H của benzen trong mặt phăng có hấp thụ IR ở vùng 1300 - 1000 cm1, nhưng đỉnh này rất yếu và ít được dùng trong phân tích IR. Bảng 2.23 là vài ví dụ về các pic này của benzen và hình 2.32 là ví dụ về phổ IR. Bảng 2.23. Tần số dao động biến dạng trong mặt phẳng của C-H Thế mono

Thế ở orto

Thế ở meta

Thế ở para

1027 ±3

1033±11

1076 ±7

1013 ± 5

1073 ±4

1125± 14

1076 ±7

1117 ± 7

1156 ± 5

1160 ± 4

1157±5

1175 ± 6

1177 ± 6

1269± 17

1278± 12

1258±11

4c) Dao động biến dạng ngoài mặt phẳng của nhóm C-H

Loại dao động này có tần số IR trong vùng 900 - 675 cm ’. Khi benzen chưa thế, thì dao động biến dạng của liên kết C-H ở vùng 671 cm'1. Tần số hấp thụ

IR này tương ứng với một trong bốn dao động cơ bản khi bị kích thích bởi tia hồng ngoại. Khi benzen đã thế, thì dao động biến dạng của liên kết C-H sẽ bị thay đổi tuỳ theo loại nhóm thế

và vị trí nhóm thế vào vòng benzen. Dao động hình quạt của benzen và benzen thế được chỉ ra trong hình 2.33 và 2.34.

172

Hình 2.32. Ví dụ phổ IR của benzen có thế ở ba vị trí khác nhau.

a)-m-xylem; b)-o-xylen và c)-p-xylem.

Đảng 2.24. Tần số của benzen thế một lần và hai lần Mono

Orto

Meta

Para

1451 ± 12 (m)

1455 ± 8 (m)

1477 ± 15 (tb)

1450 ± 10 (tb)

1499 ± 7 (m)

1490 ± 11 (m)

1499 ± 7 (rm)

1512 ± 12 (rm)

1588 ±9 (y)

1575 ± 9 (td)

1590 ± 7 (m)

1571 ±11 (y)

1606±t(tb)

1609 ± 10 (td)

1611 ± 9 (m)

1620 ± 8 (tb)

Chú giải: (m) - mạnh; (rm) - rất mạnh; (tb) - trung bình; (y) - yếu; (td) - thay đôi.

173

Cùng với dao động hình quạt, còn có dao động biến dạng ngoài mặt phăng khác và do đó tuỳ theo sự thế ở vòng benzen, mà trong vùng 900 - 675 cm 1 sẽ có 1,2 hay 3 đỉnh hấp thụ IR (bảng 2.25). Bảng 2.25. Tần số dao động ngoài mặt phẳng của C-H

Loại thế, vị trí Thế một lần

Tần số Vc-H

Cường độ

77Q-730

Mạnh

710-690

Mạnh

Thế hai lần: 1,2

770 - 736

Mạnh

Thế hai lần: 1, 3

900 - 860

Mạnh

810-720

Trung bình

725 - 680

Mạnh

Thế hai lần: 1,4

860 - 800

Mạnh

Thế bốn lần:1,2, 3,4

860 - 800

Mạnh

Thế ba lần: 1,2,3

800 - 770

Mạnh

720 - 685

Trung bình

860 - 800

Mạnh

900 - 860

Trung bình

900 - 860

Trung bình

865-810

Mạnh

730 - 675

Mạnh

Thế bốn lần: 1, 2, 4, 5

860 - 800

Trung bình

Thế bốn lần: 2, 3, 4, 5

900 - 860

Trung bình

Thế ba lần: 1, 2, 4

Thế ba lần: 1,2, 5

Hình 2.33. Dao động IR ngoài mặt phẳng của C-H trong benzene. 4d) Dao động hóa trị của liên kết c=c.

Loại dao động này ở benzen thường có tần số IR nằm trong vùng 1600 - 1450 cm”1. Cụ thể là:

♦ Phân tử benzen có ba mức năng lượng ửng với ba dao động hóa trị của liên kết c=c (cacboncacbon). Trong đó có 2 mức E2gCÓ tần số ở vùng 1585 cm’1 và Eịg ở 1485 cm nó cho 2 đỉnh hấp thụ,

còn mức thứ ba không có (bị cấm, không xác định được). 174

♦ Phân tư benzen thê mono, thuộc nhóm đôi xứng C2v, cỏ mức năng lượng E2g được tách biệt thành hai dao động A] và B] và nó có hấp thụ IR ớ vùng sóng 1580- 1600 cm’1. Mức năng lượng E|Ubị kích thích bởi tia hồng ngoại và cũng tách thành hai đỉnh ở 1499 cm ’(dao động A|) và ở vùng 1451

cm 1 (dao động B|). Nói chung, năng lượng dao động hâp thụ IR của bcnzen thế thường ở 4 đỉnh, có tần số: 1450,

Bảng 2.25 là vài ví dụ về tằn số của benzen thế một lần và hai lần. Cường độ

1500, 1580 và 1600 cm

của các pic hấp thụ IR phụ thuộc vào cấu tạo và tính chất của nhóm thế. Tuỳ theo nhóm thế hút điện tích

hay nhóm thế đây điện tích mà các pic thuộc loại mạnh hay yếu (bảng 2.26). Bảng 2.26. Hệ số hấp thụ của các pic hấp thụ của C6H5R

Mức dao động Nhóm thế, R

Loại

y, £

cm~1

V, £

cm~1

Hydro

1585

1481

Hút điện tử

1604

1585

1489

1451

Cho điện tử mạnh

1603

200

1586

1498

155

1451

Cho điện tử yếu

1605

1495

1454

5) Dao động tổ hợp 5a) Với phân tử benzen

Các dao động tô hợp của benzen có hấp thụ 1R trong vùng 2000 - 1660 cm ’, nhưng có cường độ yêu. Sô pic hâp thụ và hình dáng pic hâp thụ có thê đặc trưng cho vị trí các nhóm thế gắn vào nhân

benzen. Vì thê có thê dựa vào đặc diêm này đê xác định các đồng phân thế. Vì cường độ của các pic nhóm này yếu, nen phải ghi phô ờ nồng độ lớn đến 10 lần nồng độ bình thường mới thấy rõ được các pic IR cua nó. Hình 2.34 là các dạng của các pic hấp thụ IR đó. 5b) Vởi phãn tử hydrocacbon thơm đa vòng

Thuộc nhóm này có các hợp chất thơm: Naphthalen, Anthracen, Phenanthracen,... Nhóm này có dao động hấp thụ đặc trung trong vùng:

- Dao động hóa trị của nhóm C-H: ở vùng 3100 - 3000 cm - Dao động biến dạng của nhóm C-H: ở vùng 900 - 650 cm - Dao động tồ hợp ở vùng: 1600 - 1500 cm 1.

Bảng 2.27 là ví dụ vê sự hâp thụ đặc trưng của Naphthalen Trong các hydrocacbon thơm đa vòng, đê phân biệt các vòng ngưng tụ có thê dựa vào dao động biến dạng của nhóm liên kết C-H. Naphthalen ở 780 cm ’, Anthracen có 2 pic ở 880 và 725 cm

phenanthren cũng có 2 pic hấp thụ ở 810 và 735 cm ’, benzentracen có một pic ở 890 cm ', dibenzentracen ở 890 cm 1 (bảng 2.27).

175

Hỉnh 2.34. Các dạng của các pic hấp thụ IR của dao động tổ hợp (của benzen thế ở ví trí khác nhau). Bảng 2.27. Tần số hấp thụ đặc trưng của naphthalen Vị trí NT

Một H

Hai H

Ba H

Bốn H

của H

(biệt lập)

1,2, 3,4

800 - 761 (m) 770 - 726 (m) 820 - 776 (m)

1,2,3

774 - 730 (m) 1,2,4

894 - 835 (tb)

847 - 805 (m)

1,2

835 - 799 (m)

2,3

834-812 (m)

1,3

875 - 840 (m) 905 - 867 (tb)

1,4

889 - 870 (m)

1 hay 2

896 - 858 (tb)

Chú giải: (m) - mạnh; (tb) - trung bình; (y) - yếu; (td) - thay đối.

176

6) Các Ancol, Phenol Với các chất trong họ ancol và phenol, tần số hấp thụ IR đặc trưng của dao động hóa trị của nhóm

liên kết -OH ở trong vùng 3700 - 3200 cm 1 và dao động biến dạng ở vùng 1200 - 1000 cm'1. Ví dụ: 6a) Dao động hóa trị của O-H

Tần số của các dao động này được chỉ ra trong bảng 2.28. Binh thường các ancol có liên kết cầu hydro giữa các phân tử với nhau theo kiếu cầu hydro

nội phân như sau: kết cáu hydro

Ọ-H ... Ọ-H ... Ọ-H ... O-H

Sự liên kết này làm ảnh hường đến dao động IR hóa trị của liên kết O-H. Vị tri của các pic hâp thụ do đó mà bị xê dịch tuỳ thuộc vào độ dài của mạch liên kết cầu hydro dài hay ngắn và nồng độ của ancol.

Dao động hóa trị của liên kết O-H trong các xiclohexanol được chỉ ra trong bảng 2.29. Bảng 2.28. Tần số dao động hóa trị của O-H trong ancol

Chất Nhóm OH tự do

Vo-H, cm 1

3670 - 3580

Cầu hydro ngoại phân tử: + Loại dime

3550 - 3450

+ Loại nhiều phân tử

3400 - 3200

Cầu hydro nội phân tử

3590 - 3420

Vòng càng cua (chelat)

3200 - 2500

CH2=CH-CH2OH

3631(a) 3618 (b)

ch2=ch-ch2-ch2-oh

3634 (a) 3594 (b)

c6h5-ch2-oh

3632 (a)

3615 (b) c6h5-ch2-ch2-oh

3634 (a) 3606 (b)

c6h5-oh

3617-3593

3250 - 3200

Chú giải: (a) - Không liên họp; (b) - Có liên họp.

177

Bảng 2.29. Dao động hóa trị O-H trong xiclohexanol và tritecpenoit (trong hai dung môi ccu và CS2) Vị trí

Họp chất

-OH

VOH (CCI4)

VOH (CS2) Không LH

Có LH

C/s-metyl-2-xiclohexanol

3632

3650

3520

Trans-metyl-2-xiclohexanol

3622

3613

3400

Metanol

3628

Isometanol

3627

Neometanol

3632

3622

3510

Tritecpenoit bậc 1

3640

Tritecpenoit bậc 2

3635

Tritecpenoit bậc 3 (C3)

3628

Chú giải: LH là liên hợp. 6b) Dao động hóa trị của liên kết C-O-

Dao động hóa trị của nhóm C-O- có hấp thụ ở vùng 1200 - 1000cm 1 và tuỳ thuộc vào bậc của ancol. Điều này được chỉ ra trong một số chất ví dụ ở bảng 2.30. Bảng 2.30. Tần số dao động hóa trị của C-OHọp chất

Tần số, Vc-o-f cm 1

Ancol bậc 1

1075-1000

Ancol bậc 2 thẳng

1125-1090

Ancol bậc 2 thơm

1075- 1000

Ancol bậc 2 vòng equatorial

1065-1037

Ancol bậc 2 vòng axial

1036-970

Ancol bậc 3

1210-1100

Phenol

1260-1180

6c) Dao động biến dạng của nhóm O-H

Các dao động biến dạng của liên kết O-H trong ancol và phenol nằm trong vùng tần số 1400 - 1170 cm”1 tuỳ thuộc vào bậc của ancol. Ví dụ: - Ancol bậc 1: trong vùng 1420 và 1330 cm”1. - Ancol bậc 2: trong vùng 1420, 1330 và 1225 cm”1. - Ancol bậc 3: trong vùng 1410 - 1320 cm”1.

- Phenol: trong vùng 1390 - 1330 cm”1 và 1260 - 1180 cm”1. - 2-Ankyl-phenol: 1321 - 1319 cm”1; 1256- 1242 cm’va 1171 - 1160 cm’1.

- 3-Ankyl-Phenol: 1285 - 1269 cm”1; 1188-1180 cm’1. - 4-Ankyl-Phenol: 1260- 1248 cm”1; 1174- 1166 cm”1.

178

6d) Dao động biến dạng của nhóm C-O-C

Liên kết C-O-C là của các este, với các estc nhóm C-O-C có các dao động IR trong vùng 1225 - 1010 cm '.Ví dụ các: - Este mạch thẳng: trong vùng 1140 - 1085 cm '. - Este thơm: trong vùng 1310 - 1210 cm 1 và 1050 - 1010 cm 1. - Vinyl-Este: trong vùng 1225 - 1200 cm '.

- Vòng oxyran: trong vùng 880 - 805 cm 1 và 1270 - 1028 cm1.

7) Các họp chất nhóm cacbonyl (loại andehit và xeton)

Thuộc nhóm các họp chât hữu cơ có nhóm chức cacbonyl là: andehit, xeton, quinon, axit cacboxilic, anhydrit và cả este. Trong nhóm các họp chất loại này có tần số hấp thụ IR đặc trưng của liên kết c=o được chỉ ra như trong các bảng 2.31, bảng 2.32 và bảng 2.33. Tất nhiên ờ đây cũng có ảnh

hưởng sự liên hợp, ảnh hưởng của nhóm thê và dung môi có độ phân cực khác nhau. Bảng 2.31. Tần số hấp thụ đặc trưng của c=o trong cacbonyl

Tên chất

Vc=o, cm 1

Diankylxeton

1725- 1705

Xeton liên hợp 1 nối đôi

1700- 1670

Xeton liên hợp 2 nối đôi

1680- 1640

Xeton vòng 5 không liên hợp

1750- 1740

1,3 Dixeton (dạng enol)

1740- 1720

Lacton vòng 6

1795-1740

Lacton vòng 5

1780- 1740

Axit cacboxylic dime

1800- 1740

Axit cacboxylic monome

1650- 1550

Anhydrit, không vòng, không liên hợp

1755- 1745

Anhydrit, không vòng, liên hợp

1780- 1770

1725- 1715 Anhydrit, vòng, không liên hợp

1870- 1845 1800- 1775

Axit chứa clo, thẳng

1810-1795

Axit chứa clo, thơm

1785- 1765 1750- 1735

Thioeste liên hợp

1700- 1640

Thioeste không liên hợp

1710-1670

Anhydrit vòng liên hợp

1860- 1775

1780-1760

Amit và Ure

1695- 1670

179

Bảng 2.32. Tần số hấp thụ đặc trưng của c=o và c=c Tên chất

Vc=o

(cm~1)

Vc=c

(cm~1)

CH3-CO-CH2-CH=CH2

1723

1639

CH3-CO-CH2-C(CH3)=CH2

1718

1621

CH3-CO-CH2-CH=C(CH3)2

1718

1683

ch3-co-ch=ch2

1706

1630

CH3-CO-C(CH3)=CH2

1686

1630

CH3-CH2-CO-CH=CH2

1707

1619

ch3-co-ch=ch-ch3

1701

1634

CH3-CO-CH=CH-CH(CH3)2

1702

1626

CH3-CO-C(CH3)=C(CH3)-CH3

1699

1622

Bảng 2.33. Tần số hấp thụ đặc trưng của c=o của xeton thơm Họp hắt

Vc-Oỉ cm

Cường độ

CeHs-CO-CHa

1691

C6H5-CO-CH2-CH3

1692

p-ch3-c6h4 co-ch3

1691

p-no2-c6h4 co-ch3

1700

ữ-Naphtyl-CO-CH3

1685

A-Naphtyl-CO-CH3

1685

C6H5-CO-C6H5

1664

P-CH3-C6H4-CO-C6H5

1661

P-CI-C6H4-CO-C6H5

1667

P-NH2-C6H4-CO-C6H5

1651

Xiclobutanon

1788

Xiclopropanon

1746

101

Xiclohexanon

1715

116

Xicloheptanon

1703

121

Xiclo-octanon

1702

133

7a) Với các andehit

Trong các aldehit dao động IR hóa trị của liên kết c=o mạch thẳng có tần số ở vùng 1740 - 1720 cm 1 và các andehit thom ở trong vùng 1740 - 1685 cm”1. Các andehit chưa no kiểu C=CH-CHO có hấp thụ IR đặc trưng cùa nhóm c=o trong vùng 1700 - 1660 cm 1 và liên kết c=c ở vùng 1640 - 1560 cm”1. Các ví dụ được chỉ ra trong bảng 2.34.

180

Bảng 2.34. Tần số IR đặc trưng của c=o và c=c của andehit

Vc=o, cm~1

Hợp chất

C6H5-CHO

Vc=c, cm 1

1705 (lỏng) 1722 (hơi)

ch2=ch-cho

1700

1620

CH2=C(CH3)-CHO

1702

1638

ch3-ch=ch-cho

1700

1644

CH3-(CH=CH)2-CHO

1677

1642

CH3-(CH=CH)3-CHO

1674

1615

CH3-(CH=CH)4-CHO

1673

1592

CH3-(CH=CH)5-CHO

1664

1570

HC^C-CHO

1692

OHC-(CH=CH)3-CHO

1680

1614 & 1559

7b) Axit cacboxylic

Nhóm liên kết -COOH đặc trưng cho axitcacboxylic, nó gồm hai nhóm liên kết c=o và O-H. Vì có sự dịch chuyên của đám mây electron liên kết về phía oxy, nên tân số dao động IR đặc trưng Vd của nhóm c=o (vc=o) và nhóm O-H (vo_h) có sự xê dịch so với andehit, ancol và phenol, đồng thời cũng bị thay đôi (xê dịch) một ít do ảnh hưởng của hằng số phân ly axit Ka.

Ví dụ : - So sánh Von ở ba loại: axit, phenol và ancol, ta thấy:

+ Axit: R-CO-OH có Ka ~ 10 5 ở vùng 3520 cm 1.

+ Phenol: C6H5-OH có Ka ~ 10 10 ở vùng 3590 cm'1. + Ancol: -CH2-OH có Ka ® 10 15 ở vùng 3650 cm ’. Nói chung, khi Ka càng nhỏ, thì tân sô loại Voh càng bị dịch về phía sóng ngăn nhiêu.

- Hay dạng axit, andchit và xeton, thi dao động hóa trị của C=O: - Xcton (dimetyl xcton): (CH3)2-C=O có Vc=o ở vùng 1742 cm - Andehit: CH3-OO có Vc=o ở vùng 1745 cm

- Axit: CH3COOH có Vc=o ở vùng 1790 cm”1. Với các axit, khi có hiệu ứng liên hợp phân tử, thì sự thay đôi cúa tân số dao động loại Vc=o lại càng rõ rệt hơn và lủc này tần Vc=o ở trong vùng 1600 - 1550 cm ’. 7c) Với các axit cacboxylic bão hòa (họ no)

Tần số dao động IR của nó có các loại là:

+ vc=o trong vùng: 1800 - 1740 cm 1 (monome). 1720- 1680 cm 1 (dime). + Vo-H trong vùng: 3570 - 3500 cm 1 (monome). 3000 - 2500 cm 1 (dime), pic rất rộng.

181

+ ỏo-H trong mặt phẳng, ở vùng: 1380 - 1280 cm 1 (monomc);

Ở vùng: 1440 - 1395 cm’1 (dime). + ỗo_H ngoài mặt phắng, ở vùng: 960 - 875 cm’1. 7d) Axit cacboxylic thơm

Ví dụ dẫn xuất của axit benzoic và toluic có các loại dao động:

+ Vc=o trong vùng: 1760 - 1730 cm 1 (monome).

1715 - 1680 cm-1 (dime). + vo_H trong vùng: 3560 - 3520 cm’1 (monome). 3000-2500 cm 1 (dime). 7e) Axit cacboxylic chưa no (không bão hòa)

Thuộc nhóm này có các loại như sau:

+ Loại C=CH-COOH, có tần số hấp thụ IR đặc trưng của: vc=o trong vùng: 1710- 1680 cm 1. Vc=c trong vùng: 1650 - 1600 cm ’. 4-

Loại C=C-COOH, có:

Vc=o trong vùng: 1690 - 1670 cm '. Vc=c

trong vùng: 2250 - 2200 cm’1.

7f) Với các axit amin

Vì trong phân tử của axit-amin có hai loại nhóm chức amin (-NH2) và nhóm axit (-COOH), nên có tính lưỡng cực, do đó hai trung tâm này có các dao động và sự hấp thụ IR là:

+ Dao động hóa trị của -NH ở 3100 - 2600 cm 1 và 2200 - 2000 cm 1. + Dao động biến dạng bất đối xứng của -NH ở 1605 - 1555 cm 1. + Dao động hóa trị của -C=o ở 1425 - 1393 cm’1. 4-

Dao động biến dạng đối xứng của -NH ở 1530 - 1490 cm 1.

+ Dao động biến dạng của C-H ờ 1340 - 1315 cm 1. 7g) Vởi các axỉt hữu cơ có thế halogen

Do tính ái lực điện tử mạnh của halogen, nên tằn số hấp thụ IR của liên kết c=o và O-H cũng bị thay đổi. Ví dụ, với sự the X khác nhau: 4-

X-CH2COOH, có vc=o ở 1850 - 1800 cm"1 (thể khí).

X2-CHCOOH, có vc=0 ở 1780 - 1720 cm"1 (dung dịch).

X3-C-COOH, có Vo_H ở vùng 3600 - 3500 cm’1.

+ RC1C=O, với R là mạch thẳng, có Vc=o ở vùng 1810 - 1795 cm’1. với R là vòng thơm, có Vc=o ở vùng 1785 - 1765 cm '.

Và liên kết c=c, có Vc=c ở vùng 1200, 890 - 850 cm’1. Trong đó X là F, Cl, Br, J. Còn R là gốc ankyl hữu cơ.

182

7h) Vởi các Este không no

+ Este của axit không no loại: -(CH=CH)-COOR có các tần số: Vc=o ở vùng 1730 - 1710 cm 1.

Vc=c ở vừng 1660 - 1610 cm 1. Vc- H à vùng 990 - 950 cm’1 (dạng trans). Vc-H ở vùng 830 - 810 cm ’(dạng cis).

+ Este của axit không no loại: -(C=C)-COOR có: Vc=o ở vùng 1730 - 1710 cm

Vc=c ở vùng 2240 - 2210 cm"1. Vc=c-COOR ở vùng 750 - 740 cm 8) Các hợp chất anhydrit

Các anhydrit của axit cacboxylic có hấp thụ IR đặc trưng của liên kết c=o thường ở trong vùng từ 1850- 1750 cm ’.Ví dụ:

+ Anhydrit mạch thẳng no: ở vùng 1825 - 1800 em’. + Anhydrit mạch thẳng chưa no: ở vùng tần số thấp hcm 20 - 40 cm + Các anhydrit của axit dicacboxylic có hấp thụ IR của nhóm c=o thường cao hon so với các axit mono tương ứng. Ví dụ:

- Anhydrit của glutamic có Vc=o ở 1812 và 1764 cm ’. - Anhydrit của maleic lại có Vc=o ở 1885 và 1770 cm ’. 9) Các họp chất họ lacton

Các hợp chất họ lắcton có VC=O trong vùng 1850- 1700 cm ’. Ví dụ:

+ ô-lắcton có Vc=o ớ vùng 1750 - 1715 cm ’. + y lắcton có Vc=o ở vùng 1790 - 1770 cm 1. + p-lắcton có Vc=o ở vùng 1850 - 1800 cm 1.

10) Các họp chất loại Nitro dạng R-NO2 Các họp chât nitro hừu cơ có dạng chung R-NO2, như vậy ngoài liên kêt c=c, c=o và C-H,

phân tứ của nó còn có thêm liên kết N=o. Nhóm này có thế có các dạng dao động IR: + Dao động hóa trị đối xứng ở vùng 1375 - 1275 cm 1. + Dao động hóa trị bất đối xứng ở vùng 1620 - 1535 cm ’.

Nhưng ớ đây có đặc điểm là cường độ đỉnh pic hấp thụ IR của nhóm N=o thường là yếu hơn ở nhóm c=o. Bảng 2.35 là vài ví dụ vê tân sô hâp thụ IR của các hợp chât loại này.

183

Bảng 2.35. Tần số hấp thụ đặc trưng của một số dẫn xuất nitro

VaNO2 (cm 1)

VsNO2(cm 1)

Vc-N (cm1)

CH3-NO2

1567

1379

917

R-CH2-NO2

1555

1375

876

R2-CH-NO2

1553

1361

851

R3-C-NO2

1536

1350

RCHX-NO2

1575

1348

848

RCX2-NO2

1587

1332

NO2-CH2-C(CH)3=CH-CH 3

1555

1376

Hợp chất

Vc=c

ch2=ch-no2

(cm~1)

VOH

(em'1)

1642

965 - 940

r-ch=ch-no2

1656- 1650

923 - 909

CH2=C(R)-NO2

1675- 1667

942 - 937

Sau đây là các trường hợp cụ thể: 10a) Với hợp chất nitro thơm, loại R-NO2

Trong loại hợp chất này, nhóm -NO2 dao động bất đối xứng có tần số hấp thụ IR trong vùng 1570 - 1490 cm'1. Khi có thêm các nhóm thế khác, tần số này cũng bị thay đổi, có thể tăng hay giảm tuỳ thuộc cấu tạo và tính chất của nhóm thế là hút điện tích hay đẩy điện tích (bảng 2.36). Bảng 2.36. Tần số của nhóm -NO2 của X-C6H4-NO2 VaNO2(cm 1)

VsNO2(cm 1)

N(CH3)2

1489

1316

-nh2

1504

1333

—OH

1515

1342

-OCH3

1517

1342

-CH3

1517

1344

-Cl

1526

1343

-Br

1532

1345

-COOCH3

1535

1348

-COOH

1541

1351

-CN

1524

1348

-NO2

1560

1344

-H

1530

1350

Nhóm thế X

ỈOb) Họp chất nitroso, dạng R-O-NO2

Loại hợp chất hữu cơ này có thể tồn tại dạng monome và dime, nên cũng có hai dạng đồng phân cis và dạng trans. Tần số hấp thụ IR của liên kết N=o và liên kết N * 0 thường có là: + Mononitroso thẳng: trong vùng 1621 - 1539 cm'1.

+ Mononitroso thơm: trong vùng 1513 - 1488 cm'1. 184

Dime trans thắng: trong vùng 1290 - 1176 cm ’.

+ Dime cis thẳng: trong vùng 1344 - 1323 cm '. + Dime trans thơm: trong vùng 1299 - 1253 cm”1. + Dime cis thơm: trong vùng 1409, và 1397 - 1389 cm ’.

Còn các dao động IR của liên kết C-N lại nằm trong vùng: 1100 và 860 - 750 cm '. 11) Các hựp chất amin và dẫn xuất của nó

Các hợp chất amin và dần xuất của nó thường có tần số hấp thụ IR đặc trưng của các nhóm liên kết N-H và C-N trong ba vùng khác nhau, đó là vùng I: 3500 - 3300 cm ', vùng II là 1650 - 1500 cm"1 và vùng III là 1360 - 1000 cm 1. ỉ ỉa) Với vùng I (3500 - 3300 cm1)

Trong vùng này có:

Các dao động IR trong vùng này là của liên kết N-H của amin bậc 1 và bậc 2, còn amin bậc 3 lại không có. 4-

Trong các amin, nhóm N-H cũng có thể tạo cầu hydro và lúc này các đỉnh hấp thụ IR của liên kết N-H cũng bị dịch về tần số thấp hơn. Ví dụ như với các chất sau: 4-

- Metylamin, có VaNH- 3398 cm 1 (trong CC14) và 3425 cm 1 (dạng hơi). VSNH • 3344 cm 1 (trong CCI4) và 3360 cm-1 (dạng hơi).

- n-Butylamin, có vaNH: 3387 cm 1 (trong CCI4) và 3412 cm 1 (dạng hơi).

vsNH: 3324 cm 1 (trong CCI4) và 3348 cm 1 (dạng hơi). - Anilin, có vaNH: 3481 cm 1 (trong CC14) và 3407 cm 1 (dạng hơi). vsNH- 3394 cm 1 (trong CCI4) và 3316 cm_1 (dạng hơi).

Nếu trong phân tử amin thơm còn có thêm các nhóm: -OH, -COOR, hay -NO2 thì có thê hình thành cầu nối hydro nội phân và làm giảm tần số Vnh cúa liên kêt NH. Ví dụ trong: - C6H5-COOCH3 có vc=o= 1730 cm1.

- C6H5-NH-CH3 cỏvN H= 3430 cm ’.

- (CH3)HN-C6H5-COO-CH3

có vn h =

3661 cm 1 và Vc=o = 1685 cm '.

ỉỉb) Với vùng Ịỉ (ĩ500 cm1 và 960 - 650 em'1)

Trong vùng này là tằn số cùa dao động IR biến dạng của nhóm liên kết N-H của amin bậc 1 và amin bậc 2. Khi có liên kết cầu hydro sè làm tăng tần số hấp thụ IR ỗN_H của nhóm N-H. Ví dụ với: 4-

Amin bậc 1 có: Sn HỞ 1650 - 1580 cm '.

Amin bậc 2 có: 8n-h

ở

1600 - 1500 cm '.

lie) Vùng III (ỉ300 - 1000 cm1)

Vùng này là ứng với tât cả các dao động IR của liên kết C-N của amin bậc 1, 2 và 3. Ví dụ với:

+ Amin bậc 1, có Vc H ở vùng : 1340 - 1250 cm 1. 4-

Amin bậc 2, có Vc-H ở vùng: 1350 - 1325 cm 1.

Amin bậc 3, có Vc-H ở vùng: 1360 - 1310 cm 1.

Amin thơm N-ankyl có vc H

ơ :

1360 - 1250 cm !và 1280 - 1180 cm '.

185

*4»*i

Phô hông ngoại của CH3-CH-COO

NH3+ Hình 2.35. Phổ IR của một amin và benzoat natri.

186

Nhóm liên kết N-CH3 và CH3-NHR trong các amin lại có tằn số hấp thụ IR đặc trưng thấp hơn CH3 trong hydrocacbon. Ví dụ với:

+ Ankyl có VCH3 trong vùng 1805 - 2780 cm + Aryl có VCH3 trong vừng 2820 - 2815 cm 1. + -CH3 có VCH3 trong vùng 2825 - 2810 cm 1 và 2775 - 2765 cm 1. + Aryl-N(CH3) có VCH3 trong vùng 2800 cm Hình 2.36 là pho IR của một amin và Benzoat-natri. ỉ ỉ d) Các oxim dạng C=N-()ỈỈ

Các hợp chât hữu cơ loại andoxim và xetoxim có đặc trưng hâp thụ IR của các liên kêt loại O-H, N-O, C-N và cúa nhóm C=N-OH nằm trong vùng phố như sau:

+ Liên kết O-H, có Vo-H- 3650 - 3500 cm 1 (không liên hợp). Vo-H- 3130-3150 cm”1 (liên hợp). + Liên kết C=N, có Vc=N trong vùng: 1680 - 1650 cm ’. Và VC=N * 1660 - 1618 cm

+ Liên kết N-O, có vN_o trong vùng: 960 - 930 cm’1.

12) Các hợp chất hữu CO’ có Lưu huỳnh và Silic Các họp chất hữu cơ loại này có các liên kết đặc trưng IR của liên kết S-H và C-S là: Ỉ2a) Loại liên kết S-H

Trong các hợp chất loại này, liên kết S-H có hấp thụ IR trong vùng 2600 - 2550 cm ’. Nhưng khác với nhóm liên kết O-H, nhóm S-H trong phân tử loại chất này không tạo cầu hydro, nên ít bị ảnh hương bởi các dung môi trong phân tử có oxy. Tiêu biếu là các họp chất thioaxit và dithioaxit thường có có hấp thụ IR ớ vùng 2550 - 2481 cm 1. 12b) Loại liên kết C-S

Nhóm liên kết C-S này có hấp thụ IR ở vùng 700 - 600 cm gốc thê. Ví dụ nhóm liên kết:

Tất nhiên nó cũng phụ thuộc vào

+ CH3-S- có Vc-S ở vùng: 705 - 685 cm ’. + R-CH2-S- có Vc-S ở vùng 660 - 630 cm 1.

+ R2-CH-S- có Vc-S ở vùng 630 - 600 cm ’. 4-

R3-C-S- lại có Vc-S ở vùng 600 - 570 cm

+ Liên kết S-CH2 cho hấp thụ IR ờ 2700 - 2630 cm 1 và 1400 cm

+ Liên kết S-CH3 lại ở vùng 1325 cm”1. 12c) Với thioxeton và thioamit

Trong loại hợp chất hữu cơ thio, nhóm liên kết c=s không có tan số hấp thụ IR đặc trưng như ở nhóm c=o, do khôi lượng cua s lớn, nên Vc=s thấp hơn vc=o và không đặc trưng. Dao động Vc=s của hấp thụ IR ở vùng 1250 - 1050 cm ’, nhưng rất yếu. Ví dụ các loại có các nhóm liên kết: + Nhóm -O-CS-O- có Vc=s ở trong vùng 1127 cm + Nhóm CH2-CS-NH có Vc=s ớ trong vùng 1097 cm”1.

187

+ Nhóm NH-CS-S- có vc=s ở trong vùng 1183 cm'1. + Nhóm CH3-CS-NH2 có Vc=s ở trong vùng 1310 cm 1. + Nhóm -S-CS-S có Vc=s ở trong vùng 1076 cm ỉ 2d) Các hợp chất sunfoxit

Các họp chất hữu cơ họ sunfoxit có liên kết s=o, tần số hấp thụ IR của liên kết s=o ờ vùng 1060 - 1040 cm’1. Nhưng ở mỗi trạng thái nó lại có khác nhau một ít (bảng 2.37), do ảnh hường của trạng thái tồn tại chất khi ghi phổ IR. Bảng 2.37. Tần số hấp thụ của Vs=o (cm 1) trong sunfoxit Trong CCI4

Rắn

Dimetylsunfoxit

1055

Diisobutylsunfoxit

1040

1019

Xiclohexylmetylsunfoxit

1055

1040

Phenylmetylsunfoxit

1055

1035

1042

Diphenylsunfoxit

1055

1035

1044

Diallylsunfoxit

1047

Chất

Lỏng

12e) Hợp chất có lưu huỳnh dạng so2 (sunfo)

Trong loại họp chất này, tùy theo sự tương tác của s và o, các dao động đối xứng và bất đối xứng mà tần số hấp thụ IR của chúng ở trong vùng 1160 - 1120 cm1 và 1350 - 1300 cm1. Các đỉnh hấp thụ có cường độ tương đối mạnh và ở trạng thái rắn thường có tần số hấp thụ thấp hơn trạng thái dung dịch (bảng 2.38). Bàng 2.38a. Tần số hấp thụ của các sunfo (ở trạng thái và dung môi khác nhau)

-Sunfo

VSO2 đối xứng, cm~1

VSO2 bất đối xứng, cm 1

CCI4

Lỏng

Rắn

CCI4

Lỏng

Rắn

Xiclohexylmetyl

1144

1138

1321

1309

Dixiclohexyl

1130

1124

1312

1299

Diphenylmetyl

1160

1155

1150

1334

1318

293

Diphetyl

1164

1151

1336

1313

Metylalkyl

1130

1307

1313

Metylvinyl

1139

1312

Phenylvinyl

1153

1325

Bảng 2.38b. Vùng hấp thụ IR của các sunfo Họp chất

Vs’,

cm'1

Va’,

cm1

C-SƠ2-C

1165-1120

1340-1290

Suníoamit

C-SƠ2-NH-

1180-1140

1380-1310

Axitanhydrosunffonic

C-SƠ2-OH

1165-1150

1352-1342

Suníonat

C-SƠ2-O-C

1195-1165

1375-1335

C-SO2-CI

1185-1168

1390-1361

C-O-SO2-O-C

1200- 1187

1415-1390

C-SO2-F-C

1213-1203

1412-1398

Sunío

Sunfonyl-clorua Diankylsunfat

Sunfonyl-florua

188

Nhóm

I2f) Họp chất cỏ hữu cơ cơ có silic dạng -Si-X

Các họp chất hữu cơ Silic có liên kết dạng Si-X, tần số IR chủ yếu của liên kết này là ứng với các dao động hóa trị biên dạng và nó rât khác nhau, tùy thuộc nhóm thê găn vào nguyên tử Si. Bảng 2.39 là một số ví dụ về tần sô hâp thụ IR của hai loại liên kết Si-H, Si-C và Si-X (X: là C1 và F) trong loại hợp chất hừu cơ cơ silic. Bảng 2.39. Tần số IR của một số hợp chất hữu cơ silic

Nhóm Si-H

Vsi-H, cm 1

Vsi-C, em'1

2250-2100 em’1

950 - 800

S1-CH3

1280- 1255 và 860-760

SÌ-C2H5

1250- 1220 và 1020- 1000

Si-CH=CH

1615-1590

1020- 1000 và 980-950

S1-O-CH3

2860

1190

970-920 và 1100- 1070

SÌ-0-CH2-R Si-OH

955 - 835

3700 - 3200

Si-F

1000-800

Si-CI

625 - 420

13) Các họp chất hữu cơ phospho

Các họp chât hừu cơ phospho có các phosphin, axit phosphoric và các dẫn xuất của nó. Các họp chất loại này có các loại liên kết của phospho như: P-H, P-O-, p=o, p=s, P-N- và P-C. Các liên kết loại này có hấp thụ IR trong các vùng khác nhau (ví dụ trong bảng 2.40). Bảng 2.40. Tần số đặc trưng IR của liên kết phospho (trong các hợp chất hữu cơ cơ phospho) Tần số, em 1

Liên kết

P-H

2440 - 2275

Phosphin thẳng: 2310 - 2275 (dao động hóa trị) ph2

1090 - 1080 (dao động biến dạng)

p=o

1300 - 1140, trong đó: Dao động hóa trị: 1300 - 1140, ví dụ:

- Phosphin oxit thẳng: 1150

- Phosphin oxit thơm: 1190 - Các este phosphorơ: 1300 - 1250

P-OH

2700-2550, 2300-2100, và 1040-910, ví dụ: Dao động hóa trị P-OH: 2700 - 2550

p-o-p

1000-870

P-O-C-C- (thẳng)

1050 - 970 (va) và 770 - 680 (vs)

P-0-CH3

2960, 1485, 1450, 1350, 1397, 1375, 1165

189

Bảng 2.40. Tần số đặc trưng IR của liên kết phospho (trong các hợp chất hữu CO’ CO’ phospho) (tiếp) Tần số, cm 1

L/ên kết P-O-C2H5

1240- 1160 và 960-860

p=s

750 - 580

P-CI

58 - 440

P-SH

2480 - 2440, và 865 - 835, ví dụ: - Axit dithiosphosphonic có vs-H ở 2420 - 2300 - Axit dithisphosphoric có Vs-H ở 2590 - 2550

P-Phenyl

2480 - 2440 (mạnh) Còn: 3050, 1600 và 1500 (đều yếu)

Liên kết P-NH

VNH ở vùng 3200 - 2900

Liên kết P-NH2

VNH2 ở 3330 — 3100

ÔNH2 ở 1600 - 1535 và 840 - 660

Liên kết P=N

1320- 1100

Liên kết P-F

835 - 730 hay 890 - 805

Liên kết P-CI

587 - 435

Liên kết P-C

770 - 650

P-N(CH3)2

1316-1270

P-N(iso C3H7)2

1200, 1183, 1160, 1139, 1129

14. Các hợp chất hữu cơ halogen Họ các hợp chất hữu cơ loại halogen trong phân tử chất còn có thêm các liên kết cacbon-halogen như: C-F, C-C1, C-Br và C-J. Ví dụ: 14a) Liên kết C-Cl

Liên kết C-Cl có hấp thụ IR ở vùng 850 - 560 cm”1. Nhưng nó cũng có bị xê dịch (thay đổi) theo vị trí của C1 gắn vào mạch cacbon. Ví dụ:

+ Dạng trans'. -C-C-C-C-Cl có hấp thụ IR ở 726 cm-1. + Dạng gost lại có hấp thụ IR ở vùng 649 cm 1. Nói chung dạng trans luôn có tần số hấp thụ IR cao hơn dạng gost.

+ Nhóm -CCI3 cho hấp thụ ở 830 - 700 cm-1. + Còn nhóm CH2-C1 lại ở vùng 1230 cm-1. 14b) Liên kết C-Br

Loại liên kết này cho sự hấp thụ IR ở vùng 680 - 515 em '. Ví dụ:

+ Nhóm -C-CH2-CH2-Br có hấp thụ IR ở vùng 644 cm-1 (trans) và ở vùng 563 cm’1 (cis). + Còn -CH2-Br lại ở vùng 1230 cm"1. 14c) Liên kết C-I

Liên kết C-I trong hợp chất loại này có:

+ Ở mạch thẳng tần số hấp thụ IR ờ vùng 610 - 580 cm 1. Ví dụ: + Nhóm liên kết -CH2-CH2-I ờ vùng 594 và 505 cm”1. + Nhóm liên kết -CH2-I có dao động 1R biến dạng ở vùng 1170 cm”1.

190

14d) Liên kết C-F

Trong hợp chất hữu cơ cơ íluore, loại liên kết C-F này có hấp thụ IR ở vùng 1400 - 750 cm ’. Ví dụ:

+ Monofluoro-ankyl ở vùng 1100 - 1000 cm 1. + Còn nhóm -CF2 và -CF3 lại ở vùng 1350 - 1120 cm '. 14e) Các dan xuất halogen thơm benzen

Trong hợp chất hữu cơ vòng benzen có halogen, thì tuỳ thuộc cấu tạo của chất gốc và nhóm thế halogen gắn vào vị trí nào, mà có thê có các tân số hấp thụ IR khác nhau, ví dụ:

+ Loại liên kết -C-F, ở vùng 1270 - 1100 cm ‘.

+ Loại liên kết C-Cl (para), ở vùng 1096 - 1089 cm ’. (meta), ở vùng 1078 - 1074 cm 1.

(orto), ờ vùng 1057 - 1034 cm ’. + Loại C-Br (para), ở vùng 1073 - 1068 cm’1.

(meta), ở vùng 1073 - 1065 cm1. (orto), ở vùng 1042 - 1028 cm ’. + Loại liên kết C-I (para), ở vùng 1061 - 1057 cm '.

15) Các hựp chất cơ kim Trong các hợp chất cơ kim, liên kết cacbon - kim loại (C-Me), liên kết loại này có hấp thụ IR trong vùng 800 - 400 cm ’. Tất nhiên cũng tuỳ thuộc vào mỗi kim loại (Me) và gốc hữu cơ (-R) mà có dao động hấp thụ IR khác nhau, bảng 2.41 là vài ví dụ, với:

+ Dao động biến dạng của liên kết C-Me ở vùng 1180 - 1140 cm '. -r Dao động hình quạt của C-Me ở vùng 900 - 700 cm 1.

+ Dạng CH2-C=CH-Me ở vùng 1620 - 1565 cm '(CFL, biến dạng). 1265- 1245 cm 1 (CH, đu đưa). 960 - 940 cm 1 (CH, quạt)

+ Liên kết arkyl-Me ở vùng 1120 - 1050 cm 1. Ví dụ với: Ge-(CôH5)4 ở trong vùng 1080 cm '.

Sn-(C6H5)4 ở trong vùng 1053 cm '. Pb-(C6H5)4 ở trong vùng 1052 cm '. Bảng 2.41. Tần số đặc trưng IR của liên kết C-Me

Hợp chất

Vc-Me, cm 1

AI2(CH3)6

776, 696, 604 và 563

AI2(C2H5)6 Cd(CH3)2

662, 545 và 477

Hg(CH3)2

550

Pb(CH3)4

478

(CH3)2PbOOCCH3

499

Sn(C6H5)4

1062

Zn(CH3)2

615

LiCgHs

421, 378

LiCHs

514, 417

Fe(C6H5)2

478

602

191

2.5. PHỐ HỒNG NGOẠI CỦA CÁC HỢP CHÁT VÔ cơ Các hợp chất vô cơ cũng có nhiều dạng của phân tử có cấu trúc khác nhau và người ta phân chia chúng thành các nhóm như sau: 1) Loại phân tử hai nguyên tử (X2 và XY, ví dụ: H2, N2, co, HC1,...); 2) Loại phân tử ba nguyên tử (X3, XY2 hay XYZ, ví dụ: O3, H2O, co2, HCN,...); 3) Loại phân tử bốn nguyên tử (XYZ2, XY3, ví dụ: HNO2, AsH3, AIF3,...);

4) Loại phân tử năm nguyên tử (XY4, X2Y3, ví dụ: S1F4, SnCl4, A12(SO4)3,...); 5) Loại phân tử sáu nguyên tử (X2YZ 3, XYZ4, ví dụ H2SO3, H2CO3, CrPO4,...);

6) Và loại phân tử bảy nguyên tử (XY6, ví dụ: CrF6, FeF6, WF6,...). Với X, Y, z, w,... là ký hiệu đại diện cho mỗi nguyên tố hóa học.

Trong các dạng phân tử này, tồn tại chủ yếu là bốn dạng đầu. Sau đây chúng ta sẽ điểm qua vài đặc trưng hấp thụ IR của các dạng phân tử các chất của các loại đó. 1) Loại họp chất phân tử hai nguyên tử

Loại phân tử hai nguyên tử có thể có hai dạng:

+ Dạng x2 (X-X: 2 nguyên tử cùng loại), ví dụ Cl2, N2, H2,... + Dạng XY (X-Y: X và Y khác loại), ví dụ HC1, HBr, KC1,.. Ví dụ, tần số hấp thụ IR của một số hợp chất loại này được chỉ ra trong bảng 2.42 sau đây. Bảng 2.42. Ví dụ các dao động IR của hợp chất loại x2 và XY

(Loại phân tử có hai nguyên tử) LoạỉX-X

cm 1

Loại X-Y

cm"1

4161

HCI35

2883

2993

HCI37

2884

2331

HF19

3961

1555

2143

CI2

557

c13-o

2096

Br2

316,8

1876

892

KCI

2080

213

604

Như vậy các hợp chất loại này, chúng có hai loại dao động:

+ Dao động trục loại X-X (Dooh)), chỉ có hấp thụ hồng ngoại,

+ Còn dao động X-Y (Cooh) có hấp thụ cả hồng ngoại và Raman.

Bảng 2.42 là ví dụ các dao động IR của họp chất loại này. 2) Loại họp chất phân tử có ba nguyên tử

Loại phân tử ba nguyên tử có thể có các dạng, ví dụ như:

a) Loại X3 (ví dụ O3), của một nguyên tố; b) Loại XYX, hay YX2 (ví dụ H2O, co2, NO2, so2), hai nguyên tố;

c) Dạng XYZ (ví dụ HCN, KCN, HOC1), ba nguyên tố. 192

Các loại phân từ của dạng hợp chât này có dao động hâp thụ IR được chí ra trong bảng 2.43. Bảng 2.43. Tần số dao động IR của hợp chất loại ba nguyên tử Vi,cm 1

V2, cm 1

V3, cm 1

HCN (khí)

3311

712

2097

DCN (khí)

2630

569

1925

BrCN (khí)

574

3425

2200

SCO (khí)

859

524

2064

H2O (khí)

3657

1595

3756

H2O (lỏng)

3219

1627

3445

H2O (rắn, và - 78 °C)

3400

1620

3220

H2S (khí)

2615

1183

(2627)

so2 (khí)

1151

518

1362

NO2

749

1610

HOCI

3826

1242

739

SiF2 (khí)

855

345

872

HOCI

3826

1242

739

CIO2

943

445

1111

Hợp chất

3) Loại họp chất phân tú’ có bốn nguyên tủ’ Nhóm các hợp chât phân tử loại có các dạng như sau: a) Loại XY3 (ví dự: AsH3, NH3, A1F3), (loại 2 nguyên tố);

b) Loại XYZ2 (ví dụ hợp chất: OSCỈ2, HNO2, OSCL, CNH2), (loại 3 nguyên tố); c) Loại dạng XYZW (ví dụ các họp chất: HSCN, HNCO, KCNS), (loại 4 nguyên tố). Trong nhóm hợp chất 4 nguyên tử loại này có:

+ Loại phân tử dạng XY3 có 4 dao động hấp thụ IR, thuộc nhóm c3v;

+ Loại phân tử dạng XYZ2 và dạng XYZW có 6 dao động hấp thụ IR, thuộc nhóm Côv-;

Vài ví dụ tân sô dao động IR đặc trưng của các họp chất loại này được chi ra trong bang 2.44. 4) Loại họp chất phân tử có năm nguyên tử

Loại phân tử hợp chât dạng này thường có cấu hình tứ diện hay hình vuồng và có các dạng: a) Loại XY4 (ví dụ: S1H4, SnBr4, SnCl4) gồm 2 nguyên tố;

b) Loại XYZ3 (ví dụ: HC1O3, HNO3,...) gồm 3 nguyên tố. Các ví dụ tân sô dao động IR đặc trưng cùa các họp chât loại này được chi ra trong báng 2.45.

193

Bảng 2.44. Tần số IR của phân tử bốn nguyên tử

VJ; em’’

V2, cm 1

V3, cm~1

V4, cm 1

V5, em’’

V6, cm~1

NH3 (khí)

3336

932

3414

1628

PH3 (khí)

2327

990

2421

1121

PCI3 (khí)

507

260

494

189

AsCI3

412

194

387

185

SbCI3

377

164

356

128

hnf2

3193

972

500

1307

888

1424

OSCI2

1229

490

194

344

443

284

OSeCI2

995

388

161

279

374

255

HNCO (khí)

3531

2274

1327

797

572

HNCS (khí)

3133

2246

1326

DNCO (khí)

2635

2235

1310

460

767

603

Chất

Bảng 2.45. Tần số IR của phân tử có năm nguyên tử

V1, cm~1

V2, cm~1

V3, cm~1

V4, cm~1

S1H4

2180

970

2183

819

SnH4

758

1901

819

S1F4

800

268

1010

221

S1CI4

424

150

608

221

SiBr

249

487

137

Sil

168

405

2917

1534

3019

1306

938

420

1017

567

Hợp chất

ch4

PO4’3

5) Loại họp chất phân tử có bảy nguyên tử Chất vô cơ phân tử loại này không có nhiều, chỉ có với một số nguyên tố có cấu hình electron phức tạp, thường là nguyên tố của nhóm chuyển tiếp. Phân từ các họp chất loại này thuộc nhóm Oh (octahedran), nó thường có dạng XY6, ví dụ như các họp chất: A1F6, CrF6, FeF6, MoF6, WF6,... Loại này có 6 kiểu dao động. Bảng 2.46 là vài ví dụ về tan so pho IR của loại họp chất này. Bảng 2.46. Ví dụ tần số IR của loại hợp chất bảy nguyên tử, XY6

194

Hợp chất

V1, cm 1

V2f cm 1

V3, cm 1

^-1 V4, cm

Vs, cm1

V6t cm 1

sf6

770

640

939

614

522

349

FeFe

708

661

780

437

403

262

TeFe

701

674

752

325

313

195

CrF6

720

650

790

266

309

110

M0F6

741

643

741

262

312

122

WFe

771

693

711

258

315

134

RuF6

675

624

735

275

283

2.6. PHỐ HỒNG NGOẠI CỦA MỘT SỐ HỢP CHẮT PHỨC KIM LOẠI Các hợp chât phức của các chât vô cơ rât phong phú, nhất là các hợp chât phức cùa ion kim loại hóa trị hai và ba với các thuốc thử phức hừu cơ. Sau đây chúng ta chi điêm qua vài nhỏm họp chât phức tiêu bicu. 1) Nhóm phức phối tủ’ amin và amit

Đây là các hợp chất phức của ion kim loại (Me114) với các chất (ligan) tạo phức có nhóm NH3, -NH2, -NH và ờ đây đều có liên kết N-H.

+ Với NH3 các dao động hóa trị của liên kết N-H nằm trong vùng tần số 3114 cm 1 (va) và

3336 cm 1 (vs). + Còn dao động biến dạng nằm trong vùng 1628 và 950 cm '.

+ Khi tạo phức với ion kim loại nó có sự chuyến dịch cúa dạo động hóa trị cùa liên kết N-H về tằn số thấp hơn và ờ vùng 3397 - 3070 cm '.

+ Dao động hóa trị liên kết N-Me (Me-kim loại) trong vùng 550 - 300 cm ', dao động biến dạng ở trong vùng 330 - 190 cm 1 (bảng 2.47). Bảng 2.47. Tần số hấp thụ IR của phức loại amin-kim loại (cm 1)

Hợp chất

(NH3)

Ổ3

ổ

(NH3)

N-Me

nh3

3414

1628

950

Co(NH3)6CI3

3070

1603

1325

818

499

332

Ni(NH3)6CI2

1607

1175

680

334

215

Zn(NH3)6CI2

1596

1145

645

300

Chủ giai:

(NH3); Là ligan tạo phức. Me: Là ion kim loại hóa trị II, ví dụ Cd(II), Cu(ll), Ni(II) và Zn(II). 2) Phức nitro và nitrosyl

Trong loại hợp chất này, nhóm -NO2 có các dao động hóa trị cua N-0 hấp thụ IR ở vùng 1250 cm 1 (va) và 1335 cm 1 (v3). Còn dao động biến dạng của nhóm ONO lại ở vùng 830 cm1. Khi tạo phức với ion kim loại Men+, tần số dao động IR hỏa trị cua nhóm N-O cũng tăng một chút (bang 2.48), còn tần số 1R của liên kết N-Me nằm trong vùng 420 - 280 cm '.

ổ

(NO2)

(N-Me)

(NO2)

Hợp chất

Bảng 2.48. Tần số IR của phức nitroso-kim loại

(ONO)

NO21

1250

1335

830

K3[Co(NO2)6]

1368

1332

827

637

418

K2Ba[Co(NO2)6J

1650- 1400

1330- 1292

384

K2Ba[Fe(NO2)6]

1630

1332

820

644

408

K2Ba[Ni(NO2)6J

1640

1348

836

435

K2Ba[Cu(NO2)6J

1630- 1420

1332- 1260

816-800

556

447

195

3) Phức Me-xyano, -xyanat và -thioxyanat

Một số ion kim loại Me11* có phức xyano và thioxyano, ví dụ Fe(III), Fe(II), Cu(II), Co(ĨI),

Ni(ll), Zn(ll),... Các phức xyano có hấp thụ IR ở vùng 2200 - 2000 cm 1 và cường độ hấp thụ IR cùa phức này phụ thuộc mạnh vào ion kim loại trung tâm. Nhóm liên kết C=N và N-Me, hãng sô lực k|k của

liên kết C-Me sẽ xác định tần số hấp thụ của phức. Các phức kim loại-xyano dạng Me[(CNO)4]2 có hấp thụ IR của:

+ Dao động hóa trị đối xứng có VS(NCO) trong vùng 1400 - 1200 cm"1; + Dao động hóa trị bất đối xứng có va(NC0) ở vùng 2300 - 2100 cm

+ Còn dao động biến dạng lại có V(CNO) ở vùng 650 - 600 cm 1. Các phức kim loại thioxyanat (SCN) dạng Me-SCN có dao động:

+ Hóa trị cùa liên kết C=N ở tần số thấp hơn của C-S và trong vùng 780 - 860 cm , khi đó trong phức Me-SCN lại ở vùng 690 - 720 cm 1.

+ Dao động biến dạng của liên kết NCS trong phức Me-CNS ở vùng 450 - 490 cm 1 (bảng 2.49).

Vì ở đây ion ligan SCN có hai dạng cấu tạo khác nhau, đó là: - Với Me-NCS (thuộc dạng: Me-N=C=S); - Với Me-SCN (thuộc dạng: Me-S-C=N-).

nên chúng có tần số hấp thụ IR sẽ khác nhau. Bảng 2.49. Tần số IR của phức Me-Xyano

só

VCN,

Hệ số hấp thụ

electron d

cm~1

Me-C

mor1.cm'2

K3[Cr(CN)6J

2128

339

2100

K3[Mn(CN)6J

2112

361

8200

K3[Fe(CN)6J

2118

389

12.300

K3[Co(CN)6]

2129

416

18.300

VCN, cm~1

Vcs, cm~1

VNCD, cm 1

KNCS

2078

748

486

(EUN)3[Cr(-NCS)6J

2078

483

(Et4N)3[Co(-NCS)6J

2065

844

481

(EUN)3[Ni(-NCS)6]

2112

837

482

(Et4N)3[Zn(-NCS)6J

2072

698 và 694

465 và 433

Họp chất

Loạixyanat

Loại thioxyanat

196

4) Phức Me-halogen Phức halogen của ion kim loại thường có dạng Me-Xn, ví dụ AlFn (với n: 1, 2, 3,...6) và liên kêt Me X có tần số hấp thụ IR trong vùng 750 - 100 cm 1 (bảng 2.50). Ví dụ của các liên kết:

4- Me-F ở vùng 750 - 500 cm ’.

+ Mc-Cl ở vùng 400 - 200 cm 1.

+ Me-Br ớ vùng 300 - 200 cm '. + Mc-I ớ vùng 200 - 100 cm 1.

Bảng 2.50. Tần số hấp thụ IR của Me-halogen Hợp chất

(a).'Vfme-X), cm

(b): V(Me-X-Me), cm 1

Tỳ số (b)/(a)

(Cr2CI2)3’

341

322

0,94

(V2CI2)3-

335

296

0,88

(CU2CI2)3-

301

278

0,85

(CuBr6)2~

237

224

0,83

(Pt2CI6)2’

350

315

0,89

5) Phức Me-Etylendiamin

Phố IR cua phức etylendiamin (En) dạng trans [Me(En)?X] (Me: ion kim loại Co(III), Cr(IIl), Fe(III),... có dao động IR biến dạng của nhóm NFE ở vùng 1700 - 1500 cm ’, cùa nhóm CH? ở vùng

950 - 850 cm 1 và dao động hóa trị ờ vùng 610 - 500 cm 1. Trong các phức loại này, thì EDTA (axit Etylen-diamin letra-axetic, H4Y) ligan tạo phức bôn với

nhiều ion kim loại, nhất là các ion kim loại hóa trị II, III và IV. Phân tử của H4Y có cấu trúc như hình sau đây:

hooch2 HOOCH2

/CH2COOH N-CH.-CH.-N^

\.......

CH2COOH

Axỉt etilenđiamintetraaxetic (EDTA) Hình 2.37. cấu trúc phân tử EDTA (H4Y).

Đây là một hợp chất phức có ý nghĩa lớn trong chuân độ complexon đê xác định các ion kim loại hóa trị II, III và IV trong Hóa phân tích (phương pháp phân tích thể tích).

Khi đi vào phức các nhóm -COOH, N-H, C-N, trong phân tử EDTA cũng có sự thay đôi (xê dịch) vê tần số hấp thụ IR cúa nó do sự tương tác của ion kim loại Men+ với một số đám mây liên kết

197

của nguyên tố N và o. Ngoài ra trạng thái và dung môi cũng có ảnh hưởng đến sự thay đối (xê dịch) tần

số hấp thụ IR của hợp chất này. Bảng 2.51. Ví dụ tần Vco IR của phức Me-EDTA, cm 1 (Y4-: anion EDTA4") COOH

COO-Me

coo~

H4Y (EDTA)

1697

Na2H2Y

1668

1637

Na2[Co(Y)CIJ

1648

1600

Na2[Co(Y)NO2)

1650

1604

Ba[Co(HY)Br].9H2O

1723

1628

Ba[Co(HY)Br].H2O

1654

[Pt(H2Y)].3H2O

1730

1635

[Pd(H2Y)].3H2O

1740

1625

Hợp chất

Ví dụ: Nhóm -COOH khi:

+ Chưa tạo phức hấp thụ IR ở vùng 1750 - 1700 cm"1;

+ Klhi vào phức lại ở vùng 1650 - 1590 cm’1. Sự thay đổi này tuỳ thuộc vào ion kim loại trung tâm Men+, ví dụ các phức:

+ Của ion Cr(III) và Co(III) có Vco ơ vùng 1640 - 1590 cm"1; + Của ion Cu(II) và Zn(II) có Vco lại ở vùng 1610 - 1590 cm"1; Bảng 2.51 là ví dụ tần IR của phức Me-EDTA.

2.7. KỸ THUẬT HÒNG NGOẠI CHUYỀN HÓA FOURIER, Ft-IR 2.7.1. Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của Ft-IR Phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (Ft-IR) về nguyên tắc vẫn như kỹ thuật hồng ngoại phân tán

(phân giải) thông thường. Nhưng ở đây, bộ phân giải phố IR không phải là hệ lăng kính hay tấm cách

tử, mà là một hệ gương giao thoa kế kiểu Michell (hình 2.38) và máy tính điều khiển hệ giao thoa này

hoạt động làm nhiệm vụ chuyển hóa Fourier tín hiệu phố IR. Do đó khả năng phân giải, tốc độ phân tích của loại máy phổ Ft-IR này cao hơn. Bảng 2.52 là so sánh tính chất và ưu nhược điểm của hai loại máy phổ IR (thông thường và chuyển hóa Fourier).

Hoạt động của hệ giao thoa Michell: Khi có hai dao động (V1 và v2) cùng truyền theo một phương và có pha khác nhau, thì về mặt

toán học, sóng tổ họp của hai dao động V| và v2 có thể được biểu diễn theo phương trinh sau (phương

trình Jean Fourier). I(t) = k.(cos27!V]t + cos27TV2t)

198

(2.44)

Đây là phương trình biến đối Fourier (1768 - 1830), nhà bác học Pháp này đà nghiên cứu và chỉ

ra rằng một sóng chuyến động bất kỳ có thể được mô tả bang tống hợp các số hạng sin hay cos như theo biểu thức (2.45) sau đây.

Y = Ai.sin(2nvt + Ộ|) + A2.sin(2ĩrvt + Ộ2) + A3.sin(2Kvt + Ộ3) + ... + An.sin(27tvt + ộn)

(2.45)

Do đỏ phương pháp phồ này được gọi là phổ IR biến đối Fourier (Ft-1R), vì đà có sự biến đối nói trên. Đe thực hiện sự biến đối phố như thế người ta phải dùng hệ gương Michell (giao thoa kế Michell),

có cấu tạo được mô tả trong hình 2.38. Khi chùm sáng từ nguồn đi vào giao thoa kế Michell (bộ tách S), bộ tách s này nó tách bức xạ

thành hai thành phần có cường độ như nhau, rồi sau đó kết họp trở lại thành bức xạ có cường độ thay

đối theo thời gian. Sự thay đối cường độ bức xạ là do đường đi của hai chùm tia bức xạ được tách ra không giống nhau và giá trị cường độ, hàm I(t) là hàm số của hiệu sô hai quàng đường đi đó, của hai

chùm tia thành phần, do bộ tách s tạo ra.

Như cấu tạo của giao thoa kế Michell được mô tả trong hình 2.38. Nó có hai gương phẳng Ml và

M2 đặt vuông góc với nhau, nhưng MI gắn cố định, còn gương M2 có thế di động, tịnh tiến trên một đường thăng nằm ngang (trục OM, hình 2.38) vê cả hai phía (trái - phải).

Chùm tia bức xạ từ nguồn sau khi đi qua bộ tách s được chia thành hai chùm vuông góc với nhau, trong đó một chùm đi đến gương cố định Ml, còn một chùm kia lại đi đên gương di động M2. Cả hai chùm, khi gặp gương MI và M2 chúng đều phản xạ toàn phần trở lại bộ tách s (bộ phân chia S).

Đen đây mồi chùm lại bị chia đôi một lằn nừa, một nửa chùm đi vê nguồn, còn một nửa kia sẽ đi qua

mẫu phân tích rồi đến detector. Như vậy chùm tia bức xạ đi đến mẫu đo phố gồm hai bức xạ nhập lại từ hai gương phản xạ tới có thời gian trề ti khác nhau, nên cường độ bức xạ qua mẫu sè thay đồi theo thời gian và phụ thuộc vào đoạn đường đi thay đôi của hai chùm tia đi đôn gương di động M2 và trên cơ sở

đó tạo ra sự phân giải phô IR.

199

(a) - Hệ thân máy IR

(b) - Hệ gương Michell

Hình 2.39. Hệ máy phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier, Ft-IR.

IR transducer: Bộ chuyển đổi IR. Sample compartment: Buồng mẫu. IR source: Nguồn sáng IR. Beamsplitter: Bộ chia đôi chùm sáng s. Fixed mirror: Gương cố định. Movable mirror: Gương di động.

2.7.2. Phương trình của giao thoa kế Michell Từ sơ đồ giao thoa kế như ở hình 2.39a, chúng ta thấy khoảng cách ô (sự trễ) của hai chùm tia đi đến mẫu (cuvet mẫu) là: ỏ =2(OM-OF)

(2.46)

Như vậy, tuỳ theo ví trí di chuyền cúa gương M2 mà 8 có các giá trị khác nhau (do đoạn OM thay đổi). Sau đây chúng ta sẽ xem xét vài vị trí đại điện (trường hợp điển hình) của giao thoa kế Michell, cụ thể là các thời điểm: a) Khi 8 = 0, tức là hai chùm tia bức xạ có cùng bước sóng, có cùng pha và sóng tô họp có cường độ (biên độ) sẽ gấp đôi.

b) Khi 8 = 1, tống quát là 8 = nl, thi hai chùm tia bức xạ đồng pha, sóng tổ hợp có cường độ (biên độ) cũng gấp đôi. c) Khi 8 = 1/2, tổng quát là 8 = (2n 4- l).l/2, sóng tổng hợp sẽ bị triệt tiêu, nghĩa là lúc này sóng tổ họp có biên độ bằng 0.

Qua ba trường họp nêu trên, chúng ta thây tín hiệu hâp thụ Air đo được là hàm sô của độ trề 8 (đường đi hai chùm tia) và có cường độ là hàm 1(8). Cường độ tín hiệu 1(8) này ở một điềm bất kỳ có 8 = nl (n: số nguyên, dương) bằng với cường độ của bức xạ nguồn I(v). Do đó một cách tổng quát, chúng ta có thể viết:

200

F(8) = (l/2).I(v).{ 1 + cos(2tc8/X)}

(2.47)

Với 8 = 1/X ncn ta có:

l’(8) = (l/2).I(v).{l +cos(2nv)} Hay là:

I’(ô) = (l/2).l(v) + (1/2).I(v).cos(2kv)

Const. Biếu thức (2.48) này có hai phần:

(2.48)

Thay đôi

+ Phần đầu (l/2).I(v) là hằng số;

+ Phần hai (1 /2).I I(v).cos(2kv)| là phần biến điệu, đây là phần giao thoa, phần đà bị biến điệu bởi gương giao thoa kc Michell tạo ra và như vậy chúng ta có cường độ tín hiệu phô IR I(ô) là: 1(8) = (l/2).[I(v).cos(2nv)]

(2.49)

Nhưng trong thực tế, tín hiệu l(ỏ) còn phụ thuộc vào bộ phân tách chùm sáng s, vì sự phản xạ và 50% cường độ chùm sáng truyền qua ta không thu được, vì thế biếu thức trên phải được viết như sau.

1(8) = (l/2).[H(v).I(v).cos(2nv)]

(2.50)

Bây giờ, nếu đặt B(v) = (l/2).|H(v).I(v)], thì chúng ta sẽ có:

1(5) = B(v).cos(27tv)]

(2.51)

Trị số B(v) thế hiện cường độ của bức xạ nguồn v(cm ’), đà được biến đối bởi giao thoa kế

Michell (bộ thiết bị phân giải phô IR). Khi gương M2 di chuyên với tôc độ không đôi, V (cm/s), thì đại

lượng 8 được tính như sau. 8 = 2vt

(2.52)

Với t là thời gian (s) và 8 tính băng cm. Như vậy, nhờ giao thoa ke Michell đà làm cho 8 là hàm số của thời gian t và lúc này chúng ta có

cường độ I(t):

I(t) = B(fv).(cos27iv.2vt) = B(fv)cos(2vfvt)

(2.53)

Phương trình (2.53) này cho chúng ta thấy tân số của tín hiệu mà detector nhận được là fv= 2vv và tần số này nhỏ hơn tằn số của bức xạ nguồn phát ra. Như vậy giao thoa ke Michell đà biên đôi tân số quang học sang tần số cơ bản điện học. Ví dụ, nếu:

V = 0,254 cm/s, Ằ = 5 pm, nên V = 2000 cm ’,

V = c/x = 3.10(cm/s).5.10 4(cm) = 0,6.10l4Hz (lúc đầu). thì fv= 2vv = 2.0,254.2000. = 1016 Hz = 0,1.104Hz (sau biến đối Ft). Như vậy nhờ giao thoa kế Michell chúng ta đà biến đổi được tần số nguồn lúc đầu từ 0,6.1 o14 Hz xuống còn 0,1.104 Hz.

201

Đối với nguồn sáng liên tục, cường độ giao thoa được tính theo biếu thức (2.54) sau đây.

1(5) = £ {B(vỴcos{2ĩĩVỗdv')}

(2.54)

Điều này cho ta thấy tín hiệu ở detector phụ thuộc vào: - Số lượng các tần số;

- Cường độ của mỗi tần số. Neu ta đặt trên đường đi của chùm sáng bức xạ một chất mẫu (cuvet mẫu), thì mỗi tần số sẽ bị chất mẫu hấp thụ khác nhau và cường độ chùm sáng bị thay đổi (do sự hấp thụ của chất). Lúc này giao thoa kế sẽ cho ta biết về cường độ hấp thụ IR của chất có trong cuvet mẫu.

Lợi thế của máy phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (Ft-IR) là có thế mở rộng khe đo, do đó lượng sáng đi vào máy sẽ lớn hon nhiều so với máy hồng ngoại phân giải thông thường kiếu cũ, nên tín hiệu cường độ phổ IR đo được là rất lớn, do đó làm tăng độ nhạy đáng kế. Khi đó máy hồng ngoại phân giải kiểu cũ không cho phép mở rộng khe đo, vì mở rộng khe đo sẽ làm mất độ phân giải của phổ. Bảng 2.52 là so sánh một số đặc điểm của hai loại máy đo phổ hồng ngoại thường IR và Ft-IR. Bảng 2.52. So sánh tính chất của hai loại máy IR

Máy IR chuyển hóa Fourier

Máy IR thông thường kiểu cũ

1. Hệ quang cấu tạo phức tạp, có nhiều phần chuyển động, dùng lăng kính hay cách tử để phân giải phổ

1. Hệ quang tương đối đơn giản, dùng hệ gương giao thoa Michell để phân giải phổ

2. Dễ bị ảnh hưởng bởi ánh sáng bên ngoài gây nhiễu phổ chính

2. Tín hiệu được điều biên, không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng bên ngoài.

3. Độ phân giải không cao, tốc độ quét không lớn

3. Độ phân giải khá cao, tốc độ quét lớn

4. Tỷ lệ (tín hiệu/nền) là nhỏ

4. Tỷ lệ (tín hiệu/nền) lớn

5. Tại mỗi thời điểm chỉ có một bước sóng được đo

5. Đo được đồng thời nhiều bước sóng tại một thời điểm

6. Khe đo phải mở nhỏ khồng mở rộng được

6. Khe đo có thề mở lớn được, nên tăng cường độ và độ nhạy

7. Độ nhạy không cao

7. Độ nhạy cao

8. Giá cả: 100%

8. Hơn 15-20%.

về mặt giá cả, máy phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier không đắt hơn máy phổ hồng ngoại thông thường nhiều (khoảng 15-20 %). Do những ưu điểm đã nêu trên mà hiện nay (sau năm 2000) máy phổ hồng ngoại kiểu chuyển hóa Fourier (Ft-IR) đã được sử dụng khá nhiều, mặc dù nó mới ra đời

chưa được bao lâu.

2.7.3. Cấu tạo máy phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourie Như nguyên lý đã trình bày ở trên, một hệ máy đo phổ hồng ngoại Ft-IR phải gồm các bộ phận cơ bản: 1) Nguồn sáng (như máy IR thông thường);

2) Hệ giao thoa kể Michell, bộ phân giải pho IR;

202

3) Buồng mẫu và cuvet đựng mẫu; 4) Detector và Modul điện tư;

5) Máy tính PC và Software (bộ chương trình);

6) Bộ điều nhiệt buồng mẫu; 7) Bộ atlas phổ IR. Tất cả được chỉ ra trong hình 2.38 đã nêu ở trên.

về cơ ban, máy phố Ft-1R vẫn có các bộ phận như máy phố hồng ngoại thông thường, chỉ có khác ớ chồ là bộ phân giải phố ớ đây là dùng giao thoa kế Michell, thay cho bộ cách tử hay lăng kính. Từ năm 2000, các máy đo phô hồng ngoại chu yếu là loại chuyến hóa Fourier được dùng phô bicn nhất, vì hiện nay, sau hơn mười năm phát triền nó không còn đất như lúc đầu nừa. Các bộ phận chính của nó vẫn là:

1) Nguồn sáng Người ta thường dùng loại đèn nguồn Nernst, có vùng phổ 5000 - 3000 cm 1 và đèn nguồn Globar có vùng phồ 5000 - 100 cm ’, vần như trong máy đo phố IR thông thường, hình 2.19.

2) Giao thoa kế Michell Hệ giao thoa kế Michellson được mô tả trong hình 2.38. Đây là bộ phận chính đê phân giải phô, nó khác các máy đo phô IR thông thường trước đây.

3) Detector

Các loại nhân quang hay mảng diod, chủ yếu là các detector răn loại mảng bán dẫn (loại Photo Array Diode), có độ nhạy cao và đáp ứng nhanh trong thời gian ngắn cho phép đo Ft-IR, thường 20 - 60 giây.

2.8. PHÂN TÍCH CÁC NHÓM CHỨC VÀ ĐỊNH TÍNH Trong phép đo phô IR mẫu phân tích, chất phân tích cần đo phô có thê được đê ở các trạng thái sau đây, tuỳ chất và các điều kiện đo đê có phô thu được tốt nhất, ví dụ:

1) Mau dạng rắn Mầu phải được trộn đều với bột KBr hay trong bột Parafin loại Nujol,... tinh khiết cao (> 99,99%) và ép thành viên mỏng, hay cán thành một màng mong đông nhất, rồi kẹp giừa hai tàm kính đê đặt vào buồng đo, cuvet đựng mẫu đo phố IR.

2) Mầu dạng lỏng Mầu phân tích được hòa tan trong một dung môi phù hợp và không hâp thụ IR, tạo thành một dung dịch hồn hợp trong và đông nhất, sau đó chứa vào cuvet đê đo phô, hay tráng (phêt) lên một tâm kính đê tạo thành một lớp màng mẫu mỏng ép giừa hai bản kính đặt vào buông đo. 3) Mầu dạng khí Neu mẫu là chất khí hay chat long hoặc chất rắn dễ chuyển thành khí, thì mẫu cần được bơm vào trong một cuvet đóng kín, đặt vào buồng đo để đo phổ. Với các mẫu ở các dạng nói trên, sau khi chuẩn bị cằn ghi phổ hồng ngoại trong các điều kiện phù hợp và so sánh với phố hồng ngoại của các chất chuân (phô atlas IR) và phô mẫu trắng (blank sample).

Nhưng nói chung, dung môi răn (KBr) hay dung môi lỏng dùng hòa tan chât mẫu phân tích đê đo phô hồng ngoại, đêu phải thoa mãn các điêu kiện cần thiết sau đây mới dùng được:

203

+ Có độ tinh khiết cao (99,99%) và trong suót irong vùng hồng ngoại; + Không làm mất, hay giảm tính chất hồng ngoại cua chất phân tích; 4-

Hòa tan tốt được chất mẫu cần phân tích;

+ Không gây ra nhiễu hồng ngoại cho việc đo phồ chất phân tích;

+ Dung môi phải không có phố IR hay nếu có thì phô IR của nó đon giản, không trùng với phố của chất phân tích. Vì phố hồng ngoại là đặc trung cho các nhóm chức của các chất (bảng 2.7 và bảng 2.10), nên úng đụng chính của phổ hồng ngoại là để phát hiện các nhóm chức, các loại liên kết có trong phân tử các chất. Rồi từ đó dự đoán công thức của các chất và suy ra thành phần định tính của các chất.

Song để thực hiện định tính chúng ta phải so sánh phổ hồng ngoại của chất mẫu phân tích với phổ hồng ngoại cùa các chất chuẩn (mẫu chuấn) trong cùng điều kiện. Vì thế cần phải có các bộ chất chuấn và mẫu chuẩn của chất cần phân tích. Bộ phô hồng ngoại chuẩn của các chất chuân đã được các hãng sản xuất và cung cấp bởi các hãng chế tạo và bán máy phổ IR, hay hãng bán hóa chất, nó được làm theo từng nhóm chất và tạo thành từng bộ có bản atlast kèm theo cho người sử dụng.

Vì thế phổ hồng ngoại là một công cụ đê nghiên cứu phân tích phát hiện các nhóm chức của các hợp chất, nó là phương tiện phục vụ nghiên cứu cấu trúc phân tử của các chất hữu cơ và hợp chất phức. Sau đây là một số ví dụ phổ hồng ngoại của một số chất thông dụng chúng ta thường gặp trong hóa học.

Hình 2.40a. Ví dụ phổ hồng ngoại của Natrium-Benzoat.

204

__ -/

Hình 2.40b. Ví dụ phổ hồng ngoại của 2-Butyl-metan.

Hình 2.40c. Ví dụ phổ hồng ngoại của axit 3-lndopropinoic.

4000

T%2,5 ti

4000

3600

3200

3600 3200

2400

2800

2400

2000

1900

1800

1600

2000

1700

1900

1800

1700

1500

1400

1600

15OQ 1400

1300

IIOO 1000

1200

IIOO

900

Ít

IOOO

900

800

700 wn"'

13 14 ISt6

800

700 cm-~*

Hỉnh 2.40d. Ví dụ phổ hồng ngoại của benzen có hai nhóm thế metyl ở ba vị trí khác nhau.

205

Hình 2.40e. Ví dụ phổ hồng ngoại của hợp chất có Halogen.

Hình 2.40f. Ví dụ phổ hồng ngoại của Isometyl-Propan.

2.9. PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG THEO PHỔ IR

2.9.1. Phương trình định lượng Nói chung phổ hồng ngoại cũng là phồ hấp thụ của phân tử và nhóm phân tử, nó cũng tương tự như phổ hấp thụ quang UV-VIS, chỉ có khác là nó ở vùng hồng ngoại (IR). Ngoài phục vụ nghiên cứu cấu trúc, nó cũng là một công cụ để định lượng các chất. Nhưng các băng hấp thụ IR thường có độ rộng W1/2 hẹp hơn các băng hấp thụ của phổ hấp thụ quang phân tử UV-VIS. Do đó những máy có độ phân giải cao loại Ft-IR chúng ta có thể mở rộng khe sáng để tăng độ nhạy và định lượng tốt hơn phố UV-VIS khi xác định các chất hàm lượng nhỏ và vết trong các đối tượng mẫu khác nhau. Cơ sở của phép đo định lượng phổ IR ở đây là dựa theo tính chất hấp thụ hồng ngoại của các nhóm chức có trong phân tử của chất phân tích và trong những điều kiện nhất định thi năng lượng IR bị các chất hấp thụ là phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của chất phân tích Cx-

Neu ta gọi Io và Im là cường độ của chùm sáng của nguồn kích thích khi đi vào và đi qua dung môi không có mẫu (mẫu trắng) và khi qua dung môi có chất mẫu (chất phân tích), thì trong một vùng nhất định của nồng độ chất phân tích Cx, theo định luật hấp thụ quang chúng ta luôn có năng lượng hấp thụ của pic hồng ngoại của chất nghiên cứu là: 206

Ax = log(Io/Im)= £.L.Cb

(2.55)

Trong đó: + L: Be dày của lớp mẫu mà chùm sáng kích thích Io đi qua; + C: Nông độ của chất trong cuvet đo phô; + b: Hệ số bàn chắt, nó phụ thuộc vào mỗi chất và nồng độ Cx của các chất ở trong mẫu, b có giá trị: 0 < b < 1. Nói chung, khi nồng độ Cx nhở thì b luôn luôn bằng 1 và lúc này ta có: Ax = 8.L.C

(2.55b)

+ 8: Hệ số hấp thụ hồng ngoại cùa chất, nó là một đại lượng đặc trưng cho mỗi chất. Các chất hấp

thụ bức xạ IR càng mạnh thi hệ sô 8 càng lớn và giá trị 8 này là phụ thuộc vào cấu trúc các nhóm liên kêt trong phân tử cúa các chât, như C-H, c=o, C-H, C=N, tức là các loại liên kết đơn ơ, 71, liên hợp TC-ơ-71 và đôi điện tử n tự do của dị tố trong phân tử chât.

Khi L = 1 cm, c = 1 mol/L thì A = 8, giá trị này được gọi là hệ so hấp thụ hồng ngoại riêng phần của phân tử chắt phân tích và nó đặc trưng cho mỗi chất. Như vậy trong một điều kiện đo nhất định và đối với một chất thì các đại lượng L, 8, là hằng số.

Do đó ta có: A = K.cb

(2.56a)

Trong vùng tuyến tính (b = 1), thì ta có: A = K.C

(2.56b)

Đây chính là phương trinh cơ sở của phương pháp định lượng một chất theo phố hồng ngoại của nó. Từ phương trình này áp dụng các phương pháp đường chuân (hình 2.41), phương pháp thêm tiêu chuẩn (hình 2.43), hay phương pháp một diêm chuân tương tự như trong phép đo phô hâp thụ phân tử ƯV-VIS, chúng ta cũng sè định lượng được các chất theo phô hông ngoại của nó. Tất nhiên là băng cách nào thì một điêu kiện băt buộc là mẫu chuân và các mẫu phân tích phải trong cùng một chất nên, một loại dung môi là cùng điều kiện chê luyện thích hợp cho chúng.

Hình 2.41. Đường chuẩn nguyên tắc của phương pháp định lượng.

207

Hình 2.42. Đồ thị chuẩn của phương pháp thêm trong định lượng.

2.9.2. Các phương pháp định lượng 2.9.2.1. Phương pháp đường chuẩn

♦ Phương trình cơ bản của phép đo định lượng theo phổ hấp thụ quang phân tử IR là:

Az = k.Cxb

(2.56c)

Trong đó: + Ax: Độ hấp thụ quang (cường độ) của chất đo phổ trong cuvet;

4- Cx: Nồng độ của chất ở trong dung dịch mẫu trong cuvet; 4- k: Hệ số thực nghiệm, nó phụ thuộc vào hệ số hấp thụ phân tử 8 của chất (độ tắt phân tử) của chất phân tích;

+ b: Hằng số, phụ thuộc vào bản chất của mồi chất, nói chung b có giá trị: 0 < b < 1. Khi nồng độ Cx của chất phân tích nhỏ thì b = 1; còn khi nồng độ Cx tăng thì b sẽ xa dần 1 và tiến về 0 (tất nhiên là

không bao giờ = 0). ♦ Như vậy, với mỗi một chất phân tích ta luôn tìm được một giá trị nồng độ Co mà:

+ Khi mọi Cx < Co thì luôn luôn có b = 1 và ta có A = k.Cx. ■4" Khi mọi Cx > Co thì b < 1 (nghĩa là b giảm về 0, nhưng không bằng 0), hình 2.35 và hình 2.36. Trong vùng b = 1, ta có quan hệ giữa A và Cx là tuyến tính (đoạn AB). Do đó giá trị Co được coi là giới hạn trên của vùng tuyến tính (hình 2.42). Trong thực tế phân tích, người ta chỉ sử dụng vùng tuyến tính và đoạn thắng AB được gọi là đường chuấn của phưưng pháp phân tích. Vùng tuyến tính này rộng hay hẹp ở trong vùng nồng độ nào là tuỳ theo vào độ hấp thụ quang phân tử (e) của mồi chất phân tích hay sản phấm phức của nó với một thuốc thử màu nhất định. Nói chung các hợp chất càng nhạy phổ IR thì vùng tuyến tính càng hẹp và lùi về phía nồng độ thấp. Do đó rất thích hợp cho xác định lượng vết các chất.

208

♦ Tìr phương trình cơ sở A = k.Cx (khi b = 1), về nguyên tấc, để xây dựng một đường chuân

phục vụ cho việc định lượng một chât ta phải thực hiện các bước công việc sau đây: 1) Chuân bị mẫu (dày mẫu chuân và các mẫu phân tích)

Chuẩn bị (pha chế) một dày mẫu chuẩn có nồng độ chính xác của nguyên tố hay chất phân tích cùng trong điều kiện với mẫu phân tích, như chất nền, môi trường pH,... Thông thường phải chuân bị

dãy mẫu chuẩn với 5 nồng độ nằm trong vùng tuyến tính của mối quan hệ Ax - Cx, mà nồng độ chất phân tích tăng dân từ Cl - C5 (bảng 2.53). Còn các yếu tố khác giữ như nhau trong tât cả các mẫu và ở

đây Cxi, Cx2, Cx3,— là nồng độ của chất trong các mẫu phân tích cần xác định, còn Co là mẫu trắng

(blank sample). Bảng 2.53. Dãy chuẩn của chất phân tích

Nồng độ chất phân tích X trong dãy chuẩn

Các chất

Mầu Chất phân tích X (ppm)

Môi trường HCI (%) Các chất khác Giá trị I|R

Cx1

Cx2

0,1

1x1

1x2

Như nhau cho tất cả mọi mẫu lo

2) Chọn các điều kiện đo phổ IR Nghiên cứu chọn điều kiện phù họp nhất đế đo phồ UV-VIS của chất phân tích X trong tất cả các

mẫu chuân và mẫu phân tích, như các thông sô máy đo Aịr, điều kiện đo, thời gian đo, loại cuvet,....

3) Đo phổ các mẫu chuẩn và mẫu phân tích Đo phố hấp thụ quang IR của tất cả các mẫu chuấn và mẫu phân tích theo các điều kiện đã chọn, ví dụ được các giá trị tương ứng là Ao, Al, A2,... như trong bảng 2.53.

4) Dựng đường chuấn và xác định nồng độ Cx Từ các cặp giá trị 1 - c tương ứng của các mẫu chuẩn ta dựng đường chuẩn trong hệ tọa độ I - c. Sau đó đem giá trị Ixi, 1x2,1x3,— của các mẫu phân tích áp vào đường chuấn ta SC tìm được giá trị nồng độ Cx tương ứng của các chất phân tích X trong mẫu (hình 2.41).

♦ Phương pháp này rất tiện lợi đế phân tích hàng loạt mẫu cùa cùng một chất trong một loại đối

tượng mẫu, nhanh chóng, hiệu suất cao. Nhưng với những mẫu có hàm lượng nhỏ và thành phân hóa học phức tạp, thì trong nhiều trường hợp chúng ta không thể pha chế được một dãy mẫu chuấn phù hợp

với mẫu phân tích về thành phần vật lý và hóa học. Do đó sẽ mắc phải sai số lớn. Đó là ảnh hưởng của chất nền và thành phần của mẫu. Những trường hợp này, ta phải chuyển đồi mẫu sang chất nền khác, tức là biến đổi nền của mẫu (modify matrix of sample), hay dùng phương pháp thêm chuẩn, để loại trừ

anh hưởng cùa thành phần nên. Nói chung, trong rất nhiều trường hợp, nhờ cách biên đôi nên của mẫu, chúng ta de dàng loại trù’ được ánh hưởng của nền và thành phân của mẫu. Nghĩa là chỉ một sô ít trường

hợp mới phải áp dụng phương pháp thêm.

209

2.9.2.2. Phương pháp thêm chuẩn

♦ Nội dung của phương pháp thêm chuân là dùng ngay một mâu phân tích đại diện (vỉ dụ, mẫu Cx) làm chất nền đế pha chế một dãy mau chuấn, bằng cách lấy một lượng nhất định mầu phân tích (theo khối lượng hay theo thể tích) và gia thêm vào đó những lượng nồng độ của chất phân tích AC chính xác theo cấp số cộng. Như vậy nếu mẫu phân tích có nồng độ là Cx thì chúng ta sẽ có dãy mẫu

chuấn là Co, Cl, C2, C3, C4, c5, như bảng 2.54. Bảng 2.54. Dãy chuẩn của phương pháp thêm chuẩn

Dãy mẫu chuẩn

Độ hấp thụ ỈỊR đo được

Co = cx + 0

C1 = Cx + AC1

C2 = Cx + AC2

C3 = Cx + AC3

C4 = Cx + AC4

C5 =

Cx+ AC5

Cx2

1x2

Cx3

1x3

Cx4

lx4

Cxn

Ixn

STT

Dãy chuẩn:

Các mẫu phân tích

Ờ đây, ACx là nồng độ chất phân tích X được thêm vào các mẫu chuấn như trong bảng trên. Sau đó chúng ta cũng chọn các điều kiện để ghi phồ và làm tiếp các công việc như trong phương pháp đường chuẩn đà nêu (dựng đường chuần theo hệ tọa độ I - ACx (hình 2.43)). Tiếp đó dùng phương pháp ngoại suy tuyến tính (hay phương pháp hình bình hành) đề tìm giá trị nồng độ Cx chưa biết của mẫu

phân tích đã chọn làm nền đế pha dãy chuẩn. Song giá trị nồng độ AC thêm vào trong cách này là phâi

theo công bội cấp số cộng, ví dụ 2, 4, 6, 8,... và AC| < 2Cx, để đảm bảo tính đúng đắn và chính xác của phương pháp ngoại suy tuyến tính xác định Cx. ♦ Sau khi đo phồ được các giá trị In như trong bảng 2.54, chúng ta phải thực hiện các công việc

tiếp là:

1) Dựng đường chuấn trong hệ tọa độ Iịr - AC (trong đó AC là nồng độ chất phân tích thêm vào các mẫu của dãy chuẩn). Đồ thị này được gọi là đồ thị đường chuẩn gốc (hình 2.43a).

2) Xác định nồng độ Cx của mẫu đã lấy làm nền pha dãy chuẩn theo phương pháp ngoại suy tuyến tính, hay phương pháp hình bình hành. 3) Tịnh tiến đồ thị (chỉ trục tung đồ thị gốc) sang vị trí Cx ta vừa xác định được, như vậy chúng ta có được đường chuấn phân tích (hình 2.43b). 4) Xác định các nồng độ Cx2, Cx3, • trong các mẫu đó theo đồ thị chuẩn mới này (hình 2.43b).

210

Hình 2.43. Đường chuẩn của phương pháp thêm.

a): Đồ thị gốc; b): Đồ thị đường chuẩn ngoại suy.

♦ Như vậy nhờ phương pháp thêm chuân này, chúng ta cùng:

+ Dề dàng loại trừ được ảnh hưởng của chất nền và thành phần cùa mẫu đến kết quả phân tích; + vẫn phân tích được hàng loạt mẫu cùa một chất như trong phương pháp đường chuân; + Xác định lượng vết của các chất trong các mẫu nền và thành phần phức tạp chủng ta chưa biết, mà không bị sai số lớn do matrix gây nên, như xác định lượng vết các chất trong các nền mẫu phức tạp.

Đó chính là ưu diêm của phương pháp thêm chuân. 2.9.2.3. Xác định đồng thời các cắu tử có phổ IR chen nhau

Cũng tương tự như phép đo phô hâp thụ quang ƯV-VIS, phép đo phô IR cũng được sử dụng đê xác định nồng độ (thành phần) của các chất trong một hồn hợp. Nguyên tắc là dựa vào tính chất cộng của độ hâp thụ quang, tức là tại một bước sóng đo, độ hấp thụ quang IR của hồn hợp băng tông độ hâp thụ quang IR của tât cả các chât thành phần.

211

Ví dụ trong hồn họp mẫu có n chất thì ta có: Atot(À)— A|(X) + A2(X) + • • • + An(X)

Hay:

^tot(X)

C]L * (£1(À.)

4" £2(1).C2L 4"... 4" £n(Xn)"CnL)

Như vậy với hỗn họp n chất ta có hệ n phương trình như sau (n ẩn số, n phương trình), khi đo

phổ ở n bước sóng Ă|R: 4-

• + £n(Xl)»CnL

(đo với X1)

■ + £n(X2)«CnL

(đo với Ă2)

4- .. • + En(Xn)’CnL

(đo với Xn)

Trong đó: - £n: Hệ số hấp thụ phân tử IR của chất; - cn: Nông độ chất trong cuvet đo; - L: Be dày lóp mẫu hay dung dịch mẫu (cuvet).

Sau khi đo phổ, giải hệ phương trình trên chúng ta sẽ tìm được các giá trị nồng độ C1, c2,... cn

của mỗi chất. Tất nhiên cách này cũng chỉ áp dụng được cho hệ hỗn họp mẫu có dưới 4 chất và các cực đại hấp thụ IR của chúng phải khác nhau trên 10 nm.

về thuật toán này trong phép đo phổ IR, hiện nay các hãng chế tạo máy đo phố 1R đều có phần mềm (chương trình) cho sự tính toán, nên không có gì khó khăn.

2.10. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA PHỐ HÒNG NGOẠI ứng dụng của phố hồng ngoại là phục vụ phân tích các chất hữu cơ, các hợp chất phức, các sàn

phẩm dược, các loại thuốc, họp chất tự nhiên theo các yêu cầu: 1) Phân tích định tính các nhóm chức, phân tích cấu trúc. Đây là ứng dụng chính của phô hồng ngoại.

2) Phân tích định lượng các chất có phổ IR thường ít được dùng, vì phố IR có độ nhạy không cao.

3) Xác định một số tính chất và đặc trưng hóa lý của các chất. 4) Nghiên cứu các hợp chất phức.

Đó là bốn lĩnh vực đã và đang sử dụng phồ hồng ngoại.

212

2.11. VÍ DỤ MỘT SỐ MÁY PHÓ IR Thông số kỹ thuật

Ft-IR Spectrum TWO

4- Loại máy: Ft—IR

+ Vùng phô: 8.300 - 350 cm l, optimized, KBr-beamsplitter 6500 - 350 cm ', với ZnSe optics 4- Độ phân giải: 0,5 cm 1 Standard

+ Độ chính xác X: 0,1 cm 1 ở 3000 cm 1 4- Khe máy: 0,5 nm

4- Đèn nguồn: Standard, long-life source

+ Tỷ lệ S/N:

9300/1 (5 seconds) 32.000/1 (1 min)

4- Mầu đo: Lỏng, răn, nhào

4- Phạm vi ứng dụng: Hóa học, hóa dâu khí, y dược, nông nghiệp, thực phẩm,...

4- Khối lượng máy: 13 kg

4- Yêu cầu điện: (220V ± 10%)/50/60 Hz

Thông số kỹ thuật

Ft-IR Spectrum TWO 4-

Loại máy: Ft-IR

Vùng phô:

8.300 - 350 cm ’, optimized, KBrbeamsplitter

7800 - 250 cm ', với Cel-beamsplitter

+ Độ phân giải: 0,4 cm ' ở 3028 cm 1 4-

Độ chính xác À: 0,02 cm 1 ở 2000 cm 1

+ Khe máy: 0,5 nm + Đèn nguôn: Standard, long-life source 4-

Detector: Mảng diod, độ nhạy cao

+ Tỳ lệ S/N: 10.000/1 (5 seconds) 34.000/1 (1 min) + Mầu đo: Lỏng, rắn, nhào 4-

Phạm vi ứng dụng: Hóa học, hóa dầu khí, y dược, nông nghiệp, thực phẩm,...

Khối lượng máy: 34 kg

+ Yêu cầu điện: (220V ± 10%)/50/60 Hz

213

Vùng phổ IR và ìoại máy phổ IR tương ứng

Frontier NIR system with fiber optic sampling: Raw materials identification

Frontier IR/NIR with NIR reflection and rotating sample holder: Moisture content in foods

214

Frontier IR/NIR system with spotlight imaging and tablet transmission sampling: Pharmaceutical tablet conformity testing

2.12. CÂU HỎI ÔN TẬP 1.

Phố hấp thụ quang IR xuất hiện thế nào? Bản chất của phô này? Những yếu tố nào quyết định sự sinh ra phô này? Phô hấp thụ IR khác và giông phô hấp thụ quang ƯV/VIS ở nhừng điếm nào?

2. 3.

Phố quay, phô dao động và phổ dao động quay là gì? Hệ số cxilon (c) là gì, nó liên quan thế nào đến các chất và cho ta biết điêu gì? Cách xác định hệ số

này thô nào? 4.

Nguyên tăc của phép đo phô hâp thụ quang phân tử IR?

Nguyên tăc cấu tạo máy đo phô hấp thụ quang IR, nhiệm vụ của mồi bộ phận?

Môi liên quan giừa phô hâp thụ quang 1R và cấu trúc phân tử chất?

Mầu để do phổ IR có thể ở dạng nào?

Những yếu tố làm sai lệch quy luật hấp thụ quang IR của chất?

Các yếu tố ảnh trong phép đo quang hấp thụ phân tư 1R?

ÌO.

Phô IR chuyên hóa Fourie, phô Ft-IR: nguyên tăc chung, câu tạo máy, sự phân giải phô của phô

Ft-IR và các đặc diêm cua phô Ft-IR so với IR thông thường? I l.

Các phương pháp định nhóm chức và định tính băng phô IR?

12.

Các phương pháp định lượng chất bằng phố IR?

13.

Các lình vực ứng dụng phô hâp thụ quang IR?

215

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.

Colthup, N. B., Daly, L. H., Wibeley, s. E. Introduction to Infrared and Raman Spectroscopy. 3th. Edition. Acadime press. Londn, 1990.

Nakamoto, K. Infrared Absorption Spectroscopy. Hoden day, San Francisco, 1962.

Nakamoto, K. Infrared Spectroscopy of Inorganic and Coodination Compounds. Willey New York, 1963.

Douglas A. Skoog, F. James Holler and Stanley R. Crouch. Prinziples of Instrumental Analysis. Section three. Sixth Edition. United Stated. United Kingdom, 2007.

Hobart H. Willard, Lynne L. Merritt Jr., John A. Dean and Frank A. Stettle Jr. Instrumental Methods of Analysis Wadsworth Publishing Company. 7th, 1998.

J. Brand, G. Eglinton (bản dịch tiếng Việt), ứng dụng quang pho trong hóa học hữu cơ. NXB

Khoa học Kỹ thuật. Hà Nội, 1972. 7.

Lâm Ngọc Thiềm và Phan Quang Thái, Giáo trình cơ học lượng tử cơ sở. Tập I. NXB Khoa học

Kỹ thuật. Hà Nội, 1999.

p. G. Griffitths. Chemical Infrared Fourier Transform Spectroscopy. New york, John Willey & Sons Inc, 1975.

David Harvley (DePauw University). Modern Analytical Chemistry. Chapter 10. New York, San Franscisco,... 2000.

10.

Frank. Settle. Handbook of Instrumental Techniques for Analytical Chemistry. Willey, New York, San Franscisco,... 2000.

11.

216

Nguyễn Đình Triệu. Các phuong pháp phân tích Vật lý và Hóa học. Tập I. NXB Khoa học Ky thuật. Hà Nội, 2001.

Chương 3

Cơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ HUỲNH QUANG PHÂN TỬ

3.1. KHÁI QUÁT CHUNG VÈ PHỐ HUỲNH QUANG

3.1.1. Phổ huỳnh quang là gì Phô huỳnh quang (HỌ) vê bản chất nó thuộc nhóm phô phát xạ quang học và có hai loại, đó là:

1) Phố huỳnh quang nguyên tử (HQNT). Là phô huỳnh quang nguyên tứ của nguyên tô hóa học ở trạng thái khí (hơi), khi bị kích thích bằng một chùm tia sáng Xex có năng lượng thích

hợp mà tạo ra. 2) Phô huỳnh quang phân tử (HQPT). Là phô huỳnh quang phân tử cua ion phức phân tử hay

nhóm phân tử ở trạng thái dung dịch (trạng thái lỏng), khi bị kích thích bằng một chùm tia sáng Xex

có

năng lượng thích hợp mà tạo ra. Nói chung, quá trình sinh phô huỳnh quang này gồm các bước:

a) Sự kích thích chất phân tích (nguyên tủ’ hay phân tử):

Mcb° + Xex “* Mcb* b) Sự suy biến mức I của trạng thái kích thích:

Mcb* - Et + Mcb*(I) c) Sự phát huỳnh quang (khi đà bị kích thích và suy biến mức I):

Mcb*(I) - M° + nÀEm (Chùm tia HQ)

Trong đó:

+ Mcb°: Nguyên từ hay phân tử chất phân tích ở trạng thái cơ bản; + Mcb : Nguyên tứ hay phân tử chất phân tích ở trạng thái kích thích năng lượng cao; + À-Ex- Chùm sáng kích thích phổ; + nÀEm * Chùm sáng phát xạ huỳnh quang, tia huỳnh quang;

+ Et: Năng lượng suy biến (ET < Eex). Sơ đồ nguyên tắc cúa sự phát huỳnh quang của một chất (nguyên tử hay phân tư) được mô tả như

trong hình 3.1.

217

Hình 3.1. Mô hình xuất hiện phổ huỳnh quang. so: Mức năng lượng cơ bản; Si, s2: Các mức năng lượng cao; Ti: Trạng thái dừng tạm thời; Abs: Quá trình hấp thụ năng lượng;

F: Phát huỳnh quang. P: Phát lân quang.

a) Phắ huỳnh quang nguyên tử

Sự phát xạ huỳnh quang của nguyên tử tự do là một tính chất (đặc trưng) của nguyên tử tự do của các nguyên tố hóa học ở trạng thái khí, khi chúng bị kích thích bằng một chùm tia sáng À-Ex có tần số (năng lượng EEx) thích hợp (tương tác không đàn hồi). Quá trình này tạo ra phố huỳnh quang của nguyên tử và các electron hóa trị tự do là yếu tố chuyển mức năng lượng khi bị kích thích và sinh ra loại phổ này (phổ HQNT). Phồ huỳnh quang của nguyên tử cũng thuộc nhóm phổ quang học, nó là các tia sáng đon sắc và ở vùng sóng từ 165 - 900 nm.

Ví dụ, nguyên tử Ag ở trạng thái khí, khi bị kích thích bằng chùm sáng của đèn HCL (Hollow Cathod Lamp) hay tia Lade nó sẽ hấp thụ năng lượng của chùm sáng kích thích nó chuyển lên trạng thái năng lượng cao, nhưng trạng thái này không bền, nó bị suy biến bậc I và rồi sẽ phát ra tia phát xạ huỳnh quang bề về trạng thái ban đầu bền vững, đó là vạch phổ huỳnh quang Ag-328,10 nm có LOD = 0,005 ppm. Quá trình phát quang là như sau (hình 3.1):

+ Sự kích thích: Ag° + XEx “► Ag *

+ Sự suy biến mức I: * Ag -» Et + Ag’® + Sự phát huỳnh quang: * (I) -» Ag° + Ă-Em Ag (Chùm tia HQ) Tương tự nguyên tử Co ờ trạng khí tự do, khi bị kích thích nó chuyển lên trạng thái năng lượng cao, sau đó cũng phát xạ ra vạch phố phát xạ huỳnh quang Co-240,70 nm với LOD = 0,008 ppm.

218

b) Phô huỳnh quang phân tử

Phô huỳnh quang phân tứ là phô phát xạ huỳnh quang của phân tử hay nhóm phân tử, hoặc của ion phức của các chất ở trạng thái lỏng trong dung dịch đông thê (dung môi nước hay dung môi hữu cơ), khi chúng bị kích thích cùng bằng một chùm tia sáng À-Ex có năng lượng EEx phù họp, tương tác không đàn hồi. Ọuá trình sinh phổ huỳnh quang phân tử cũng xảy ra theo ba bước như trong sơ đồ hình 3.1. Ví dụ: - Phân tư vitamin E trong dung môi nước (dung dịch vitamin E), khi bị kích thích băng chùm tia XEx = 295 nm, sẽ phát ra tia huỳnh quang À,Em = 355 nm với LOD = 0,05 ppm. Cơ che sinh phổ:

+ Sự kích thích: Vit-E° + XEx -

* Vit-E

+ Sự suy biến: * Vit-E

-» Et + Vit-E * (I)

+ Sự phát huỳnh quang: * Vit-E (I) - Vit-E° + XEm (Chùm tia HQ)

- Phân tử naphthalene khi bị kích thích băng chùm tia XEx = 290 nm, sẽ phát ra tia phát xạ huỳnh quang XEm= 390 nm với LOD = 0,05 ppm (bảng 3.1 và 3.2). Bảng 3.1. Ví dụ phổ huỳnh quang của nguyên tử Vạch phổ

LOD

Nguồn năng lượng

(nm)

(ppm)

NTH mẫu

396,00

0,03

Khí N2O + C2H2

328,00

0,07

Không khí + C2H2

422,68

0,01

Không khí + C2H2

228,80

0,03

Không khí + C2H2

324,70

0,04

Không khí + C2H2

285,20

0,01

Không khí + C2H2

279,50

0,01

Không khí + C2H2

405,80

0,20

Không khí + C2H2

217,60

0,08

Không khí + C2H2

213,90

0,07

Không khí + C2H2

Nguyên tố

Nhưng dù là phô huỳnh quang nguyên tử hay phô huỳnh quang phân tử, thì nguyên nhân (yếu tố) sinh ra phô huỳnh quang đó đều là do các đám mây điện tử hóa trị (electron hóa trị) của các nguyên tố hóa học khi chúng bị kích thích sẽ chuyên mức năng lượng mà tạo ra. Với huỳnh quang nguyên tử thì đó là điện tử hóa trị tự do, còn với phố huỳnh quang phân tử lại là các điện tử (electron) trong đám mây

liên kết hóa học sigma (ơ), pi (tl), đôi electron n của phân tử chuyến mức năng lượng mà sinh ra, nghĩa là với quyêt định quá trình sinh phô là:

219

+ Huỳnh quang nguyên tử là các electron hóa trị tự do của nguyên tử; + Huỳnh quang phân tử là các electron hóa trị của nguyên tử nằm trong các liên kết hóa học

(71, liên họp ơ - 7i) của phân tử bị thay đổi mức năng lượng, khi bị kích thích bằng một chùm sáng có năng lượng thích họp (tương tác không đàn hồi). Khi bị kích thích, nguyên tử hay phân tử, chúng nhận năng lượng của chùm sáng kích thích Xex và chuyển lên mức năng lượng cao (trạng thái kích thích), trạng thái này không bền, nó bị suy biến ngay

và sau đó phát ra chùm tia phát xạ (giải phóng năng lượng đã nhận), để trở về trạng thái nghèo năng lượng ban đầu, trạng thái cơ bản bền vững. Đó là sự phát xạ huỳnh quang của nguyên tử hay phân tử sau khi nó nhận (hấp thụ) năng lượng của chùm sáng kích thích.

Như vậy nghĩa là, nếu: + Nguyên tử bị kích thích, ta được phổ HQNT; + Phân tử bị kích thích, ta thu được phổ HQPT. Tính chất phát xạ huỳnh quang này là một đặc trưng của một số chất (nguyên tử và phân tử). Phổ

huỳnh quang là thuộc loại phổ quang học, vì nó là các tia bức xạ nằm trong vùng tử ngoại và khả kiến (190 - 800 nm). Nó được sử dụng để phân tích định tính và định lượng các chất có khả năng phát huỳnh quang mạnh (độ nhạy cao). Vì sự phát xạ huỳnh quang của các chất khác nhau là rất khác nhau (bảng 3.1 và 3.2). Tính chất này phụ thuộc vào cấu tạo của các chất và lóp electron hóa trị của nó. Bảng 3.2. Các chất phân tử có phổ huỳnh quang phân từ Kích thích

Phát xạ HQ

(LOD)

Ằex (nm)

Ằem (nm)

(ppm)

Anthracene

290

375

0,01

Quinin-Sulfate

275

365

0,05

Naphthalene

290

390

0,05

Trypsinogen

280

340

0,05

a-Thimo-trypsinogen

280

340

0,05

Dansyl-£-Lysine

365

490

0,009

Di-Dansyl-Lysine

365

490

0,01

Fluor-Amylamine

365

490

0,02

Native Proteine

275

355

0,05

275 - 285

345 - 380

0,02

Thiocrom

395

425

0,02

Vitamin A

395

425

0,005

Vitamin E

295

355

0,005

Tocopherol

298

325

0,005

Họ Aflatoxine

365

455

0,005

Rhodamin B

210

550

0,03

Thiocrom

265

395

0,03

Tên chất

Các Nucleoic Acid

220

Nguyen nhân sinh ra phô phát xạ huỳnh quang chính là sự chuyên mức năng lượng của các điện

tử hóa trị cua nguyên từ hoặc ở trạng thái tự do hoặc ờ trạng thái liên kêt ơ, 71 trong phân tử, nhưng: - Phô phát xạ huỳnh quang nguyên tử là phô vạch, nó tương tự như phô phát xạ nguyên tử, nhưng sô vạch phô huỳnh quang ít hơn và vì thế phô phát xạ huỳnh quang nguyên tử (HỌNT) có tính

chọn lọc hơn phô phát xạ nguyên tử (AES). - Ngược lại phổ huỳnh quang phân tử (HỌPT) lại là phổ đám, tương tự như phố hấp thụ quang

phân tử UV/VIS, các băng phô có cực đại, cực tiêu và có độ rộng nhât định, 5-50 nm, nhưng độ rộng

Wj/2 cua các băng phô huỳnh quang này thường là hẹp hơn các băng phô hâp thụ phân tư UV-VIS. Một

sô chât có cá phô HQPT và phô hâp thụ quang ƯV-VIS với độ nhạy gân như nhau. Ví dụ như phân tử cua các chât anthracene, naphthalene, vitamin A, tocoferone. Nhưng nhiều chât phô huỳnh quang phân tư lại thường có độ nhạy cao hơn. Nguôn năng lượng đê kích thích phô huỳnh quang thường là các chùm sáng của vùng sóng tử ngoại (UV) hay vùng khả kiến (VIS). Hiện nay người ta đã và đang dùng các loại đèn sau đây làm

nguôn sáng đê kích thích phô huỳnh quang cùa các chât, ví dụ:

- Cho huỳnh quang nguyên tử:

+ Đèn catot rồng (HCL: Hollow Cathod Lamp), + Đèn xenon (Xe-Lamp), 4- Đèn hồ quang hydro nặng (D2-Lamp),

+ Đèn hơi thùy ngân (Hg- Lamp), và + Tia Lade. Cho huỳnh quang phân tử:

+ Đèn xenon (Xe-Lamp), + Đèn hồ quang hydro nặng (D2-Lamp), + Đèn hơi thuy ngân (Hg-Lamp), và

+ Tia Lade.

Như trong các loại nguồn nêu trên, phố biến nhất hiện nay là các đèn catot rỗng (HCL) để kích thích phô huỳnh quang nguyên tử và đèn hồ quang xenon (Xe-Lamp) cho huỳnh quang phân tử. Hiện nay các máy đo phô huỳnh quang đang được cung cấp trên thị trường thế giới đều dùng các loại nguồn kích phô biến này. Trong phân tích phố huỳnh quang phân tử nếu: a) Chất phân tích cỏ phô huỳnh quang

Chất mẫu phải đưa về trạng thái long (dung dịch đồng thế), bằng cách hòa tan mầu phân tích trong một dung môi phù hợp, có thê là nước hay dung môi hữu cơ, nếu chất đó có phô huỳnh quang nhạy trong dung môi này. Nhưng dung môi hòa tan chất phân tích phải không có phồ huỳnh quang trong vùng phô cua chât phân tích. Ví dụ vitamin E, phenol, hay quinine chỉ cân hòa tan trong nước, còn actinomicine D hay phức Ca-Calxein lại phải hòa tan trong dung dịch kiềm loàng KOH, pH > 12. b) Chất phân tích không có phô huỳnh quang

Ngược lại trường hợp a) ờ trên, nếu các chất phân tích không có phố huỳnh quang (chủ yếu là các ion kim loại và anion), trong trường hợp này chúng ta phải cho chất phân tích M đó tác dụng với một 221

thuốc thử huỳnh quang R phù hợp, để tạo ra một hợp chất sản phấm MnRm (thường là hợp chất phức bền) có tính huỳnh quang theo một phản ứng có tính chất định lượng trong các điều kiện thích hợp. Sau đó kích thích và đo phổ phát xạ huỳnh quang của chất sản phâm sinh ra MnRm này. M + R —* MnRm (chãt phân tích) (thuốc thử HQ) (sản phảm HQ) Ví dụ đế xác định ion Ca(II) bằng phổ huỳnh quang phân tử, người ta cho dung dịch ion Ca(II) trong dung dịch nước tác dụng với thuốc thử Calcein (Calc) trong môi trường kiềm loãng KOH (Ph = 12), đế tạo ra hợp chất phức bền Ca(II)-Cal theo phản ứng sau:

Ca(II) + Calc Ca(H)-Calc (chất phân tích) (thuốc thử HQ) (sản phãm HQ) Phức Ca(II)-Cal này khi bị kích thích bởi chùm tia À,Ex= 330 nm, thì nó sẽ phát ra chùm tia phố

huỳnh quang có À,Em = 510 nm với LOD = 0,005 ppm. Người ta đã sử dụng tính chất này để xác định lượng nhỏ và vết nguyên tố Ca trong đối tượng nước, rau quả và thực phẩm khác nhau. Đen nay đã có nhiều quy trình phân tích tiêu chuẩn xác định Ca đã được xây dựng dựa theo nguyên tắc này. c) Huỳnh quang nguyên tử

Đe đo phổ huỳnh quang nguyên tử, mẫu phân tích phải được hóa hơi, nguyên tử hóa, để đưa các chất mẫu (chất phân tích) về trạng thái khí của các nguyên tử tự do ở mức năng lượng cơ bản. Để hóa hơi và nguyên tử hóa các chất mẫu phân tích người ta thường dùng các nguồn năng lượng nhiệt của: + Ngọn lửa đèn khí, + Hồ quang điện, + Tia lửa điện, hay

+ Nguồn cảm ứng cao tần ICP.

Nghĩa là mẫu phân tích phải được hóa hơi và nguyên tử hóa trước thành đám hơi cúa các nguyên tử tự do bằng một nguồn năng lượng thích hợp, sau đó đám hơi nguyên tử tự do của mẫu sẽ được dẫn vào buồng đo (cuvet hay sample Cell) để kích thích đám hơi nguyên tử và đo phổ huỳnh quang nguyên

tử của nó.

3.1.2. Sự phát xạ huỳnh quang của chất 3.1.2.1. Sự xuất hiện phổ huỳnh quang phân tử

Trong phép đo phổ huỳnh quang phân tử, chúng ta phải dùng một nguồn sáng phù hợp để kích thích các đám mây liên kết sigma (ỗ) và pi (k) và đôi điện tử tự do n trong dị tố của phân tử chất ở trạng thái dung dịch, đưa nó lên trạng thái kích thích năng lượng cao không bền vững có khả năng phát xạ

sinh ra phố huỳnh quang. Phố huỳnh quang của nguyên tử hay của phân tử đều là một loại phồ phát xạ huỳnh quang của

vật chất (nguyên tử và phân từ). Như vậy quá trình sinh ra phố huỳnh quang của nguyên tử hay huỳnh

quang phân tử là tổ hợp của các quá trình xảy ra liên tiếp như sau:

222

- Sự hâp thụ năng lượng cua nguyên tử hay phân tử khi nó bị kích thích băng một chùm sáng À,Ex

phù hợp.

- Sự suy biến mức I năng lượng của trạng thái kích thích. - Quá trình phát xạ huỳnh quang của chúng sau khi đã hấp thụ năng lượng kích thích, suy biên và

phát ra phô huỳnh quang của chât.

Điều này được minh họa trong hình 3.1 ở trên. Mặc dù tín hiệu hay chùm tia phát xạ huỳnh quang được phát ra ở mọi hướng, nhưng chí có các chùm tia phát xạ huỳnh quang nằm vuông góc với chùm tia sáng kích thích (tia tới) mới là chùm phát xạ huỳnh quang có cường độ lón, có ý nghĩa và đặc trưng cho chât đó. Chùm tia phát xạ huỳnh quang này là đặc trưng cho mồi loại nguyên tử hay phân tử của chất, về bản chất, nó là phô phát xạ huỳnh quang

cua chât, nguyên tư và phân tử (gọi tăt là phô huỳnh quang) và nó thuộc nhóm phô quang học, có các vạch phô năm trong vùng 190 - 900 nm (vùng ƯV-VIS) . Như vậy phô HQ có:

+ Phố HỌ nguyên tử là phổ vạch (đơn sắc). + Còn phô HỌ phân tử lại là phô đám, có W|/2 từ 5-50 nm. Nói chung các vạch phát xạ phô HQ của nguyên tử là các vạch cộng hưởng. Nhưng độ dài sóng

của các vạch phố HỌ bao giờ cũng có độ dài sóng dài hơn độ dài sóng của các tia kích thích (XEm > À-Ex).

Nghĩa là năng lượng của nó là nhở hơn năng lượng của chùm tia kích thích (Eehi < Eex). vì quá trình kích thích là quá trình va chạm không đàn hồi, chất phân tích hấp thu năng lượng của chùm tia kích thích, rồi bị suy biến, mất đi một phần năng lượng đà hấp thu, sau đó mới phát ra bức xạ phồ huỳnh quang (hình 3.1).

Nghiên cứu sự phát xạ huỳnh quang của các chất (nguyên tử và phân tử), người ta thây công suât w phát xạ huỳnh quang của một chât phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

+ Nông độ của chất trong cuvet đo huỳnh quang, Cx;

+ Hệ sô phát huỳnh quang của chất, <[>x; + Công suất của chùm tia sáng kích thích À-Ex, wo;

+ Be dày của lớp chất mẫu được kích thích, L; + Hăng số điêu kiện và cấu tạo cell cùa máy đo phô HQ, kceii * Băng thực nghiệm, công suât phát xạ huỳnh quang Wm của một chât M khi bị kích thích được xác định theo biêu thức:

Hay là:

WM = 2,303. kceii.Wo.Ox.L.C

(3.la)

WM = Kq.c

(3.1b)

với Kị = 2,303.k’.W0.L.<t>x«

Nêu chúng ta chiêu một chùm tia sáng kích thích ^Ex cường độ ban đầu là Io, thì cường độ của

chùm tia phát xạ huỳnh quang Ix của một chất, trong những điều kiện nhất định đà chọn có quan hệ phụ thuộc vào nồng độ Cx của chất phân tích M (hay họp chất MnRm của chất M) trong mẫu (trong cuvet đo phô). Một cách tông quát, môi quan hệ này được biêu thị bởi công thức sau:

223

hay

= £.a>M.I0.L c

k.CMb

(3.2a)

(3.2b)

Trong đó: - k = 8.OM.I0.L - e: Hệ số hấp thụ bức xạ kích thích của chất M; - OM: Hệ số phát xạ huỳnh quang của chất M;

— Cm- Nông độ của chất trong mẫu phân tích trong cuvet đo phố. Hệ số k = eOmI0L là một hằng số thực nghiệm, nó phụ thuộc vào tất cả các điều kiện thực nghiệm của sự kích thích phố huỳnh quang và sự phát xạ huỳnh quang của chất. Do đó trong những

điều kiện thực nghiệm nhất định đã chọn thi giá trị cua k này là không đổi, k = const. Như vậy cường độ phát xạ của vạch phổ huỳnh quang chỉ còn phụ thuộc vào nồng độ CM của chất phân tích M (hay MnRm). Còn b cũng là một hằng số, nó phụ thuộc vào bản chất cùa chất phát huỳnh quang và nồng độ của nó. Nói chung khi nồng độ Cm nhỏ, thì b luôn luôn bằng 1, khi nồng độ Cm lớn thì b nhỏ hon 1, tức là b chỉ nằm trong phạm vi: 0 < b < 1. Với chất phân tích X và một vạch phố huỳnh quang cùa nó, chúng ta luôn có một giá trị nồng độ co của chất phân tích X là ranh giới mà giá trị của hằng số b bằng 1 hay nhở hon 1, nghĩa là chúng ta luôn luôn có:

- Nếu với cx < Co sẽ có b luôn luôn bằng 1 (b = 1). Tức là trong trường họp này mối quan hệ

giữa cường độ tia phát xạ huỳnh quang Ix và nồng độ Cx của chất phân tích trong cuvet là tuyến tính, có dạng y = ax. - Nếu với cx > co, thì b nhỏ hon 1 (b < 1) và tiến về 0 khi nồng độ chất phân tích cx tăng dần

và lớn hon cx. Trong trường hợp này môi quan hệ giữa K và Cx là không tuyến tính (hình 3.2, đoạn BC).

224

Giá trị nông độ Co ơ đây lớn hay nhở là tuỳ thuộc vào mồi vạch phô phát xạ huỳnh quang của chat X và nông độ Cx- Nói chung, các vạch phô huỳnh quang nào càng nhạy, thì giá trị của Co càng

nhó, vùng tuyên tính hẹp và giá trị Co này được gọi là giới hạn trên của vùng tuycn tính cúa môi quan hệ giữa Ix và Cx trong hàm Ix = f(Cx). Một cách tông quát môi quan hệ Ix = f(Cx) này có thê được mô tả như trong hình 3.2 và biêu

thức (3.2b) là phương trình cơ sở của phép đo phô huỳnh quang đê định lượng một chất. Trong biêu thức (3.2a), các hệ số o và £ là các thông số đặc trưng cho mồi chất phát huỳnh

quang. Các chât càng nhạy phô huỳnh quang, thì giá trị của các tham sô này càng lớn và phép đo phô huỳnh quang của nó càng có độ nhạy cao. Bảng 3.1, 3.2 và bảng 3.3 là ví dụ về các vạch phô huỳnh quang cua một sô nguyên tô và các hợp chât hóa học. Bảng 3.3 Các phức chất và chelate có tính huỳnh quang lon

Thuốc thử

(nm)

LOD (mg/L)

xác định

Al(lll)

Alizarine R

470

500

0,007

Cd(ll)

2-Hydroxyphenỵl benzoxa- sol

365

485

0,02

Li(l)

Hydroxyquinoline

370

580

0,2

Ca(ll)

Calcein

330

510

0,1

Mg(ll)

Calcein

330

510

0,1

Zr(IV)

Flavanol

400

475

0,1

Sn(IV)

Flavanol

400

475

0,1

Feroxyanure (pH > 10)

356

395

0,1

Zn(ll)

8-Hydroxyquinoline

370

425

0,05

Fe(ll)

Axit Salicylic

0,05

Bảng 3.4 (a, b, c) là các ví dụ về câu trúc phân tử của các chất có phô huỳnh quang. Các chất

trong bảng 4a đều có phố huỳnh quang trong những vùng pH nhất định. Ví dụ axit Salicylic trong vùng

pH từ 2-4,5; P~Naphthol từ 7-8,5; Eosin từ 2,5-4,5; Phloxin 2-4, Caccin từ 6-14; còn Morin từ 8-10. Ọua các ví dụ trong bảng 3.2 đên 3.4, chúng ta thây các chât có phô huỳnh quang, trong phân tử

cua nó đều có các liên kết 71 và và liên họp ơ - 71, có nguyên tố dị tố còn đôi điện tử tự do n và các vòng 6 (gốc phenyl).

Hình 3.3 là ví dụ phô huỳnh quang cua một số hợp chất hữu cơ và hợp chất phức.

225

Đảng 3.4a. cấu trúc phân tử của một số chất có tính huỳnh quang

Tên thuốc thử

Công thức nguyên

Axit Salicylic M= 138,12

C6H5COOH

Eosine M = 647,90

C2oH805Br4

Công thức cấu tạo

COOH õ

2,5-4,0

2,5-4,5

O-COOH

VW' * O

Br 0 Fluorescein M = 332,31

pH có HQ

C20H12O5

6-4

kiLcOOH

XXXA-OH

0' ã Phloxin M = 716,70

C2oH605Br4C12

2,0 - 4,0

Cl Cl -IụTcOOH

Br Xxj3oh Br 0 Br Calcein M = 622,54

06 - 14

(HOOC-H 2C)2-N-H2C

P-Naphthol M= 144,17

C10H8O

Morin M = 302,24

C15H10O7

JL zA<^A.ch2-n-(ci 42COOH)2 2 v zix-COOH

7,0 - 8,5

eờ°

HO 0

______________

ARSENAZO III

Arsenazo I, z_AsO3H2 A-n=nJv^

HOjsl^XJso.H

226

8,0-10

OH ọọd=>""

AsOA

HAAS

/ Vn=n-Zỵ%_n=n-ố > -

HO3S\A^SO3H

Bảng 3.4b. cấu trúc phân tử của một số chất có tính huỳnh quang

(1)

Axit

(2)

(3)

(4)

Môi trường kiếm Với chất này, độ phát HQ thay đổi theo pH rõ rột.

Bảng 3.4c. cấu trúc phân tử của một số chất có tính huỳnh quang

227

Bảng 3.5. Ví dụ chất hữu CO’ có thể được xác định bằng phổ HQ Tên chất

Actinomicine D N-Allylnormorphine

Antimicine Naphthalene

Môi trường

LOD

Aex

(nm)

(nm;

(ppm)

Nước, kiềm

370

420

0,1

pH = 1

285

355

0,1

pH : 7-9

350

420

0,1

Nước, pH 8 - 9

375

400

0,05

380

460

0,1

Pentacene Aspirine

CHCla

280

355

0,1

Atrapine

Nước

365

556

Estrogen

pH 13

495

546

0,1

LSD

pH = 7

325

635

0,02

Fericyanid

258

440

0,1

Phenobabitol

pH = 13

265

344

0,2

Procaine

pH = 11

275

345

0,01

Quinine

pH : 1 - 2

350

450

0,01

Sulfanilamide

pH : 3-7

275

350

0,1

pH = 11

390

510

0,02

Phenol

OH'

265

365

0,2

Toluene

Nước

270

320

0,2

Dimethylaniline

Nước

279

363

0,1

n-Hexane

235

480

0,01

pH = 12

325

425

0,1

Vitamin E

Nước

295

355

0,05

Aflatoxins G1, G2

Nước

365

455

0,01

Morphine

Tetracyline

Vitamin A

Thiocrom (B1)

228

Bảng 3.5. Ví dụ chất hữu cơ có thẻ được xác định bằng phổ HQ (tiếp)

Tên chất

Môi trường

Tocopherols

LOD

^Ex

(nm;

(ppm)

Nước, pH 8

298

325

0,02

Ribflavin

OH’

440

550

0,02

Adenosin

H2SO4 5N

270

390

0,1

Adenine

pH = 1

265

380

0,1

H2SO4 5N

272

390

0,02

pH = 11

340

460

0,1

NAD

NaOH 7M

340

460

0,1

NADPH

pH : 8 - 11

340

460

0,1

NADP

NaOH 7M

340

460

0,1

Propyl-Benzen

270

320

0,3

Anisolne

285

345

0,1

Benzo-nitrile

280

360

0,2

ADP

NADH

(a)

(b)

Hình 3.3a. Ví dụ về phổ huỳnh quang của Anthracene.

a) Phổ nguồn kích thích; b) Phổ phát xạ huỳnh quang Anthracene.

Hình 3.3b. Ví dụ về phổ huỳnh quang của Sulfat-quinine.

229

3.1.2.2. Những yếu tố làm sai lệch sự phát xạ huỳnh quang

Theo quy luật của sự phát xạ huỳnh quang, chúng ta có cường độ của tia huỳnh quang là phụ thuộc vào ba đại lượng À, L và Cx, nghĩa là có:

Ix = f(l, L, C).

Như thế, cường độ tia huỳnh quang I;_ là hàm số của ba biến so X (chùm sáng kích thích), L (bề dày lớp đung dịch chùm sáng chiếu qua, cm) và Cx (nồng độ chất trong cuvet đo, mol/L). Do đó mọi sự

sai lệch của ba tham số này đều có thể làm sai lệch quy luật phát huỳnh quang b. của chất. Hay phân tích tách biệt sự phụ thuộc của cường độ I). theo từng tham số thì chúng ta có:

230

I = f(^

(al)

I = f(L)

(a2)

l = f(Cx)

(a3)

Những nguyên nhân đó có thê là:

1) Chùm sáng kích thích XEx chiếu vào cuvet đo phố không đon sắc. Tức là khi X thay đối cũng làm I thay đôi (al).

2) Các điêu kiện đo cường độ chùm tia phát xạ huỳnh quang Ix, ví dụ bề dày L của cuvet (a2), độ trong cùa cuvet không thật đồng nhất. 3) Các yêu tố làm sai lệch nông độ Cx thực của chất phát huỳnh quang (a3) và nguyên nhân của các sai lệch này có thê là do các yêu tố:

- Sự phân ly của phân tử chất X cần đo phổ huỳnh quang trong dung dịch mẫu, nếu nó là một axit (HX) hay bazơ yếu (BOH), hoặc hợp chất phức.

+ Phân ly axit:

H + X

(bl) CÓ K;

B+ + OH

(b2) CÓ Kb

Í5

Me+ 4-

(b3) có Kfl

Phân ly bazơ:

BOH Phân ly của phức:

MeR

Như thê khi Ka hay Kb, hoặc Kfi càng lớn thì ảnh hưởng càng nhiều.

- Môi trường pH (độ axit) của dung dịch mẫu: vì yếu tố này ánh hưởng đến sự hình thành, độ bền và sự tồn tại cùa các hợp chất trong dung dịch, nhất là các họp chất có gốc axit hay bazơ yếu, như trong các cân bằng (b 1), (b2) và (b3). Ví dụ:

+ Pb2+

+ 2H2Dz -> Pb(HDz)2

(khi pH < 6,0).

+ Pb2+

+ H2Dz -> Pb(Dz)

(khi pH > 8,0).

+ Pb2+

+ 3H2Dz -> Pb(Dz) vàPb(HDz)2 (khi pH: 6,0 - 8,0).

- Sự tồn tại, lượng dư nhiều hayít của thuốc thừ tạo phức sinh ra họp chẩt cần đo huỳnh quang và ơ đây có hai hướng: a) Tạo họp chất khác, ví dụ

+ Fe3 + CNS

= Fe(CNS)2

(vừa đủ dư 3 lần ion CNS")

(cl)

+ Fe3+ + 2CNS = Fe(CNS)2'

(khi ion CNS > 3 lần Fe3+)

(c2)

b) Sinh phản ứng phụ, làm mất chất chính

- Sự cỏ mặt của các ion, các chất lạ khác có trong dung dịch mẫu. Yeu tố này được gọi là ảnh hường cua nguyên tố hay chất thứ ba trong mẫu. Ví dụ như phản ứng (cl), nếu trong dung có ion Co2 thì cũng sinh ra phức tương tự như Fe , tức là Co(CNS)1- .

- Một sô dung môi hữu cơ, sự solvát hóa của dung môi, tạo liên kêt câu hydro, ảnh hưởng đên sự

phát huỳnh quang của chât (chuyên dịch À,Max và làm giảm cường độ huỳnh quang. Thường là các dung môi họ alcôn và alđehyt. - Sự hình thành các liên họp phân tử của các chất, làm mất hay giảm độ phát quang của chất chính.

4) Nhiệt độ môi trường đo phô huỳnh quang không hăng định. Vì nhiệt độ trong một mức độ nhât định có anh hưởng đến sự tồn tại và sự phân ly của họp chất phát huỳnh quang và qua đó làm giảm độ phát huỳnh quang, do mất các phân tử phát huỳnh quang. 231

Vì thế với mỗi trường hợp đo phổ huỳnh quang cụ thể của mồi chất cần phải được xem xét tắt các các yếu tố nói trên, đế phát hiện các yếu tố ảnh hưởng, tìm cách loại trừ đế có được các điều kiện thích hợp nhất cho phép đo, loại các ảnh hưởng, nhằm đạt độ chính xác cao.

3.2. NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA PHÉP ĐO PHỐ HUỲNH QUANG - Nguyên tắc của phép đo phố HQ Từ những điều kiện sinh ra phổ phát xạ huỳnh quang như đã nêu ở phần trên, chúng ta thấy dù là huỳnh quang nguyên tử hay huỳnh quang phân tử cũng có nguyên tắc giống nhau. Do đó muốn thực hiện phép đo phổ huỳnh quang của một chất chúng ta phải thực hiện các công việc cần thiết lần

lượt như sau:

1) Tạo ra môi trường mẫu chất phát xạ huỳnh quang của chất phân tích. Môi trường này có thế là

các nguyên tử tự do ở trạng thái khí trong một môi trường khí tro phù họp (phép đo phố huỳnh quang nguyên tử), hoặc là dung dịch đồng thế của chất phân tích hay sản phâm cùa chất phân tích tác dụng với một thuốc thử phù họp sinh ra có tính huỳnh quang (phép đo phô huỳnh quang phân tử). Môi trường

phát xạ huỳnh quang này chính là mẫu phân tích đế đo phồ huỳnh quang, đó là: a) Trong phép đo pho huỳnh quang nguyên tử

Các mẫu rắn, mẫu lòng chúng ta đều phải hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu trước bằng một nguồn năng lượng thích họp, ví dụ như nguồn nhiệt của:

+ Ngọn lửa đèn khí, + Hồ quang điện, + Tia lửa điện, + Hay nguồn cảm ứng cao tần ICP,... đế có được chất phân tích ở trạng thái hơi (khí) của các nguyên tử tự do, có khả năng phát huỳnh quang, khi nó bị kích thích. Sau đó nhờ một khí mang trơ (ví dụ Ar, He) dẫn hơi mẫu này vào buồng đo phô huỳnh quang

(sample Cell hay sample cuvet). b) Trong phép đo pho huỳnh quang phân tử

Trong phép đo này có hai trường họp:

b 1) Các chất có phổ HỌ

Với các chất phân tích, bản thân nó có phổ huỳnh quang thi chúng ta chỉ việc chọn một dung môi thích họp hòa tan mẫu phân tích thành dung dịch trong đồng thể và cho mẫu vào cuvet để đo phồ. b2) Chất không có phổ HQ

Với những chất phân tích X, bản thân nó không có phổ huỳnh quang, ví dụ các ion kim loại và các anion, thì chúng ta phải cho nó tác dụng với một thuốc thử huỳnh quang R trong các điều kiện phản ứng nhất định có tính chất định lượng để tạo ra một sản phẩm phức bền XnRm có tính huỳnh quang và đo phô huỳnh quang sản phâm sinh ra này:

nX Chat phân tích

232

mR Thuôc thử

XnRm

Sản phăm có HQ khi bị kích thích

Ví dụ xác định Ca(II) dùng phản ứng trong KOH có pH >12:

Ca(IĨ) Chất PT

Cal

Thuốc thử HQ

Ca(II)-Cal phức HQ của Ca có: Ảex = 330 ntn

và ÀEm= 510 nm

Cal: Là thuốc thử huỳnh quang Calsein Hay với vitamin Bl (thiamin) dùng phản ứng sau ở pH = 8,5:

Thiamin (BI) 4- K3[Fe(CN)6J = Thicrom Chăt có huỳnh quang

cỏ: ^Ex= 295 nm và À,Em= 355 nm 2) Chọn một nguôn sáng (chùm tia sáng kích thích ÀEx) có năng lượng phù hợp chiêu vào mẫu phân tích trong cuvet (môi trường chất phát huỳnh quang) để kích thích các chất phân tích (nguyên tử hay phân tử) cho chúng hấp thu và phát xạ ra phố huỳnh quang. Nguồn sáng này có thể từ một trong các loại sau: 4-

Đèn hồ quang hydro nặng, D2“Lamp;

Đèn hồ quang Xenon;

+ Đèn catôt rồng (HCL); 4-

Đèn hơi Hg.

3) Thu toàn bộ chùm sáng phô huỳnh quang của mẫu ở hướng vuông góc với chùm sáng kích thích (tia tới), phân ly phô huỳnh quang này và chọn một tia phát xạ huỳnh quang XEm đặc trưng nhât của chât phân tích, rồi hướng nó vào nhân quang điên (detector) đê phát hiện và ghi nhận cường độ phô

huỳnh quang Ix cua nó. 4) Ghi nhận và chi thị kết quả đo phô huỳnh quang của chất theo một cách nào đó, như máy tự ghi (recorder), máy hiện sô (digital) hay máy in (printer), hay hệ máy tính. Bốn nội dung ncu trên chính là nguyên tắc cơ sở của phép đo phổ huỳnh quang. Song cũng từ những điều này chúng ta thấy trong phép đo phồ huỳnh quang chúng ta phải có hai hộ quang học.

4- Một hệ quang tạo ra chùm tia đê kích thích phô huỳnh quang và Một hộ quang đê thu nhận, phân ly và chọn tia phát xạ huỳnh quang đê đo. Đó là tia vuông góc với chùm tia kích thích. 4-

Như thê hai hệ quang học này có trục quang vuông góc với nhau. - Cấu tạo của một hệ máy đo phổ HQ Theo nguyên tắc đà nêu ơ trên, hệ thống trang thiết bị cúa phép đo phố huỳnh quang cần phải có

các bộ phận chính cơ bản như sau: 1) Nguồn tạo chùm tia kích thích phố huỳnh quang chất phân tích;

2) Hệ quang học chọn chùm tia kích thích phố, À-EX;

233

3) Buồng chứa mẫu đế đo phô, đó là các cuvet hay flowcell; 4) Hệ quang học chọn chùm tia phát xạ huỳnh quang À-Em và detector, nhận và đo cường độ tia

huỳnh quang Ix; 5) Bộ phận chỉ thị kết quả đo cường độ tia phát xạ huỳnh quang Ix; Các hệ máy đo phô huỳnh quang hiện đại ngày nay còn có thêm các bộ phận:

6) Bộ phận tự động đưa mẫu (autosampler); 7) Bộ khống chế nhiệt độ cuvet mẫu; 8) Máy tính và bộ chương trình để điều khiển mọi hoạt động của máy phổ và xử lý số liệu đo,

tính toán kết quả phân tích.

Đó là các bộ phận của một hệ máy đo phố HQ hoàn chỉnh. Theo các nguyên tắc này, sơ đồ khối của một hệ thống máy đo phổ huỳnh quang có thể được mô

tả như trong hình 3.4. Nói chung, bất kỳ máy phố huỳnh quang nào cũng phải có hai hệ quang học. Trong các hệ máy đo phổ huỳnh quang đơn giản, các hệ quang học này thường là các bộ lọc sáng, hình 3.5a đế chọn chùm tia kích thích XEx trong một vùng phố nhất định hướng vào cuvet chứa mẫu và bộ lọc chọn chùm tia phát xạ Xehi để hướng vào khe đo (hình 3.5a).

Hình 3.4 sau đây là sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của một hệ máy phổ huỳnh quang phân tử.

Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý của máy đo phổ huỳnh quang. 1) Nguồn sáng kích thích phổ; 2) Hệ quang chọn tia kích thich ẰeX; 3) Buồng mẫu; 4) Hệ quang chọn tia phát xạ Ằemỉ 5) Bộ khống chế chùm sáng; 6) Bộ chuyển đổi; 7) Hệ điện tử và máy tính.

Ngược lại, trong các máy đo phổ huỳnh quang có phân giải phổ, cần phải có một bộ đơn sắc đế phân ly và tách các vạch phổ cần thiết trong chùm sáng kích thích đế có chọn được một chùm tia đơn sắc À.ex nhất định và cũng như trong chùm sáng phát xạ huỳnh quang của mẫu thành từng tia huỳnh quang riêng biệt có độ dài sóng nhất định Xem. Hệ quang này có khả năng phân giải phô bình thường 0,l nm hay cao đến 0,01 nm, hoặc rất cao tới 0,001 nm (hình 3.5b).

234

Sample

nr aperture Shutter

disk

Primary filter <**>

Sample photomultiplier

Secondary filter

Reference photomultiplier

0 Sample

( ■<>>

<M>

Reference aperture disk

Hình 3.5a. Sơ đồ hệ máy phổ HQ không dùng bộ phận giải phổ

(dùng kính lọc chọn chùm sáng ẢEx và ẰEm). 1) Nguồn sáng kích thích phổ; 2 & 3) Bộ lọc chùm sáng chiếu vào mẫu; 4) Bộ lọc sơ cấp; 5) Gương phản xạ 100%; 6) Bộ lọc chùm sáng so sánh; 7) Nhân quang so sánh; 8) Buồng mẫu; 9) Bộ lọc thứ cấp;

10) Nhân quang mẫu; A, B, c và D: Các bộ thấu kính lọc sáng.

Hình 3.5b. Sơ đồ máy đo phổ HQ có dùng bộ phận giải phổ. 1) Nguồn sáng; 2) Hệ quang tạo chùm tia kích thích Ảex; 3) Bộ chia chia đôi chùm tia sáng; 4) Buồng mẫu; 5) Bộ Cell so sánh; 6) Hệ nhân quang so sánh; 7) Gương phản xạ;

8) Hệ quang tạo chùm tia phát xạ HQ Ằem; 9) Hệ nhân quang của mẫu.

235

Hiện nay trong các hệ máy phổ huỳnh quang loại này, người ta thường dùng các tấm cách tư phang phản xạ để phân giải chùm sáng. Các tấm cách tử thường dùng là loại có hằng số cách tứ ki từ 1800 - 2400 vạch/mm, đôi khi đến 3200 vạch/mm (máy nghiên cứu cao cấp).

3.3. PHỔ HUỲNH QUANG PHÂN TỬ 2.3.1. Sự xuất hiện của phổ huỳnh quang phân tử - Phô huỳnh quang phân tử khác phô huỳnh quang nguyên tử ở chồ là các phân tử sinh ra phô huỳnh quang ở đây là các phân tử (hợp chất hay phức chất) ở trạng thái dung dịch đồng thế, ví dụ như trong dung môi nước, hay metanol. Nghĩa là chất cần đo phổ huỳnh quang phải được hòa tan trong một dung môi phù hợp tạo thành dung dịch đồng thê và ờ đây có hai trường hợp. 1) Chất phân tích có phổ huỳnh quang

Là các chất mà chính phân tử của chất phân tích bản thân nó có phổ huỳnh quang, khi bị kích thích bằng chùm sáng thích hợp, ví dụ như vitamin E, quinin, anthracene, tetracene, naphthalene,... Nói chung, trong dung môi nước, nhiều chất hữu cơ như anthracen, naphthalen, quininsunphát, các vitamin, aminoaxit, một số dược phẩm,... có khả năng phát ra phố huỳnh quang đặc trưng của nó, khi nó bị thích kích bằng nguồn năng lượng phù hợp, như đèn Xe (Xe-Lamp).

2) Chất phân tích không có phổ huỳnh quang

Đây là trường họp của các chất vô cơ là chủ yếu, như các ion kim loại và các anion. Trong trường họp này, người ta tạo ra các sản phẩm có tính huỳnh quang khi cho chất phân tích X tác dụng với một thuốc thử huỳnh quang R theo phản ứng có tính chất định lượng như sau:

XnRm

để sinh ra sản phẩm XnRmcó tính huỳnh quang khi bị kích thích, như vitamin Bl (thiamin), các ion kim loại và anion không có tính huỳnh quang, nhưng nếu ta cho nó tác dụng với một thuốc thử R thích hợp, thì chúng lại sinh ra một sản phấm (phức chất, hay họp chất bền) có tính huỳnh quang mạnh, có thê đo phổ huỳnh quang được. Ví dụ 1: Vitamin Bl (Thiamie) khi tác dụng với ferocyanua trong môi trường KOH pH =10 - 12, nó sè tạo ra sản phẩm thiochrom có phổ huỳnh quang mạnh theo phản ứng sau: BI + [Fe(CN)g]3_

—>

Thiochrom

(a)

(Chất phát xạ huỳnh quang) có: À,Ex= 325 nm và ẦEm= 425 nm

236

Ví dụ 2: Cation Ca(II)

Hay đế xác định Ca(II) cho nó tác dụng với thuốc thử Calsein (Calc) theo phản ứng ở pH = 12: Ca(II) + Calc

Ca-Calc

Phức huỳnh quang có: ÀEx = 330 nm

và ÀEm = 510 nm Ví dụ 3: Hay với ion Cr(III) theo phản ứng: Cr3+ + K.CNS

[Cr-CNS]2+

+ K+

Phức huỳnh quang Bằng cách này, rất nhiều chất không có phổ huỳnh quang, vẫn có thể xác định được nó bằng phép đo phô huỳnh quang phân tử, nếu tìm được một thuốc thử R thích hợp cho nó, đế tạo ra sản phẩm có tính chất huỳnh quang. Đó là trường hợp của các ion kim loại và các anion. Theo cách này, trên 40 ion kim loại và 12 anion có thế xác định được theo phố huỳnh quang phân tử đạt đến độ nhạy 0,1 - 0,001 ppm. Ví dụ thuốc thử Calxein tạo với ion Ca(II) trong dung dịch nước môi trường kiềm (KOH Ph > 12) một sàn phấm là hợp chất phức Ca-Calxêin có tính huỳnh quang rất mạnh, khi bị kích thích bời chùm tia sáng Xex = 365 nm và nó phát ra chùm sáng phát xạ huỳnh quang ở sóng À,em =510 nm có LOD = 0,005 ppm (bảng 3.3). Bảng 3.4 và các hình 3.3, hình 3.6-3.10 là ví dụ về cấu trúc phân tử và phố huỳnh quang của một số chất.

Hình 3.6a. Sự hấp thụ và phát xạ HQ của chất.

237

Phát xạ HQ

Kích thích HQ

Hình 3.6b. Ví dụ về phổ huỳnh quang của (C6H4)(NH2)2.2HCI.

A) Phổ của chùm tia kích thích; B) Phổ của chùm tia huỳnh quang.

Do môi trường đo phổ HQ là chất lỏng, nên các mẫu để đo phố huỳnh quang phân tử đều được để trong cuvet trong suốt và không có tính huỳnh quang. Như vậy đê đo phô huỳnh quang, trước tiên các mẫu phân tích phải được chuẩn bị bằng cách hòa tan chất phân tích trong một dung môi phù hợp. Dung môi này phải không có phố huỳnh quang và không gây ảnh hướng đến quá trình phát xạ huỳnh quang và sau đó đo phổ huỳnh quang của chất trong dung dịch đó. Các hình từ 3.6 đến 3.9 là các ví dụ về phố

Hình 3.7a. Ví dụ về phổ huỳnh quang của phức Al-Alizarin-R. A) Phổ kích thích; B) Phổ hấp thụ phân tử UV; C) Phổ huỳnh quang phân tử.

238

Hình 3.7b. Ví dụ về phổ huỳnh quang của phức [Cr(lll)CNS] (trong ba tỷ số nồng độ ion C^/CNS).

Hình 3.8. Ví dụ về phổ huỳnh quang của Anthracene. a) Phổ của chùm sáng kích thích; b) Phổ của chùm sáng phát xạ huỳnh quang.

239

Kích thích

Phát xạ HQ

Hình 3.9. Ví dụ về phổ huỳnh quang của phức (C6H4)2N-CH3.

- Phố huỳnh quang phân tử của các chất cũng có liên quan chặt chẽ với cấu trúc phân tử cùa các chất phát huỳnh quang, tức là các loại liên kết hóa học trong phân tử chất, mà chủ yếu là các liên kết 71, liên kết liên hợp -7Ĩ-Ơ-7Ĩ- và cặp điện tử hóa trị tự do n còn trong các nguyên tử dị tố, như N, s. Các chât có đặc diêm sau đây có liên quan đến độ phát huỳnh quang:

4- Các cấu trúc nhân thơm vòng 6 hay mạng vòng 6 cacbon.

+ Các tổ hợp liên kết liên hợp -7L-Ơ-7E- làm tăng tính huỳnh quang. + Vòng 5 có dị tố thường làm giảm tính huỳnh quang. + Vòng thơm 6 có nhóm amino-axit, amin làm tăng tính huỳnh quang. + Nhân thơm vòng 6 có thêm nhóm thế -R có các liên họp -7I-Ơ-7L-Ơ- hay liên hợp Ơ-7I-Ơthường làm tăng tính huỳnh quang. + Vòng thơm 6 có gắn ion -RN+ thường làm giảm tính huỳnh quang.

4- Việc thêm các nhóm thế -R vào phân tử gốc cũng ảnh hưởng đến độ phát huỳnh quang của các chất rất khác nhau, vấn đề này có thể có vài nhận xét như sau:

- Sự có mặt của các nhóm thế gắn vào hệ thống vòng thơm có khả năng cho electron (electron donating group), như -NH2, -NH, -OH,... thường làm tăng tính huỳnh quang của chất. Vì nó làm tăng mật độ electron trong hệ thống vòng thơm chính (bảng 3.6). - Sự có mặt của các nhóm thế gắn vào hệ thống vòng thơm có có khả năng giải tòa mật độ electron của chất (electron with drawing group), như -NO2, -CN, -X, -RX,... thường làm giảm tính huỳnh quang của chất. Vì nó làm phân tán mật độ electron trong hệ thống vòng thơm ra nhóm thế. Nói chung, cấu trúc phân tử của chất, đặc biệt là các liên kết 71, liên kết liên họp 7Ĩ-Ơ-7I, các

nhóm thế có liên kết 71,... là các yếu tố có liên quan đến tính chất phát huỳnh quang, như sóng kích (lEx) và sóng phát xạ cực đại (lEm) của chất (hình 3.10, bảng 3.5 và 3.6). Trong 4 chất ở hình 3.10, ta thấy (I) và (II) hay (III) và (IV) có nhóm thế khác nhau. Chất (I) có ^Ex/^Em= 260/282 nm (với LOD = 0,25 ppm), và chất (II) có XEx/XEm = 275/303 nm (có LOD = 0,09 ppm). Còn chất (III) có XEx/À,Em = 287/348 nm (có LOD = 0,02 ppm) và chất (IV) có À,Ex/À,Em= 495/570 nm (có

LOD = 0,01ppm). Nghĩa là các chất có tính huỳnh quang mà sóng kích thích (ẦEx) và sóng phát xạ (XEm) bị chuyển dịch về phía sóng dài, khi có các nhóm thế có cấu trúc khác nhau và có nhiều liên kết 71.

240

Hình 3.10a. Ảnh hưởng của cấu trúc phân tử trong hệ và sóng phát xạ huỳnh quang.

Hình 3.1 Ob. Ví dụ thuốc thử huỳnh quang của một sồ ion kim loại.

,.S^(OH)2

AsO3H~ ,h—ó /

n=n—

(CjHj) ,N

N(C,H,)a

Ã.CO.H

Rodamin B: (R-CJI)

Phức Sc(III)-Arsenazo-III

Phức Rohdamin-B-Me

Hình 3.1 Oc. Ví dụ thuỗc thử huỳnh quang của một số ion kim loại.

Nghiên cứu sự tôn tại cua các chât ở trạng thái bị kích thích huỳnh quang, người ta thấy các chât khác nhau, chúng cũng có thời gian tồn tại ở trạng thái này rất khác nhau, ngắn nhất là cờ 0,l nano giây và lâu nhất là cờ 80 nano giây (bảng 3.8).

241

Bảng 3.6 và 3.7 là một ví dụ về ảnh hường của nhóm thế. Bảng 3.8 là thời gian tồn tại ở trạng thái kích thích. Bảng 3.6. Ành hưởng của nhóm thế trong hệ nhân thơm Nhóm thế

STT

Cường độ 1 (HQ)

Xé dịch Ảex & ÀEM

-Alkyl, -so3

Hầu như không

Rất ít ảnh hưởng

-OH, -OCH3

Làm giảm

Làm tăng 1 (HQ)

-nh2, -nhr, -nr2

Làm giảm

Làm tăng 1 (HQ)

-C=N

ít ảnh hưởng

-SH, -Halogen

Làm giảm

Làm giảm 1 (HQ)

-COOH, -NO2,

Làm giảm

Làm giảm 1 (HQ)

-no

Bảng 3.7. Ành hưởng của nhóm thế đến

Iex

và

Ie™

Nhóm thế

Iex (nm)

lEm (nm)

/«Q

269

391

-nh2

290

345

Dimethylamilin

-N(CH3)2

297

363

114

Floro-Benzen

-F

269

285

Cloro-Benzen

-Cl

281

294

0,2

Bromo-Benzen

-Br

-1

-OH

279

302

112

-COOH

Nitro-Benzen

-no2

Benzo-Nitril

-CN

267

294

Chất

Benzen Anilin

lodo-Benzen

Phenol Benzoic axit

Bảng 3.8. Thời gian tồn tại của trạng thái kích thích HQ của chất STT

242

Chất có huỳnh quang

Tồn tại, t (nano giây)

Anthracene

0,26

Chlorophill

30,00

Fluorescene

4,90

NADH

4,50

Quinine-sulfate

19,00

Resorcinol

1,78

Thiocrome

5,20

Phức Al-Alizảin-R

4,50

3.3.2. Cường độ chùm tia phát xạ huỳnh quang Như chúng ta đà biết, phố huỳnh quang phân tử của một chất là phồ phát xạ huỳnh quang của nó. Tức là khi nó bị kích thích và hấp thụ nặng lượng của chùm sáng kích thích, sau khi suy biến và giải phóng ra năng lượng đà nhận vào (hấp thụ) dưới dạng các tia bức xạ, là chùm tia phát xạ phố huỳnh quang, đê trở về trạng thái cơ bản bền vững nghèo năng lượng ban đâu. Tức là có các quá trình: 4- Sự hâp thụ năng lượng và bị kích thích: X,

ÀEx

* Xi

-►

(a)

+ Sự suy biến mức I: * Xi

-> Xị‘(l) + Et

+ Sự phát xạ tia huỳnh quang:

* (I) -> Xi Xi

+ n(hv)

(b)

(Phô HQ của chất) Bảng 3.9. Đặc trưng HQ của một số dung môi

Công thức

Hợp chất

c6h6

Benzene Toluene Propylbenzene Fluorobenzene Chlorobenzene Bromobenzene Iodobenzene Phenol Phenolate ion Anisole Aniline Anilinium ion Benzoic acid Benzonitrile Nitrobenzene

C6HsCHj c6h5c3h7

C6H5F C6H5Cl C6H5Br

CsH5I c6h5oh CJijOC6H5OCH3

QHjNHj QH5NH3 C6H5COOH

QjHjCN c6h5no2

A-HQ

270-310 270-320 270-320 270-320 275-345 290-380 285-365 310-400 285-345 310-405 310-390 280-360 -

l,d

10 17 17 10 7 5 0 18 10 20 20 0 3 20 0

Như vậy hiệu suất lượng tử huỳnh quang d>xi của chất Xi sè là: Oxi

= Nf/NEx

(3.3a)

Trong đó: - Nfí Số phân tử chất Xj phát huỳnh quang;

- NEx: Số phân tư chất Xj đà bị kích thích.

Cường độ bức xạ (phát xạ) của chùm tia huỳnh quang của chất Xj tỳ lệ thuận với hiệu suất lượng

từ huỳnh quang Oxi và cường độ cùa chùm sáng kích thích, tức là: Ix = Oxi.(Io-Itr)

(3.3b)

243

Trong đó:

+ Io: Cường độ chùm sáng kích thích:

+ Itr: Cường độ của chùm sáng đi qua mẫu.

Cường độ của chùm tia phát xạ huỳnh quang (Ix) của phân từ của chất khi bị kích thích bằng một nguồn năng lượng (hay tia sáng ÀEx cường độ Io) thích hợp, nó liên quan đến các đại lượng sau đây: + Hệ số hấp thụ năng lượng phân tử của chất, 8xì; + Hệ số lượng tử phát huỳnh quang của chất, Oxiỉ + Cường độ của chùm sáng kích thích, Io; + Nồng độ của chất trong môi trường phát huỳnh quang, cx; + Độ dày L của một lóp dung dịch chất mà chùm sáng Io chiêu vào.

Một cách tổng quát, I;. được xác định theo biểu thức sau. Ix = ®x.Io.(l-e’ELC)

(3.3c)

Trong công thức (3.3c) số hạng (1-e eLC) có thể triển khai thành: (l-e’ELC) = eLC.[1 + (eLC)/2! + (eLC)2/3!) + (eLC)2/4!) +...+ (sLC)n/(n+l)!)] (1) (2) (3) (4) (n) Nếu c của chất là nhỏ (dung dịch loãng), thì các số hạng từ thứ (2), (3) đến thứ (n) trong biếu thức này sẽ rất nhỏ, không đáng kể và như thế công thức (3.3c) sẽ là:

Ix =0x.Io.8LCx

(3.3d)

Hay một cách tồng quát, chúng ta có biếu thức sau đây của mối quan hệ Ix và cx: Ix = k0.L.Ox.Io.Ex.Cxb

(3.3e)

Biểu thức (3.3e) cho chúng ta thấy, cường độ phát huỳnh Ix quang của một chất phụ thuộc:

+ Ba đại lượng, ba giá trị b, ex, Qx, tức là bản chất và cấu trúc phân tử của chất, Vì các đại lượng này liên quan chặt chẽ với cấu trúc phân tử (các loại liên kết và cấu trúc phân tử) của chất phát huỳnh quang. + Cường độ của chùm tia kích thích, Io; 4- Hằng số điều kiện thực nghiệm đo phổ huỳnh quang, koỉ + Hệ số b nhận các giá trị trong vùng 0 < b < 1.

Song đối với một chất nhất định và trong những điều kiện nhất định đà chọn không đổi, thì các đại lượng ko, L, <X>x, Io và 8X đều là hằng số, nên chúng ta có:

Ix=kCb

(3.4)

Với k = ko.L.O.Io.£ = const với một chất nhất định.

Công thức (3.4) là phương trình cơ sở của phương pháp phân tích định lượng các chất theo phô huỳnh quang phân tử của chúng. Mối quan hệ này có dạng hàm số I = f(C) và cũng có 2 vùng là tuyến tính (khi b = 1) và không tuyến tính (khi b < 1) như đà được chỉ ra trong hình 3.2. Tức là mỗi chất đều có một giá trị nồng độ giới hạn Co của vung tuyến tính. Các chất có phổ huỳnh quang càng nhạy,

244

nông độ Co này sẽ lùi vê phía nông độ nhở cua chất (bâng 3.1 Oa). Bảng 3.1 Ob là ví dụ hiệu suât phát huỳnh quang của một sô chât. Bảng 3.10a. Vùng tuyến tính phổ HQ của các chất

too (ppm)

Co (ppm)

Vùng tuyến tính

Vitamin E

0,05

3,5

0,25-3,50

Vitamin A

0,01

4,5

0,5-4,5

Phenol

0,25

1 - 12

Quinine

0,01

3,5

0,4-4,5

Thiocrom

0,1

5,5

0,5-5,5

Actinomicine D

0,1

6,0

0,5-6,0

Naphthalene

0,05

5,0

0,25-5,0

Riboflavin

0,01

3,0

0,1 -3,0

Phức Ca(ll)-Calcein

0,005

1,5

0,05-1,5

Phức Al-Alizarin R

0,008

2,0

0,05-1,5

Phức Zn-8-Oxyquinoline

0,05

2,5

0,2-2,50

0,005

0,5

0,02-0,5

Tetracyline

0,2

7,0

0,7-7,0

Thiochrom

0,02

0,6

0,6-20

0,03-0,005

0,1 -0,015

0,1 -25

Chất

Quinine sunphat

Phức Arsenazo III—Ln

(ppm)

Bảng 3.10b. Ví dụ hiệu suất phát huỳnh quang của một số chất Chắt

Benzen

Antracen

Floren

Florexen

Dung môi

T(°K)

293

0,035

n-He

293

n-He

t(F)

t(P)

13.1 O’9

0,11

0,09

5.72.10’9

298

0,31

14.10-9

Benzen

298

0,24

4.10 9

Toluen

298

0,27

14,5.10 9

Xie

293

6,2.1 O’8

293

0,53

(4,5.10-®)

n-He

293

0,54

Xie

293

n-Hep

0,54

H2O(OH)

293

0,85

4,4.1 O’9

h20

293

0,65

4,7.1 O’9

Glix

293

1,00

4,5.10-®

293

4.7.1Q-9

245

Bảng 3.10b. Ví dụ hiệu suất phát huỳnh quang của một số chất (tiếp) Chất

Dung môi

t(F)

0>F

MeOH

293

4,7.10“9

Bo-Ac

293

3,8.10“9

293

0,12

2,7.10“9

Isop

293

2,5

n-Hep

293

0,1

8,3.10“9

Xic

293

9,5.10"®

293

0,1

1,9.10“9

0,9.10"3

n-He

0,23

* 9,0.10"

n-Hep

3,65

Xic

3,7

296

0,65

Xic

293

0,65

2,0.10-®

Pa 0,1

293

0,36

1,0.10“7

Xylen

293

9,1.10“®

Xic

293

2,7.10“9

n-Hep

293

0,36

2,2.10“®

Benzen

293

0,065

Toluen

298

0,65

1,6.10“9

Xic

293

2,7.10“9

Naítalen

Phenan-tren

Piren

p-T rỉ-phenyl

Chú giải: + Op: Hiệu suất phát huỳnh quang.

+ Op: Hiệu suất phát lân quang. + t (F),s: Thời gian tồn tại trạng thái kích thích huỳnh quang, theo giây.

+1 (P),s: Thời gian tồn tại trạng thái kích thích lân quang, theo giây + Et: Etanol. + n-He: n-Hexan. + MeOH: Metanol. + Xic: Cyclohexane. + n-Hep: n-Heptan. + Glix: Glycerin. + Bo-Ac: Boric axit.

+ Isop: Isopropan. + Pa-0,1: Parafine 0,1%. Từ bảng 3.10b cho chúng ta thấy một số vấn đề sau:

246

a) Các chất khác nhau có hiệu suất phát huỳnh quang khác nhau. Tức là hiệu suất phát huỳnh

quang liên quan chặt chẽ với cấu tạo phân tử của các chất. Điều này cũng thấy rõ trong bảng 3.10c, với nhân bcnzcn khi gắn vào nó các nhóm thế khác nhau SC ảnh hướng khác nhau đến hiệu suất phát huỳnh quang. Nói chung, các nhóm thế ái electron mạnh thường làm giảm hiệu suất phát huỳnh quang.

b) Một chất nhưng trong các dung môi khác nhau cũng có hiệu suât phát huỳnh quang khác nhau.

c) Thời gian sống (tồn tại) ở trạng thái kích thích của huỳnh quang ngăn hơn rât nhiêu so với lân quang, bảng 3.7. Bảng 3.10c. Ví dụ ảnh hường của nhóm thế đến hiệu suất huỳnh quang (Nhân benzen với nhóm thế khác nhau)

Công thức

Chất

Vùng ẰEm (nm)

If (tương đối)

Benzen

C6H6

270-310

Toluen(Metyl-Benzen)

c6h5ch3

270 - 320

Propyl-Benzen

C6H5C3H7

270 - 320

Floro-Benzen

CgHsF

270 - 320

Bromo-Benzen

CgHsBr

290 - 380

Cloro-Benzen

c6h5ci

275 - 345

lodo-Benzen

c6h5i

Phenol

c6h5oh

285 - 365

Ion phenolat

c6h5o1“

310-400

Anisol

c6h5och3

285 - 345

Anilin

c6h5nh2

310-405

Axit Benzoic

CeHsCOOH

310-390

Benzo-Nitril

CeHsCN

280 - 360

3.3.3. Cấu trúc phân tử chất và sự phát huỳnh quang Trong phân tứ, khi một chất bị kích thích thì các đám mây electron liên kết trong phân tử chất sẽ

hấp thụ năng lượng tia bức xạ và chuyến lên mức năng lượng cao, ở trạng thái kích thích, cụ thê là:

“► ơ (hiếm có)

71 “► 71

(chủ yếu)

n “► ơ hay n -*

* 71

(ở phân tử có dị tố)

Các trạng thái kích thích này không bền, các đám mây electron có năng lượng cao này sẽ bị suy

biến đơn mức, mức I (singlete vibrational level) và sau đó sẽ phát ra bức xạ huỳnh quang đê vê trạng

thái bền vững ban đầu nghèo năng lượng. Còn khi suy biến bội ba (triplet) sè phát bức xạ lân quang. Tửc là có các chuyển mức ngược lại với quá trình kích thích:

247

(a) : ơ

-► ơ

(hiếm có)

(b) : 71

-► 71

(chủ yếu)

-► n hay n* -► n

(chủ yếu)

Trong phổ huỳnh quang, bước chuyến mức (a) thường rất hiếm có. Chỉ có hai bước chuyển mức (b) và (c) là chính và quyết định sự phát huỳnh quang của chất. Chính vì thế mà các phân từ chất có nhiều đám mây liên kết (7Ĩ bội đôi hay bội ba) và K liên hợp (n-ơ-ĩĩ) sè có sự phát huỳnh quang mạnh,

ví dụ benzen. Vì thế các hợp chất hữu cơ có đa vòng thơm benzen sẽ là những chất phát huỳnh quang mạnh, có độ nhạy huỳnh quang cao.

Trong phân tử của các chất, các đám mây ơ, n và (71-ơ-Tĩ) là những đám mây electron hóa trị liên kết tạo ra các chất, tức là cấu trúc phân tử chất được xác định bởi các đám mây liên kết ơ, 71 và (7i-ơ-7ĩ).

Mà các đám mây electron này lại quyết định phổ huỳnh quang, điều đó có nghía là phổ huỳnh quang có liên quan chặt chẽ với cấu trúc phân tử của chất.

3.3.4. Trang bị của phép đo phổ huỳnh quang phân tử Theo nguyên tắc như đã nêu ở trên, một hệ thống trang bị (hệ máy) của phép đo phổ huỳnh quang

phân tử cần phải có các bộ phận chính như trong hình 3.4. Nói chung, hệ máy phố huỳnh quang nào cũng có hai hệ quang học. Đó là hệ quang của chùm tia kích thích và hệ quang của chùm tia phát xạ huỳnh quang. Cụ thể, một hệ máy đo phô huỳnh quang phân tử phải gồm các bộ phận sau đây:

1) Nguồn sáng kích thích các chất sinh phổ huỳnh quang (ví dụ đèn D2-Lamp, W-Halid, Xe-Lamp, Hg-Lamp, Lade-Lamp); 2) Hệ quang học để chọn chùm tia sáng kích thích, ẦEx; 3) Buồng mẫu và cuvet chứa chất mẫu để đo phổ;

4) Hệ quang để chọn chùm tia sáng phát xạ huỳnh quang, ẦEm;

5) Detector (bộ phận phát hiện) và hệ điện tứ (electric modul); 6) Bộ phận chỉ thị (hiển thị) kết quả đo; 7) Bộ phổ huỳnh quang chuẩn của các chất. Đó là các bộ phận cơ bản tối thiêu, ngoài ra, hiện nay các hệ máy đo phố huỳnh quang hoàn chỉnh còn có thêm các bộ phận sau đây để đảm bảo việc đưa mẫu, ổn định nhiệt cho mẫu đo phô, thu nhận và xử lý số liệu đo, tính kết quả,... để thu được kết quả nhanh chóng hơn (tốc độ phân tích cao)

và chính xác:

8) Bộ đưa mẫu tự động (autosampler); 9) Bộ phận điều nhiệt cho cuvet mẫu;

10) Hệ máy tính (PC) và chương trình điều khiển mọi hoạt động; 11) Bộ atlast phổ. Hiện nay, nhiều hãng như Perkin Elmer, Thermoelement, Bermanne, Shimatzu, Philips, Hitachi,...

đã cung cấp ra thị trường nhiều loại máy đo phố huỳnh quang phân tử khác nhau, từ đơn giản đến hoàn chỉnh đa năng phục vụ phân tích mẫu, cũng như nghiên cứu khoa học. Nhưng được chia thành hai nhóm máy đo phồ huỳnh quang:

248

+ Nhóm I: Các hệ máy đơn giản, không có bộ phân giải phô, người ta dùng các lọc sáng đê chọn

chùm tia kích thích và chùm tia phát xạ, như ví dụ trong hình 3.5a. 4- Nhóm II: Các máy có bộ phân giải phô dùng lãng kính hay cách tử. Song hiện nay chủ yêu

người ta dùng các tâm cách tử (hình 3.5b), đô chọn được đùng sóng Ầex và À,Em cho một chất phân tích

nhất định.

3.3.5. Nguồn sáng kích thích phổ huỳnh quang phân tử Trong phép đo phô huỳnh quang phân tử, hiện nay nguôn sáng đê kích thích phô huỳnh quang thường là các đèn phát phô trong vùng tử ngoại (UV: 190 - 360 nm) và vùng kha kiên (VIS: 38 - 800 nm), ví dụ như đèn hô quang hydro nặng D2 (190 - 326 nm), đèn hô quang xenon (250 - 650 nm), đèn hơi

thủy ngân (chỉ có tám tia À nhât định, hình 3.12), đèn tia lade (thường có vùng phô UV/VIS). Phô của các loại đèn nguôn được chi ra trong hình 3.11.

1) Đèn hồ quang hydro nặng (D2 Lamp)

Là loại nguôn sáng sinh ra do sự phóng điện của hô quang giừa hai điện cực trơ Pt kim loại trong môi trường khí D2 (hydro nặng) tinh khict áp suât cao (> 2 atm). Đèn này làm việc trong vùng phô tử ngoại (ƯV: 190 - 360 nm), dùng đế kích phổ các chắt có khà năng hắp thụ năng lượng tia sáng trong

vùng này. Ví dụ phenol ở 279 nm, tocophcrrols ở 298 nm, aspirinc ở 280 nm. Nên các máy đo huỳnh

quang dùng đèn nguồn kích thích là Đ2-Lamp chỉ đo được phố của các chất cần sóng kích thích ZEX nhỏ

hơn 360 nm. Loại đèn D2-Lamp có tuổi thọ dưới 1000 giờ (thường 500 - 800 giờ). Do đó nếu muốn đo

phô ớ vùng VIS, ta phải có thêm một nguồn cung cấp sóng kích thích phố cùa vùng này. 2) Đèn hồ quang xenon (Xe-Lamp: công suất 150 - 450 W)

Đây cũng là loại nguôn sáng sinh ra do sự phóng điện của hồ quang giữa hai điện cực trơ Pt kim

loại trong môi trường khí xenon tinh khiết áp suất thường hay áp suất cao, nó cho vùng phố từ 250 - 650 nm; hay đèn xenon áp suất cao cho vùng phố từ 220 đến 900 nm. Hiện nay hầu hết các máy đo phổ huỳnh quang phân tư đều dùng loại nguồn này, do nó cho độ nhạy cao, bền hơn và tốt hơn đèn D2-lamp

(tuôi thọ 2500 - 2000 giờ). Hơn nừa, vùng phô của nó lại phù hợp cho rât nhiêu chât, cả các chât hữu cơ

249

và phức vô cơ. Vì thế hầu hết các máy đo phố huỳnh quang phân tử (HQPT) chi dùng nguồn đèn kích

thích loại này, vì nó phù họp với vùng phố huỳnh quang của nhiều chất và máy đo chỉ cần một đèn nguồn. 3) Đèn W-Halid Đèn W-Lamp cho phổ vùng khả kiến (380 - 800 nm). Loại đèn này là nguồn sáng điểm của dây tóc được đốt nóng đến nhiệt độ phát sáng. Nó là nguồn đèn sợi sáng điểm. Đèn nguồn loại này không

nhạy phổ huỳnh quang, nên cũng ít được dùng. Nhưng loại đèn nguồn này có thuồi thọ khá cao, đến 3000 giờ. 4) Nguồn tia lade

Loại nguồn này có thể dùng cho vùng phổ tử ngoại, khả kiến hay hồng ngoại. Nó tuỳ thuộc vào mỗi loại bộ phận phát tia lade được chế tạo như thế nào. Đèn này có độ nhạy khá cao và chọn lọc, song

độ ổn định không cao, lại đắt, nên nó cũng ít được dùng trong các máy đo phố huỳnh quang phân tử bình thường.

5) Đèn hơi Hg áp suất cao Trong một số trường họp để kích thích phổ huỳnh quang phân tử người ta còn dùng đèn hơi thủy ngân (Hg). Với loại đèn này chùm sáng kích thích cung cấp cho chúng ta được các tia À với độ dài sóng nhất định, ví dụ 254, 366, 405, 435, 566, 577 và 691 nm (hình 3.12). Vì thế nó được dùng chủ yếu để

kiểm tra và chuẩn thang sóng của máy đo có chính xác không.

Đó là các loại đèn nguồn đang được dùng trong phép đo phổ huỳnh quang phân tử. Nhưng môi loại đèn nguồn kích thích chỉ thích họp cho một vùng phổ nhất định, ví dụ:

+ Đèn D2-Lamp cho vùng phổ tử ngoại (200 - 360 nm),

+ Đèn W-Lamp cho vùng phổ khả kiến (380 - 900 nm).

+ Đèn Xe-Lamp cho vùng phổ cả uv và VIS, từ 250 - 900 nm (hình 3.11). + Đèn hơi Hg, chỉ cho được bảy vạch nhất định: 254, 366, 405, 435, 566, 577 và 691 nm (hình 3.12).

Song hiện nay được dùng phổ biến nhất trong các máy đo phố huỳnh quang vẫn là đèn xenon, vì các đặc điểm và những tính ưu việt của nó hơn hẳn tất cả các loại đèn nguồn kích thích khác, như đã

250

trình bày ở trên và cho phố được cả hai vùng tử ngoại và khả kiên phù hợp với nhiêu (hâu hêt) loại hợp chất vô cơ và hữu cơ.

3.3.6. Hệ quang học của máy phổ huỳnh quang Nguyên tắc cấu tạo của một máy đo phổ huỳnh quang đà được mô tả trong các hình 3.4. Nó có hai hệ quang học.

- Một hệ đế chọn chùm sáng kích thích, tia kích thích Xex và - Một hệ đế chọn chùm sáng phát xạ huỳnh quang, chọn tia À,Em để đo.

về cấu tạo máy đo phổ huỳnh quang phân tử cũng có hai hệ quang học. Song người ta chia hệ quang học của máy đo phổ huỳnh quang thành hai loại tuỳ theo tính chất hay đặc điêm của nó, đó là: - Loại hệ quang đơn giản, không có bộ phân giải phổ (loại máy phô huỳnh quang đơn giản), - Loại hệ quang có hai bộ phân giải phố, đế chọn được từng tia X (Xex và Ă,Em) nhất định theo yêu cầu của phép đo một chất.

1) Loại hệ quang đon giản

Trong các hệ máy đo huỳnh quang loại này người ta thường chỉ dùng một bộ lọc sáng (kính lọc vùng phô) đê chọn vùng phô của chùm tia kích thích và chùm tia phát xạ đê đo với độ rộng băng phổ 5-10 nm (loại này không có bộ phân giải phố), hình 3.5a. Hiện nay loại này ít được dùng, vì hệ quang này gây sai lệch nhiều cho phép đo, nhất là khi xác định nồng độ vêt các chât, nó chủ yêu được dùng trong các máy phục vụ thực tập của sinh viên trong các trường đại học, trung cấp, hay học nghề đế

học phương pháp phân tích, hay trong các máy dùng cho các công việc phân tích sơ bộ ngoài hiện trường, vì nó gọn nhẹ. 2) Loại có bộ phận phân giải phố Trong loại máy đo phô huỳnh quang này người ta dùng các hệ lăng kính, hay bản cách tử phăng phản xạ trong các bộ đơn sắc phân giải phô đê chọn từng tia kích thích À-Ex và từng tiaphát xạ À,Em cụ thể cho mỗi phép đo một chất (hình 3.5b). Các máy đo phô huỳnh quangloại nàytrong hai hệquang, mồi hệ cân một bộ phận phân giải phô riêng, đó là:

+ Hệ quang đê chọn chùm tia sáng kích thích Xex, và + Hệ quang đê chọn chùm tia sáng phát xạ huỳnh quang À-Em, đê đo. Hầu hết các máy đo phổ huỳnh quang hiện nay của các hãng đều dùng các hệ quang có phân giải phồ, dùng một tấm cách tử phang có hằng số k = 1800 đến 2400 và có thề đến 3600 v/mm, đế có độ phân giải từ 1 - 0,1 nm và hoạt động trong vùng phồ từ 200 - 900 nm, hình 3.13.

Hiện nay phép đo phô huỳnh quang phân tử là một kỹ thuật và là một công cụ có nhiều ưu việt đê phân tích định lượng các chất ờ cấp hàm lượng nhỏ cỡ microgam (g, ppm) đến nanogam (ng, ppb). Vì phương pháp này có độ chọn lọc và độ nhạy cao hơn phép đo phô hâp thụ quang phân tử ƯV/VIS. Nhât là việc phân tích các vết kim loại trong các chất tinh khiết cao hơn 99,99 %, xác định so vitamin A và E, các chất aminoaxit, một số dược phẩm,... Một số chất phô huỳnh quang phân tử của nó thường nhạy hơn phố hấp thụ quang ƯV/VIS, hình 3.14.

251

Hình 3.13a. Ví dụ máy phổ huỳnh quang VICTORIO của PE.

Mặt khác, hiện nay các máy đo phổ huỳnh quang phân tử còn được dùng như một loại detector có độ nhạy và chọn lọc cao trong kỹ thuật sắc ký lỏng HPLC và kỹ thuật điện di mao quản, HVCEC, để phát hiện các chất sau cột tách sắc ký.

Hình 3.13b. Sơ đồ quang học máy phổ huỳnh quang VICTORIO. Xenon Lamp: Đèn nguồn kích thích phổ HQ: Beam splitter: Bộ chia chùm sáng; Reference PMT: Bộ nhân quang so sánh; Grating: Bản cách tử;

Excitation monochromator: Hệ quang chùm sáng kích thích, ẢExỉ Emission monochromator: Hệ quang chùm sáng phát xạ HQ, ẢEm;

Mobile shutter: Bộ đảo (trộn) chùm sáng; Sample cuvet: Cuvet đựng mẫu. Horizontal slits: Bộ lọc; Detector PMT: Bộ nhân quang thu chùm sáng ẰEm-

252

Hình 3.14. Ví dụ so sánh phổ HQ và phổ UV/VIS.

Của ba chất Aflatoxins B1, G1 và M1 cùng nồng độ 5 ng/ml (ppb);

Dãy pic trên là phổ HQ (FLD); Dãy pic dưới là phổ hấp thụ quang phân tử uv (dùng DAD).

3.3.7. Thuốc thử huỳnh quang Trong phân tích phô huỳnh quang phân tử, chúng ta thấy có hai trường hợp xảy ra, hoặc là bản thân các chất phân tích có tính huỳnh quang khi bị kích thích, như các amino axit, một sô amin, vitamin,

hoặc là không có tính huỳnh quang, ví dụ như các ion kim loại và anion trong dung dịch nước. Do đó, ta có hai trường hợp của phép đo phồ huỳnh quang phân tử:

1) Nếu bản thân các chất phân tích có tính huỳnh quang Với các chất loại này, chúng ta chi cân chọn và hòa tan nó trong một dung môi thích hợp (nước

hay dung môi hừu co), rồi đưa dung dịch mẫu này vào cuvet và kích thích dung dịch phân tích bằng chùm tia Xex đê chúng phát ra phô huỳnh quang và đo trực tiêp ngay tia À-Em phô huỳnh quang do nó phát ra, ví dụ như: pyropinbenzen, fluobenzen, anisol, quininsunphát,... (hình 3.9 và bảng 3.11). Một sô chât hữu cơ, các vitamin, các amino-axit,... thường có tính chất này, tuy nhiên các loại chât của trường

hợp này cũng không nhiều, mà trong thực tế còn rất nhiều chất như các cation kim loại và các anion lại không có tính chất này. Vì thế người ta phải cho chúng tác dụng với một hợp chất R nào đó trong nhừng

điều kiện nhất định để tạo ra một hợp chất sản phẩm có tính huỳnh quang. Chất R này được gọi là thuốc thứ huỳnh quang.

2) Vói các chất không có tính huỳnh quang Trong thực tế, rất nhiêu chất tuy bản thân nó không có phô huỳnh quang, nhưng khi người ta cho nó tác dụng với một chât R (thuôc thừ HỌ) thích hợp thì lại sinh ra một san phâm (hợp chât, hay phức chât

bên) có tính huỳnh quang mạnh, khi bị kích thích bằng một chùm sáng Xex thích hợp, ví dụ như, ion kim

loại Ca(II) tác dụng với thuôc thử Calxein sinh ra phức Ca(II)-Calc lại phát huỳnh quang rât mạnh.

253

Ca(II)

+ Calxein

(Thuốc thử HQ)

Ca(II)-Calc (Phức HQ)

Có: Xex = 330 nm và À.Em = 510 nm. Nói chung nhiều ion kim loại Men+ (hóa trị 2, 3 và 4)) khi tác dụng với một thuốc thử huỳnh

quang, chúng thường tạo thành các họp chất phức chelat bền, các họp chất chelat này thường là những chất phát huỳnh quang mạnh khi bị kích thích bằng một chùm tia sáng thích hợp, Xex (ví dụ trong bảng

3.3 và bảng 3.15) mà chúng ta dễ dàng đo được phố huỳnh quang của sản phâm phức và qua đó sẽ xác định được chất phân tích X. Chất R ở đây được gọi là thuốc thử huỳnh quang.

Thuốc thử huỳnh quang R là các chất khi có thể tác dụng được với một chất phân tích X không

có phổ HQ nào đó trong những điều kiện nhất định theo một phản ứng hóa học nhất định có tính chất định lượng để sinh ra một sản phẩm bền, có khả năng phát huỳnh quang khi nó bị kích thích bằng một

chùm tia sáng À-Ex có năng lượng phù họp (nguồn sáng phù họp). Các sản phấm có tính huỳnh quang này phải là các họp chất hay các phức bên (ít phân ly).

Chất R thường là các họp chất hữu cơ, mà cấu trúc phân tử của nó có các nhóm và các liên kết 71, liên kết liên họp Ơ-7T-Ơ, các liên kết mạch diazo (-N=N-) dễ bị kích thích huỳnh quang trong những

điều kiện thích họp. Ví dụ Alizarin R, Calcein, Eosin, Fluorescen, Tiron, Erio-chromcyanin R, Moim, Flocine,... (bảng 3.3 và 3.11).

Nhưng một thuốc thử huỳnh quang R muốn dùng được trong phân tích phố huỳnh quang, nó cần phải có các điều kiện sau đây:

1) Phản ứng được với chất phân tích X có tính chất hoàn toàn định lượng và chỉ tạo ra một sản

phẩm bền duy nhất (họp chất hay ion phức) cỏ tính huỳnh quang. Nghĩa là phản ứng xảy ra chỉ một chiều và phải không có phản ứng phụ khác kèm theo. 2) Sản phẩm sinh ra phải ốn định, có thành phần tỷ lượng xác định, không phân ly và bền trong một thời gian nhất định, đủ đề có thề thực hiện được phép đo phổ huỳnh quang của nó.

3) Sản phẩm sinh ra của phản ứng phải nhạy huỳnh quang, có hệ số phát xạ huỳnh quang o phải lớn, càng lớn càng tốt, để có thể xác định được hàm lượng nhở và vết của chất phân tích X.

4) Thuốc thử R phải bền trong dung dịch sau khi pha chế và không chuyển hóa thành dạng chất khác.

5) Có tính chọn lọc với một chat X nhất định. Ngày nay người ta đã tổng họp được khá nhiều thuốc thử R huỳnh quang cho các ion kim loại, để

phục vụ phân tích xác định lượng vết các kim loại (bảng 3.11). Trong đó, nhiều thuốc thử cũng đồng

thời là thuốc thử của phép đo phổ hấp thụ quang phân tử ƯV-VIS. Ví dụ như, thuốc thử Alizarin là thuốc thử của AI cho cả phép đo phố HỌ và phổ hấp thụ phân từ ƯV-VIS của ion Al(III); Tương tự, thuốc thử Arsenazo-III, 8-Hydroxyquinoline, Eriochromcyanyne-R, Calcein cũng cho cả hai phép đo

phổ HỌ và ƯV/VIS,... Tất nhiên mỗi chất thuốc thử R cũng có độ nhạy khác nhau, ví dụ phức Ca-Calcein đo phô huỳnh

quang sẽ chọn lọc và nhạy hơn đo phố hấp thụ VIS/VIS rất nhiều.

254

Bảng 3.11a. Một số thuốc thử huỳnh quang đề xác định kim loại

Chất

pH có huỳnh quang

Để xác định

Axit Salicylic

2,5-4,0

Eosine

2,5-4,5

Ag, Cu

Fluorescein

4,0-6,0

Ag, Cu

Phloxin

2,0-4,0

Calcein

6,0-14

Ca, Mg

7,0-8,55

Co, Ni

Morin

8,0-10

Th, Zr

Alizarin R

5,5-6,5

AI, Sb

8-Hydroxyquinoline

7,0-8,0

Li, Mn, Zn

Flavonol

3,0-5,5

2-Hydroxyphenyl-benzosazol

2,0-5,5

Rodamin B

4,5-5,5

Au, Hg

Axit Acetylsalicylic

1,0-2,5

Luminon & H2O2

5,0-7,0

Fe, Ni

2,2-Pyridin Benzimidazol

4,5-6,5

b-Naphthol

Bảng 3.11b. Một số thuốc thử huỳnh quang xác định anion vô CO’ STT

Anion phàn tích BO21"

Thuốc thử huỳnh quang

Morin Benzoin Hydroxy-2-methoxy-4-chloro-4’-benzophenone

CIƠ41’

Amiloride hydrochloride

OCI1’

Fluorescein

CN1"

LeucoFluorescein + Cu(ll)

Homovanillic acid + H2O2 Pyridoxal 5

Cr2O72’

Safranine T

F1-

Calcein blue + Zr(IV)

I1-

Ce(IV) + As(lll)

NŨ31’

2-3-Diaminonaphthalene

2,2’-Dihydroxy-^ị-4’-dimethoxybenzophenone Resorcinol

no21~

2,3-Diaminonaphthalene 5-Aminofluorescein 2,6-Diaminopyridine

Resorcinol

255

Bảng 3.11b. Một số thuốc thử huỳnh quang xác định anion vô CO’ (tiếp) STT

Thuốc thử huỳnh quang

Anion phân tích PO43-

Rhodamine B + phosphomolipdate Thiamine + phosphomolipdate

Quinine + phosphomolipdate NADPH

s2"

Fluorescein mercuriacetate

SƠ42’

Calcein blue + Zr(IV)

SiO32’

Carminic acide + phosphomolipdate

Benzoin + mannitol

Bảng 3.11c. Một số thuốc thử huỳnh quang xác định Cation vô CO’

STT

256

Thuốc thử HQ

Cation phân tích

Al(lll)

Luminol, Alizarin-R, Eriochromcyanin-R

Cd(ll)

Luminol

Co(ll)

Luminol, Pyrogallol, Galic acide, Lophine,

Cr(lll)

Luminol, Lophine

NTĐH

Arsenazo-lll

Cr(VI)

Bis (2,4,6-trichlorophenyl) oxalate, Lophine

Cu(ll)

Luminol, Lophine

Fe(ll)

Luminol

Hg(H)

Lumonol

Mn(ll)

Luminol

Ni(ll)

Luminol

Pb(ll)

Luminol

U(IV)

Luminol

V(V)

Bis (2,4,6-trichlorophenyl) oxalate + perylene

Zn(ll)

Luminol

Bảng 3.11d. Một số thuốc thử huỳnh quang xác định Cation vô CO’ Thuốc thử huỳnh quang

STT Luminol

Cation phân tích

Al(lll), Cd(ll), Co(ll), Cr(lll)

Fe(ll), Mn(ll), Ni(ll), Pb(ll), Zn(ll) 2

Lophine

Co(ll), Cr(lll), Cu(ll),

Pyrogallol

Co(ll)

Galic acide

Co(ll)

Lucigemine

Co(ll)

Bis (2,4,6-trichlorophenyl) -oxalate

Cr(VI)

Bis(2,4,6-trichlorophenyl)-oxalate + perylene

V(V)

Calcein

Ca(ll)

Morin

Be(ll), Th(IV), U(IV)

Salicylic acide-o-aminophenol

Al(lll), Be(ll)

Lumogallion

Al(lll)

3-Hydroxy-2-naphthonic acide

Al(lll), Be(ll)

8-Hydroxyquinoline

Al(lll)

Benzy-2-pyridylketone-2-pyridylhydrazone

Cd(ll)

p-T osyl-8-aminoquinoline

Cd(ll)

Benzamido(p-dimethylberizy -lidene)-acetic acide

Co(ll)

1- (2-Pyridylazo_-2-naphthol

Co(ll), Ni(ll)

Pyridene-2-aldehyde-2-pyri-dylhydrazone + eosin

Co(ll)

2,2-Pyridine ketone azine

Cu(ll)

Rose bengal + 1,10-phenanthroline

Cu(ll)

Eosin+ 1,10-phenanthroline

Fe(ll), Hg(ll), Mn(ll), Ni(ll)

3-Hydroxyflavone

Sn(ll)

Carminic acide

Mo(VI), W(VI)

3-Hydroxychromone

Sn(ll)

Superchrome garnet Y

Th(IV)

1 -Amino-4-hydroxy-anthraquinone

Th(IV), V(V)

RhodamineB+acide benzoic

U(IV)

Benzothiazoylmethane

Zn(ll)

2- (4-Methyl-2-pyridyl) -5(6) phenylbenzimidazole

Zn(ll)

2,2-Methylene dibenzenthiazonle

Zn(ll)

Arsenazo-lll

Các nguyên tố đất hiếm (NTĐH)

Sau đây là ví dụ cắu trúc phân tư cua một số thuốc thư huỳnh quang, đà có, đà và đang được sử

dụng trong phân tích các ion kim loại và một sô anion.

257

,.SdOH)2 H—Ó

AsO,H

O’ Thuốc thử O.o-Dihydroxy-AzoBenzen Không HQ

ọtt

Phức huỳnh quang Mg Mg-(O.o- Dihydroxy-Azo Benzcn) Gõ HQ. 1^=470.1^= 580 nm

O3S^/k^SO3

0-AI-0

O---- Mo---- O

ott

Ọ

Q-N-N-^-OH

O.ớ-Dihydroxy-Azo-Benzcn Không HQ

__ ẠsO,H

Mg-<0.o-Dihydroxy-Azo-Benzen) CÓ HQ, 1^= 580 nm

” o^s

Phức A.l-A.llz»rin R

..S^OHh .H—Ó O

n=n-|^ỵ\

J^xCOỀH L

Phức Sc(III)-Arsenazo-III

258

-4.

Rodamin B: (R-Cl)

Phức Rohdamin-B-Me

3.3.8. Độ nhạy của phổ huỳnh quang phân tử Phô huỳnh quang phân tử có độ nhạy tương đối cao, thường có LOD từ 2 - 10 ppb đối với nhiều chất, cả các chất hữu cơ và các phức vô cơ của các ion kim loại (bảng 3.16). Độ nhạy phổ huỳnh quang cua một chât hay một hợp chât phụ thuộc vào các yếu tố: 1) Câu tạo phân tử của các chất, ở đây chủ yếu là các loại liên kết n và liên kết liên hợp 7ĩ-a-7i, liên kết diazo (-N=N-) và đám mây electron n của dị tố (N, s, P) trong phân tử chất. Các chất nào có nhiêu đám mây liên kêt loại này, sè có tính huỳnh quang mạnh.

2) Phân bô và câu tạo các mức năng lượng của các mây electron nói trên trong phân tứ chất, sự hấp thụ năng lượng tia kích thích, sự suy biến và sự phát huỳnh quang của chất. 3) Các nhóm thế gắn vào mạch chính (phần gốc) của phân tử chất. Nói chung, các nhóm thế có các đám mây Tĩ và liên hợp K-ot-71, đám mây n của dị tô trong phân tử chất càng nhiều, sè làm ảnh hương càng mạnh, hoặc chúng làm tăng tính huỳnh quang (khi mật độ electron được tăng và tập trung vào trung tâm phân tử dưới tác dụng của nhóm thế), hay làm giảm tính huỳnh quang (khi làm giảm mật

độ electron, nhóm thê đà làm phân tán mật độ đám mây electron cùa phân tử chính).

4) Các điêu kiện tôn tại của chât trong môi trường kích thích phố huỳnh quang, như dung môi, pH, các chất khác,... Ví dụ: - Phức Thiocrom ở pH > 12 có tính huỳnh quang rất mạnh, ở pH 7 - 10 sự phát huỳnh quang rất yêu, còn ớ pH < 2 không còn tính huỳnh quang. - Hay hợp chất phức Ca(II)-Calcein ở dung dịch nước pH > 12 (dùng KOH) sè phát huỳnh quang rất mạnh, nhưng cũng ờ pH này, nếu ta thay KOH bằng NaOH, thì nó sẽ phát huỳnh quang rất yếu (mất đen 70% cường độ HQ). Khi pH giảm xuống dưới 12, thì cường độ phát huỳnh quang cũng giảm theo và sè tắt ơ pH = 1. - Hợp chat Eosin chi phát huỳnh quang tốt trong vùng pH từ 3 - 6 cua môi trường kiềm NaOH.

5) Các điêu kiện kích thích phô huỳnh quang, như sóng kích thích, À,Ex. Các điều kiện đo phô huỳnh quang như sóng phát xạ À,Em.

Báng 3.12 là ví dụ về độ nhạy huỳnh quang của một số chất đà được sử dụng trong phân tích đê xác định các chất đó. Bảng 3.12. Độ nhạy huỳnh quang của chất trong dung môi khác nhau Chất

LOD (ppb) trong các điều kiện (dung môi): Nước

KOH 0,1 M

NaOH 0,1 M

Thiochrom

100

Vitamin A

Vitamin E

Quinin sunfat

150

Phức Ca(ll)Calcein

350

Phức Al—Alizarin R

Phức Al-Erio.Cyanin R

110

259

3.3.9. Các yếu tố ảnh hường đến phổ huỳnh quang phân tử Phổ huỳnh quang tuy rất nhạy và chọn lọc, nhưng trong một số trường hợp nó cũng bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, nhất là huỳnh quang phân tử. Tất nhiên không phải mọi yếu tố ảnh hưởng đều xuất hiện trong mọi trường họp và như nhau, mà lúc có lúc không, song chúng ta cần phải năm được đê nếu có thì phải tìm biện pháp loại trừ. Các yếu tố ảnh hưởng ở đây có thể được khái quát thành mấy nhóm

như sau: 3.3.9.1. Môi trường pH hay nồng độ axit của dung dịch mẫu

Trong phép đo phổ huỳnh quang phân tử, trước hêt phải nói đên là ảnh hưởng của môi trường, của pH (hay môi trường axit của dung dịch mẫu đo phô huỳnh quang), của chât mầu phân tích đên sự phát huỳnh quang của nó. Ví dụ như:

- Vitamin Bl. Khi chúng ta cho Vitamin Bl (thioamin) tác dụng với thuốc thử Kali-Ferocyanua tạo ra họp chất phát huỳnh quang thiochrom, bắt đầu phát huỳnh quang ờ pH > 8 của KOH và chỉ tôt khi pH = 10 - 12. Khi pH = 1, không còn sự phát huỳnh quang.

- Với anisol và phenol, khi ở pH = 7 thì cả anisol và phenol đều có huỳnh quang mạnh (phát huỳnh quang tốt), nhưng tại pH = 2 thì phenol sẽ không còn tính huỳnh quang nừa (không phát huỳnh quang nữa). Nhưng anisol thì vẫn còn phát huỳnh quang. - Họp chất anilin ờ pH = 7 có tính huỳnh quang rất mạnh, nhưng ở pH = 2 thì mất hoàn toàn tính huỳnh quang.

- Phức vòng càng Ca(II)-Calxein chỉ phát huỳnh quang tốt ở trong dung dịch kiềm KOH có pH từ 8 - 12 (tốt nhất pH = 12), hình 3.13, còn trong môi trường của NaOH có pH = 12, hầu như không còn tính huỳnh quang mạnh nữa (mất đến 70% cường độ). - Họp chất Eosin, phát huỳnh quang trong môi trường NaOH có pH từ 3 - 6,5. Ngoại vùng pH này thì sự phát huỳnh quang của eosin rất yếu. Qua các ví dụ trên, điều đó có nghĩa là mồi chất chỉ có tính huỳnh quang tại những vùng pH hay trong môi trường axit hoặc môi trường kiềm nhất định (hình 3.13 và 3.14). Bảng 3.12 là điều kiện môi trường của một số chất huỳnh quang. Ngay trong hai chất kiềm, dung dịch NaOH và KOH 0,01 M, thi NaOH làm giảm rất nhiều cường độ huỳnh quang của phức Ca-Calxein, khi đó KOH thì lại không ảnh hường, mà là môi trường tốt cho sự phát huỳnh quang của phức Ca(II)-Calxein.

Tác dụng ảnh hưởng của môi trường pH ở đây chủ yếu là sự hình thành và độ bền của họp chất phát huỳnh quang, sau đó là do tác động của ion H+ hay ion OH~ làm thay đổi cấu trúc phân tử của chất qua việc làm thay đối mật độ của các đám mây electron 71 và mây lectron 71 liên hợp, hoặc tập trung (tăng mật độ), hay phân tán (làm giảm mật độ), mà ảnh hưởng đến tính phát huỳnh quang của chất. Đồng thời cũng có thể nó bị chuyển đối giữa các dạng đồng phân hỗ biến, thay đổi sự phân bố mật độ điện tích các đám mây p do tác động của môi trường làm nó mất đi ion H+ hay nhận thêm ion H+ vào

phân tử. Khi mật độ các đám mây 71 hay liên họp 71-Ơ-71 bị phân tán, sẽ làm giảm cường độ huỳnh quang của chất và ngược lại. Đây là một vấn đề phức tạp, mỗi trường họp lại có những tưomg tác và ảnh hường khác nhau. Vì thế cần phải xem xét cụ thể. Sự phát huỳnh quang của các họp chất phức (chelat) kim loại phụ thuộc rất mạnh vào giá trị pH cùa dung dịch mẫu, vì pH ảnh hưởng đến sự hình thành, độ bền và độ phân ly của các phức chất. Nguyên nhân của ảnh hưởng này là vì trong các môi trường pH khác nhau sẽ ảnh hưởng đến sự tồn tại của chất phân tích ở dạng ion hay dạng phân tử, mà trong nhiêu chất thì hai dạng này có tính huỳnh quang rất khác nhau, thậm chí có dạng không có tính huỳnh quang. Mặt khác, trong các môi trường pH

260

khác nhau đều làm ánh hường đên sự tồn tại của các dạng đồng phân hồ biến của phân tử các chất, tức là câu trúc phân tư của chât. Vì thê cũng ảnh hưởng đên sự phát huỳnh quang của chất. Nghía là pH của dung dịch ờ đây đà có ảnh hưởng rõ rệt đến cấu trúc và dạng tồn tại của phân tứ chất phân tích phát huỳnh quang và làm thay đối tính huỳnh quang (sự phát huỳnh quang) của chất.

Mặt khác, giá trị pH (hay nông độ ion H ) trong dung dịch mẫu còn ảnh hưởng đến sự phân ly cua phức chât huỳnh quang và có thê làm chuyên dịch các giá trị Àex và Àem cùa các chât phát huỳnh quang (hình 3.17 và bảng 3.14). Bảng 3.13. Ảnh hưởng của môi trường (pH) đến XEm và Ă/Em

Chất huỳnh quang

Dung môi

Môi trường

Hòa tan chất

Xẻ dịch ẢEx và ẢEm ÀEm (nm)

ÂEm (nm)

Menadione

C2H5)H 96%

Axit yếu

335

480

Menadione

C2H5)H 96%

Kiềm NaOH

338

488

1-Naphthol

Trong nước

Axit yếu

306

362

1-Naphthol

Trong nước

Kiềm NaOH

338

462

Bảng 3.14. Điều kiện đo huỳnh quang của một số chắt

Tên chất

Điều kiện

/lex (nm)

Aem (nm)

Độ nhạy (ppm)

Actinomycin D

H2O2 và OH

370

420

0,05

PH 7-9

350

420

0,1

Aspirine

HOAc-CHCh

280

355

0,1

Atrapin

Eosine Y

365

556

0,1

375

400

0,1

297

363

0,05

405

510

0,05

ACN/MeOH/H2O

335

480

0,1 -0,05

n-Hexan

295

335

0,05

MeOH/ACN/H2O(5)

375

430

0,1 -0,05

Tocoferone

n-Hexane

298

325

0,05

Họ nhân Phenols (4)

ACN/H2O

279

305

0,1 -0,05

Nhóm Amino axit(2)

MeOH/ACN/H2O

340

418-700

0,1 -0,05

pH = 7

390

515

0,2

pH = 1 (H2SO40,1N)

320

450

0,005

Riboflavine

pH = 7

440

550

0,05

Naphthalene

Acohl

286

321

0,05

Phenol

H2O

279

301

0,1

Phenol

MeOH

279

298

0,1

260

284

0.1

365

435

0,05

Antimycine

Anthracene (1)

Dimethylaniline

ACN

Fluoressene Nhóm Vitamim A(3) Nhóm Vitamim E Nhóm Aílatixy B%G

Tetracylene

Quinine-Sunfat

Phenylamine Thiocrom

H2O, pH > 8

261

Hỉnh 3.15. về ảnh hưởng của môi trường axit.

1) Phức HQ của Ca(ll)-Cacein; 2) Phức HQ của Mg(ll)-Cacein; R. Thuốc thử HQ Calcein.

Nói chung ảnh của pH (độ axit hay độ kiềm) của môi trường dung dịch mẫu có ảnh hường rất khác nhau đối với mỗi chất. Những chất nào có sự thay đổi cấu trúc phân tử, hay dễ chuyền đối giữa các dạng đồng phân hỗ biến theo độ axit (pH) thay đối thì thường bị ảnh hưởng nhiều, các hợp chất, hay phức chất là các axit hay bazơ yếu thường bị ảnh hưởng rõ rệt hon. Mỗi chất chỉ bị kích thích và phát huỳnh quang tốt trong một khoảng pH hay nồng độ axit và loại axit nhất định. Hợp chất phức Ca-Calxein là một ví dụ minh chứng điều này.

Hình 3.16. Ánh hưởng của môi trường (pH) đến Ảem

(Của thuốc thứ và phức huỳnh quang).

262

3.3.9.2. Dung môi hữu cơ

Yeu tố thứ hai là dưng môi hòa tan mẫu. Có loại dung môi làm tăng độ huỳnh quang của chất, nhưng cũng có loại dung môi lại làm giảm, thậm chí làm tắt hăn sự phát huỳnh quang của chất phân tích. Các dung môi hừu cơ có chứa các nguyên tô đông vị nặng thường làm giam tính huỳnh quang của chất phân tích. Dung môi methanol, axetone và một số dung môi hữu cơ khác cũng làm tất huỳnh quang của nhiều chất. Hình 3.17 mô tả quy luật chung về ảnh hưởng của các dung môi hữu cơ đến sự phát huỳnh quang của các hợp chất (phân tử hay ion phức). Nói chung có 4 trường họp khác nhau được khái quát chung như trong hình 3.17. Có loại dung môi làm tăng tính phát huỳnh quang chất (đường (3) trong hình 3.17), có dung môi không ảnh hưởng (đường 4), có dung môi lại làm giảm nhanh (đường 2), có loại chỉ làm giảm đến một giới hạn nào đó rồi dừng lại (đường 1).

Một yếu tố nừa của dung môi hừu cơ là hằng số lường cực (electric constant) của nó. Các dung môi có hăng sô lường cực càng lớn càng có ảnh hưởng nhiêu đến sự phát huỳnh quang, hoặc làm xê dịch giá trị XEx và XEm của các chất trong quá trình phát quỳnh quang về sóng dài (bảng 3.15) và hằng số lường cực của dung môi càng lớn thì càng có ảnh hưởng nhiêu đến cường độ HQ. Điêu này có thê thấy trong ví dụ của phân tử DNS-phenol, ảnh hưong của bốn dung môi khác nhau (bảng 3.15 và hình 3.18). Bảng 3.15. Ành hưởng của dung môi đến DNS-phenol

(CH3)2-N-(C6H4)2-SƠ2- o-(C6H5) (trong bốn dung môi khác nhau)

Hằng số lưỡng cực Trong dung môi

Mức xê dịch Ẵex và ẢEM

A-Ex (nm)

/-Em (nm)

n-Hexan

1,90

350

464

Benzen

2,30

358

501

Ethanol

24,30

360

540

Methanol

54,00

375

585

263

3.3.9.3. Thuốc thứ R dư

Khi dùng thuốc thử huỳnh quang R đế tác dụng với các chất cần phân tích M sinh ra một sản phàm (họp chất) có thể phát huỳnh quang MnRx, theo phản ứng: nM + xR = MnRx thì lượng thuốc thử huỳnh quang thường phải dùng dư, để phản ứng xảy ra hoàn toàn. Nhưng việc dùng dư thuốc thử R cũng có khi không ảnh hường và cũng có khi ảnh hưởng đến sự phát huỳnh quang của chất và việc đo phổ huỳnh quang của phức chất phức dạng MnRx. Vì thế cần phải xem xét cụ thế trong mồi trường hợp.

Hình 3.19. Ảnh hưởng của thuốc thứ dư. 1) Phổ thuốc thử; 2) Phổ huỳnh quang của hợp chất phân tích.

Thuốc thử dư có thể ănh hưởng theo hai kiếu (hai hướng): 1) Đó là sự chen lấn phổ của thuốc thử R với phổ của chất phức MnRx phát huỳnh quang (sản phẩm cần đo HQ), khi thuốc thử và sản phẩm có vùng phổ gần nhau (hinh 3.15 và 3.19). Đây là ảnh hưởng về phổ của hai chất đến nhau, là sự chen lấn phố, như ví dụ trong trong hình 3.19, khi ta đo phổ của phức (2) thì phổ của thuốc thử R (1) cũng chen vào cùng, làm ảnh hưởng. Vì thế phải chọn các thuốc thử R có vùng phô xa vùng phô của phức phát huỳnh quang MnRx, hay dùng dư đên một nông độ

264

nào đó vừa đũ, mà phô của thuốc thư R không có sự chen lân phô của phức. Ví dụ với việc xác định ion Ca(II) dùng thuốc thử calccin, nếu lượng thuốc thử chi gắp hai lằn nồng độ ion Ca(II) và nho hơn, thì phô cua thuốc thư rất thấp, nó không chen lấn phố cùa phức Ca(II)-Calc. 2) Trường hợp thứ hai là sự ánh hướng, hay làm giảm cường độ phát huỳnh quang cua hợp chất phức MnRx, do tạo ra các phức có thành phân khác nhau, trường họp này ít thấy, song cũng vẫn xuât hiện khi thuốc thử dư nhiều và với thuôc thử R có màu đậm. 3.3.9.4. Ảnh hướng về phổ

Yeu tô ánh hưởng này thường có một trong hai trường hợp sau: 1) Các ánh hưởng về phổ của thuốc thử đen phố của chất chính phát huỳnh quang (chất phân tích) và ớ đây là sự chen lấn phổ, khi thuốc thử và chất phân tích có phổ gần nhau (hình 3.19 và 3.20) và khi thuốc thư dư càng nhiều, thì sự chen lấn càng lớn (ảnh hưởng nhiều), như đà nêu ở trên. Vì thế phải chọn các thuốc thử có vùng phô nằm xa phô của chất phân tích đế loại bỏ ảnh hường này. 2) Sự chen lấn phố của họp chất phức cùa các chất phân tích với nhau, hay phố cùa chất thứ ba có trong mẫu với phố của chất phân tích chính, khi chất phân tích và chất thứ ba cùng có tính phát huỳnh quang, song trong mức độ khác nhau. Hình 3.20 là một ví dụ về phổ huỳnh quang của phức Ca(II) và Mg(II) với thuốc thư calcein và ở đây phức Mg(II)-Calxein không bền như phức Ca(H)-Calxein, hon nữa nếu dung dịch mẫu có pH >12 thì phức Mg(II)-Calxein lại thủy phân ngay tạo ra Mg(OH)2. Song có thể sử dụng môi trường tạo phức thích họp riêng cho mỗi chất phân tích, hay dùng chất che đe loại trừ yếu tố ảnh hưởng này. Trong trường hợp của Ca(II) và Mg(II) khi ta dùng môi trường KOH có pH = 12, thì cation Mg(II) thúy phân cho Mg(OH)2 trước, mà không tác dụng với thuốc thử Calcein

được, khi hàm lượng ion Mg(II) băng và nhỏ hơn hàm lượng ion Ca(II). Hay khi đo phô huỳnh quang của phức Fe(CNS)2', thì phức Co(CNS) có ảnh hưởng, nhưng nếu ta oxy hóa Co(II) lên Co(III) thì phức cua Co(Ill) với anion CNS lại không hình thành.

Hình 3.20. Ví dụ ảnh hưởng của phổ hai chất với nhau. 1) Phức HQ Ca-Calcein; 2) Phức HQ Mg-Calcein. 3.3.9.5. Sự phân ly của sản phẩm (phức chất) đo huỳnh quang

Trong một sô trường họp, sự phân ly sản phẩm đo HỌ của chất phân tích cùng làm giảm độ nhạy của phương pháp. Vì thế phải tạo ra các sản phẩm có độ phân ly càng nhỏ, tức là các họp chất phức càng bền thì càng tốt. Như trong hình 3.21, nếu giá trị AH càng lớn, tức là chất phức HỌ phân ly càng

nhiều, thì càng ảnh hưởng nhiều đến cường độ huỳnh quang Ihq. Nên giá trị AH càng nhỏ, tức là phức 265

HQ bền, thì càng tốt cho phép đo phố HỌ của chất phân tích hay hợp chắt của nó. Vì giá trị AH và hằng số bền Kb của phức HQ được tính theo biểu thức sau: Ln(Kb) = AG°/(RT.AH )

Trong đó:

- AG°: Hóa thế tiêu chuẩn của chất; - T: Nhiệt độ; - R: Hằng số khí.

Neu giá trị AH càng nhỏ, phức càng bền (hình 3.21). H| là của phức thực, còn Ho là phức không phân ly (lý tưởng).

Sự phân ly của phức HQ ở đây có thê là do các nguyên nhân sau: 1) Bản thân của chất phức đó không bền, có độ phân ly lớn, nói chung các phức huỳnh quang càng bền, thì ảnh hưởng này càng nhỏ. Trong phân tích các phức phải có hằng số bền Kb > 1.1O10 mới

được sử dụng. Do ảnh hưởng của môi trường pH làm tăng độ phân ly của phức, hay chuyến đồi thành phần phức, hay có dạng đồng phân hỗ biến mà làm ảnh hưởng hay thay đồi nồng độ của chất (xem ví dụ ảnh hưởng pH).

2) Do tác động của các ion khác có mặt trong mẫu, làm tăng cân bằng phân ly của chất phức (do hiệu ứng muối). Đây là ảnh hưởng chất thứ ba. Phái tìm cách loại trừ yếu tố này, ví dụ bằng cách:

+ Tạo phức che để loại chất ảnh hưởng; + Thay đối dung môi của mẫu;

+ Tách chất phân tích ra khỏi mẫu trước. 3.3.9.6. Nhiệt độ

Nhiệt độ cũng là một yếu tố có ảnh hường đến sự phát huỳnh quang của một chất. Nói chung, trong huỳnh quang phân tử, khi nhiệt độ tăng thường làm giảm độ phát huỳnh quang của các chất. Hầu hết các chất phát huỳnh quang tốt trong vùng nhiệt độ nhỏ hơn 30°C (hình 3.22). Còn trên nhiệt độ này, hầu hết các chất đều bị giảm dằn khi nhiệt độ tăng, hay mất khả năng phát huỳnh quang. Tất nhiên mức độ giảm huỳnh quang cũng khác nhau với mồi chât.

266

Hỉnh 3.22. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát HQ của chất. Với: đường (1) -

15°c giảm nhiệt nhiệt

75°c,

(2) - 20° C; (3) - 2&C, (4) - 3tfc.

Trong ví dụ ở hình 3.22 chúng ta thây phức Zr(IV)-Morin có cường độ huỳnh quang tôt nhât ở (đường 1), còn khi tăng nhiệt độ lên 20, 25, và 35 °C, thì cường độ huỳnh quang của phức này dần (hệ sô a góc đường chuân nhỏ dần). Vì thế khi đo phô huỳnh quang của một chất phải giừ ở độ không đối suốt trong quá trình đo phố, một vài trường hợp người ta phải khống chế và điều buồng cuvet trong một nhiệt độ nhất định. 3.3.9.7. Chất nền (matrix) của mẫu

Yeu tố này là thành phần nền (matrix) của dung dịch mẫu. Tác dụng của yếu tố này cũng tương tự như tác dụng của giá trị pH. Nghĩa là có chất nền làm tăng cường độ huỳnh quang, có chất nền không ảnh hường, song cũng có chất nền làm giảm hoặc làm mất hẳn tính huỳnh quang của chất. Ví dụ trong chất nền NaCl, phức chất huỳnh quang Ca-Calcein có cường độ HQ giảm dần, khi nồng độ muối NaCl tăng dần (hình 3.23). về ảnh hưởng cua chất nền cua mẫu có thê khái quát chung thành 4 khả năng (4 dạng), đó là: 1) Chất nền hầu như không ảnh hưởng;

2) Làm tăng có giới hạn, sau đó không đôi; 3) Làm giảm dần đến giới hạn nhất định; 4) Làm giảm nhanh và đên tắt luôn huỳnh quang.

Hình 3.23. Chất nền (matrix NaCI) của mẫu.

267

3.3.9.8. Thành phần khác hay chất thứ ba của mẫu

Yeu tố này là ảnh hưởng của các chất lạ khác có trong mẫu (người ta gọi là thành phân thứ ba hay chất thứ ba trong mẫu phân tích, hình 3.24. Anh hưởng này rất phức tạp và đa dạng, lúc có, lúc không và nó xuất hiện tuỳ từng trường hợp của mỗi loại chất mẫu phân tích. Vi thế cần phải xem xét và khảo sát từng trường hợp cụ thê đê phát hiện và tìm biện pháp loại trừ cho thích hợp.

yếu tố thành phần này có thể theo 1 trong 8 hướng sau, hình 3.24: 1) Không hề có ảnh hưởng gì hết; 2) Làm tăng cường độ huỳnh quang của chất trong một giới hạn;

3) Làm tăng và giảm có cực đại; 4) Làm giảm dần chỉ ở một nồng độ Cah nào đó của chất thứ ba trở đi;

5) Làm giảm dần đến một giá trị nào đó rồi thôi (dừng, không đối);

6) Làm giảm dần theo đường cong lõm;

7) Làm giảm dần theo đường cong lồi; 8) Làm giảm nhanh và sau đó mất hoàn toàn tính huỳnh quang. Yếu ảnh hưởng về thành có thể được khái quát trong hình 3.24.

Hình 3.24. Chất chất thứ ba có trong mẫu.

Bảy trường hợp ảnh hưởng của nguyên tố (chất) thứ ba trong mẫu 0 - Không ảnh hưởng; 1 - Tăng có giới hạn; 2 - Tăng có cực đại rồi giảm; 3 - Giảm theo đường cong lồi; 4 - Sau nồng độ C3 nào đó mới ảnh hưởng;

5 - Giảm theo đường cong lõm; 6 - Giảm có giới hạn rồi thôi; 7 - Làm giảm liên tục.

3.3.9.9. Hiệu ứng Oxygen-Quenching

Trong nhiều trường họp, chất phát huỳnh quang bị oxy hòa tan trong dung dịch, hay oxy trong phân tử dung môi, hay trong một chất nào đó trong mẫu, nó làm giảm nồng độ chất phát xạ huỳnh quang chính. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Oxygen-Quenching Effect. Cơ chế tác dụng của nó là như sau:

268

1) Khi không có hiệu ứng Quenching:

Kích thích HỌ phần tử M:

M° + EEx -> M *

Suy biến mức I của M :

* M

Phát HỌ cúa phần tử M :

* “’ -4 M" + n(hv) M

-» M *®

+ Et

Chùm tia HQ 2) Khi có hiệu ứng Quenching:

Kích thích phần tử M: M + Eex—> M

* M

Sau đó:

Suy biến của M :

+ Q -> M + Q *

(b)

-► M (,) + Ey

Quá trình (b) này sẽ làm mất một ít chất phát huỳnh quang M .

Tiếp đó số M * (l) còn lại sè phát quang (M * (l> = M *

* (I)’ - M° M

*): Q

+ n(hVị)

Chùm tia HQ Nên quá trình 02-Quenching này sè làm giảm (mất đi) một số phần tử M đà được kích thích để phát huỳnh quang của chất phân tích (do sự trao đổi năng lượng kích thích với chất Q, tức là phàn tử Q lấy mất năng lượng của phân tử M ). * Trong đó Q là phần tử có oxy hấp thụ năng lượng của phần tử phát huỳnh quang M . Vì vậy chất nào, môi trường nào có hiệu ứng này càng lớn thì ảnh hưởng này sè càng nhiều đến sự phát huỳnh quang của chất phân tích, tức là làm mất cường độ huỳnh quang IxEm của

chat phân tích. 3.3.9.10. Tác dụng của enzym

Trong nhiều trường hợp, nhât là các họp chât huỳnh quang sinh học, amino axit, thì tác dụng làm

tàng cường độ huỳnh quang IxEm cua một so enzym là khá mạnh. Tác dụng này đà được người ta ứng dụng đê tăng độ nhạy của phép đo phô huỳnh quang của một số chất. Tất nhiên tác dụng của yếu tố này cũng chỉ trong vùng nồng độ nhất định của enzym (hình 3.23).

Hình 3.25. Ảnh hưởng của enzym đến sự phát HQ của chất.

Nồng độ Enz= 0.001 (1); Enz = 0,002; Enz = 0,004 Unit.U.

269

3.3.9.11. Liên kết cầu hydro

Nói chung, khi hợp chất phức phát huỳnh quang, mà hình thành liên kết cầu hydro với các

nguyên tử oxy hay nitơ của các phân tử khác, hay của phân tử dung môi trong mẫu phân tích, thì nó thường làm giảm hiệu suất phát huỳnh quang của chất. Nguyên nhân là do sự ức chế hay tác dụng ức

chế bởi cầu hydro đến các đám mây n hay liên hợp 7C-OI-7Ĩ của chất, nó hạn chế và khóa các trung tâm hoạt động huỳnh quang của chất phức trong một mức độ nhất định, do đó khó bị kích thích, hoặc làm xê

dịch các sóng À,Ex và À,Em của chất. 3.3.9.12. Ảnh hưởng của khe đo

Việc chọn khe đo cho chùm tia huỳnh quang cũng có ảnh hưởng đến kết quả và ở đây có hai vấn đề ảnh hưởng:

- về độ phân giải phổ. - về cường độ pic phổ. Nói chung, khe đo rộng thì được lợi về cường độ, nhưng lại bị ảnh hưởng làm giảm độ phân giải.

Nên cần phải xem xét chọn sao cho phù hợp cả hai yếu tố đó.

Điều này được minh họa trong hình 3.26 sau đây. Nhìn chiều cao của ba pic (a), (2) và (3) trong ba khe đo khác nhau, chúng ta thấy trong trường hợp thứ ba (c) có cường độ lớn nhất và sự tách của ba pic cũng tốt nhất.

270

3.3.10. Phân tích định tính Hiện nay trong một số trường hợp của các chất có tính huỳnh quang, người ta cũng đà sử dụng

các pic phát xạ huỳnh quang đặc trưng của các chất để phát hiện nó nhờ chất chuẩn. Ví dụ như trong

bảng 3.16: Bảng 3.16. Ví dụ pic đặc trưng huỳnh quang Chất

LOD (ppm)

ẰEX (nm)

Benzen

269

391

0,01

Anthracene

375

400

0,1

Quinin-sulfat

320

450

0,02

Vitamin E

295

335

0,05

Riboflavine

440

550

0,02

Fluorescene

405

510

0,05

Anisol

285

345

0,05

Naphthalene

286

321

0,05

Benzo-nitrile

280

360

0,02

Như vậy đế phát hiện một chất, chúng ta phải chuân bị mẫu phân tích và mẫu chất chuân trong

cùng điều kiện, sau đó ghi phổ huỳnh quang của mẫu phân tích và mẫu chuân. So sánh pic phô cùa phô chuẩn với phổ của mẫu phân tích chúng ta sẽ phát hiện được chất cần tìm. Song trong thực tế người ta ít

dùng phố huỳnh quang phân tử để phát hiện, định tính chất mà chủ yếu là đê xác định lượng hàm lượng

nhỏ và vết các chât.

Hiện nay máy đo phổ huỳnh quang phân tử được dùng như là một loại detector tương đối nhạy của sắc kỷ lỏng hiệu năng cao (HPLC/MFD) và điện di mao quản (HVCE/MFD).

3.3.11. Phân tích định lượng bằng phổ huỳnh quang phân tử 3.3.11.1. Nguyên tắc chung

Như chúng ta đã biết, khi chiếu một chùm sáng qua một dung dịch, tuỳ theo mỗi chất trong dung

dịch đó, có thê có một hay hai hiện tượng xảy ra như trong hình 3.27. Đó là các chât sẽ:

1) Sự hấp thụ năng lượng chùm sáng của chất và tạo ra phô hâp thụ ƯV-VIS. Theo hướng này, chúng ta có phép đo phổ hấp thụ quang phân tử UV-VIS của các chất (nhánh I hình 3.27, phép đo UV-

VIS, đã nói trong chưong 1).

2) Sự hấp thụ năng lượng chùm sáng, suy biến và sau đó phát huỳnh quang theo phương vuông

góc với chùm tia tới. Quá trình này tạo ra phô huỳnh quang cùa chât, như chúng ta đã trình bày ở trên. Do đó chùm tia tới chiếu vào dung dịch là chùm tia kích thích phố huỳnh quang và chùm tia phát xạ

huỳnh quang là vuông góc nhau (nhánh II của hình 3.27).

271

Phương pháp đo màu

-Dung dịch”-

Kính lọc Phương pháp

—A-*quang phố Lăng kính hay cách tử

f (II)

Phương pháp phổ huỳnh quang

Phương pháp huỳnh quang

Hình 3.27. Sự kích thích phổ huỳnh quang và phổ UV-VIS

(Nhánh II là của phép đo phổ huỳnh quang).

Như vậy, nguyên tắc chung của phương pháp phân tích định lượng theo phép đo phổ huỳnh

quang là dựa vào phương trình cơ bản sau:

và khi b = 1, chúng ta có:

Il(Em)

k.c

(3.7)

Từ phương trình (3.7), nhờ một dãy mẫu chuẩn chúng ta sẽ dựng được một đường chuẩn của chất

phân tích. Sau đó phát hiện nồng độ của chất phân tích trong mẫu phân tích theo đường chuẩn này. Việc phân tích định lượng một chất có thể theo phương pháp đường chuấn hay theo phương pháp thêm cũng tương tự như mọi kỹ thuật phân tích khác. Như vậy thứ tự các công việc phải làm như sau: 1) Chuẩn bị một dãy mẫu chuẩn của chất phân tích và các mẫu phân tích trong cùng một điều

kiện về vật lý và hóa học. 2) Chọn các điều kiện phù hợp để kích thích phồ và ghi đo phổ huỳnh quang của dãy mẫu chuẩn

và các mẫu phân tích (bảng 3.16).

3) Đo phố huỳnh quang của các mẫu chuẩn và mẫu phân tích. 4) Dựng đường chuẩn theo hệ tọa độ 1^ - c. Trong đó, I là cường độ huỳnh quang của chất phân tích, còn c là nồng độ của nó trong mẫu đo phổ huỳnh quang. Neu dùng phương pháp thêm, chúng

ta phải dựng đường chuẩn theo hệ tọa độ I - AC. Trong đó AC là nồng độ của chất phân tích được thêm vào trong dãy mẫu chuẩn của phương pháp thêm.

5) Sau đó từ đường chuẩn và các giá trị Ix đo được của mẫu phân tích chúng ta sẽ dề dàng phát

hiện được nồng độ của chất trong các mẫu phân tích nhờ đường chuấn đã dựng. Đó chính là nguyên tắc chung của phương pháp định lượng cùa phép đo phổ huỳnh quang đế

phân tích định lượng các chất theo phố huỳnh quang của nó.

272

3.3.11.2. Các phương pháp phàn tích định lượng a) Phương pháp đường chu ân

Như trên chúng ta đà biết, cơ sở cua phân tích định lượng theo phô phát xạ huỳnh quang là dựa

vào môi quan hệ giữa cường độ cúa chùm sáng phô huỳnh quang Ix và nông độ C\ cùa nguyên tô (hay chất) phân tích X trong mẫu theo biểu thức:

I>v = a.Cx

với b = l.

(3.8)

Phương trình này có dạng: y = a.x. Nó là phương trình của dạng đường thăng. Vì thế, đê phân tích định lượng một nguyên tố (một chất), chúng ta cần có một dày mầu đâu (mẫu chuân), từ 3 đên 5

mẫu, đê dựng một đường chuân cua chât (nguyên tô) phân tích. Do đó nguyên tăc của quy trình phân tích sè là:

+ Chuân bị dày mẫu chuân trong các điều kiện thích hợp, đồng thời chuấn bị các mẫu phân tích cùng điêu kiện với mẫu chuân;

+ Chọn các điều kiện phù hợp cho quá trình kích thích phổ của chất phân tích và đo phô huỳnh quang cứa tất cả các mẫu chuân và các mẫu phân tích theo một chùm tia huỳnh quang À-Em

phù hợp đà chọn;

+ Sau khi đo cường độ Ix đà chọn, chúng ta được các giá trị c cường độ vạch phổ của chất phân tích cua mẫu chuân và mẫu phân tích tương ứng như trong báng 3.17;

+ Rồi từ các cặp giá trị (I, C) tương ứng của các mẫu chuẩn, ta dựng đường chuẩn theo hệ tọa độ l

c. Đây chính là đường chuân của phép phân tích. Sau đó tìm (phát hiện) các giá trị nông độ Cxl,

Cx2, chưa biết từ các giá trị Ixl, Ix2,... đà đo được nhờ đường chuân (hình 3.28). Bảng 3.17. Dãy chuẩn của phương pháp định lượng Mẩu phân tích

Dãy chuẩn

Các chất Chất phân tích, Ca

Các điều kiện Đo I (hq)

Cx1

Cx2

1x1

Ix2

Như nhau tất 0

Đó là nội dung của phương pháp đường chuân. Phương pháp này có ưu diêm là rât thích họp cho quá trình xác định một loạt các mẫu cua cùng một chât hay nguyên tô cùng đôi tượng. Vì chỉ cân một

đường chuân chúng ta có thế xác định hàng trăm mẫu. Nó rất tiện lợi cho phân tích sản xuất hàng loạt.

Song trong một sô trường hợp, với các mẫu phân tích có thành phân phức tạp, chúng ta chưa biêt chính xác, nên không thể chuẩn bị được dày mẫu chuẩn phù họp về thành phần vật lỷ và hóa học như mẫu

phân tích, vì thê sè măc phai sai sô lớn, do sự không đông nhât vê thành phân của mâu tạo ra. Những trường họp này, chúng ta phai áp dụng một trong hai cách sau: al) Trước hêt là thay đôi nên (modify matrix) của mẫu sang nên khác ta pha chê thích họp đê loại trừ được anh hương cua matrix và nguyên tố thứ ba. Tức là mẫu phân tích và các mẫu chuân đều

được pha trong nền ta tông hợp. Cách này được áp dụng rất phố biến và có hiệu quả trong rất nhiều

273

trường hợp, nhất là trong phân tích vi lượng các chất trong đối tượng mẫu có thành phần hóa học và vật lý phức tạp.

a2) Nếu cách 1 mà không thành công (rất ít trường hợp), thi chúng ta phải dùng Phương pháp thêm chuấn để loại trừ ảnh hưởng về thành phần của mẫu.

Hình 3.28. Ví dụ đường chuẩn xác định ion Ca(ll) bằng phổ HQ (dùng thuốc thử calcein, môi trường KOH pH = 12).

b) Phương pháp thêm chuẩn

Nội dung của phương pháp thêm chuẩn là chọn (dùng) ngay chính một mẫu phân tích Cx đại diện làm chất nền đế pha một dãy mẫu chuẩn, bằng cách lấy 6 lượng mẫu Cx với một lượng nhất định

mẫu phân tích như nhau (khối lượng hay thể tích là tuỳ loại mẫu đó ở dạng nào) vào 6 cốc hay bình định mức, sau đó gia thêm vào các mẫu đó những lượng chính xác AC (nồng độ) của chất phân tích theo cấp

số cộng (ví dụ: 0, 2, 4, 6, 8, ÌO ppm). Ví dụ, nếu mẫu phân tích ta chọn làm nền có nồng độ là Cx, thì

dãy chuẩn sẽ có thành phần như trong bảng 3.17 và hình 3.29 (với AC # Cx). Sau khi có dãy mẫu chuẩn và các mẫu phân tích đã được chuẩn bị trong cùng điều kiện, chúng ta

cũng làm tiếp các công việc như trong phương pháp đường chuẩn ở trên. Nhưng chỉ có khác là ở đây sau khi đo phổ của dãy chuẩn và các mẫu phân tích khác, khi ta đã có các giá trị cường độ Ixi, 1x2,

1x3,—, Ixn, ta phải dựng đường chuẩn theo hệ tọa độ I - AC. Đây cũng là một đường thẳng cắt trục tung tại điểm có tọa độ lo (với mẫu thêm AC = 0) và đường này được gọi là đường chuẩn gốc. Từ đây, nhờ phương pháp ngoại suy tuyến tính (hay phương pháp hình bình hành), chúng ta sẽ dễ dàng tim được giá

trị nồng độ cx (hình 3.29a) của mẫu phân tích Cx đã được chọn làm nền để pha dãy chuẩn.

274

Bảng 3.18. Dãy chuẩn của phương pháp thêm Nồng độ (ppm)

Cường độ huỳnh quang (Ihq)

Cx + ACi

Cx + AC2

Cx + AC3

Cx+AC4

Cx+AC5

Cx1

1x1

Cx2

Ix2

Cx3

Ix3

Cxn

Ixn

Mẳu

Ghi chú

a. Dãy chuẩn

b. Các mẫu phân tích

Hỉnh 3.29. Đường chuẩn của phương pháp thêm.

a) Đường chuẩn gốc; b) Đường chuẳn ngoại suy.

275

Sau khi xác định giá trị Cx, bây giờ ta tịnh tiến trục tung của đô thị chuân gôc (hình 3.29a) về vị

trí giá trị Cx vừa tìm được, như thế chúng ta sẽ có đồ thị chuấn mới đê xác định nồng độ của các mẫu Cxi, Cx2, Cx3,.•• CXn như phương pháp đường chuẩn đã trình bày ở trên (hình 3.29b). Phương pháp này rất thích hợp để xác định các nguyên tố vết, vi lượng trong các mẫu có

thành phần phức tạp, mà chúng ta không biết rõ cấu trúc nền và thành phần các nguyên tố thứ ba có trong mẫu. c) Phương pháp một điêm chuân

Trong phân tích, có khi cần phân tích một vài mẫu, nên không nhất thiết phải làm cả đường chuẩn, như thế sẽ tốn kém, mất thời gian, hay đôi khi không đủ cả mẫu chuẩn, hoặc không có mẫu

chuẩn, trong những trường họp này, người ta hay dùng phương pháp một điểm chuẩn. Tất nhiên, khi sử dụng phương pháp này phải tuân theo các điều kiện nghiêm ngặt để thu được kết quả chính xác. Như

vậy, ở đây chúng ta sẽ có hai trường họp xảy ra: cl) Khi có mẫu chuẩn Trong những trường họp đơn giản, chúng ta cũng không cần pha một dãy chuẩn để dựng đồ thị

chuẩn, mà có thể tính ngay giá trị cx nhờ một mẫu chuấn C1 của chất phân tích. Nghĩa là chúng ta có:

Với mẫu phân tích:

Ix = a . cx

(a)

Với mẫu chuẩn:

Io = a . C1

(b)

Do đó đem (a) chia cho (b) chúng ta có: cx =(Ix/Io).C1

(3.9)

Như vậy khi đo được giá trị Ix và Io ta có tỳ số của chúng và chỉ việc nhân nó với giá trị C1 là

chúng ta có giá trị nồng độ Cx phải tìm theo công thức (3.9).

c2) Khi không có mẫu chuẩn Trong trường hợp này chúng ta dùng ngay mẫu phân tích làm nền, lấy hai lượng như nhau, một

phần để pha một mẫu chuẩn theo cách thêm chất phân tích X và một mẫu phân tích giữ nguyên, như vậy

chúng ta có: Với phần mẫu phân tích không thêm chuân:

Với mẫu có thêm chuẩn:

Ix = a.cx

(a)

Ict = a.(Cx + C1)

(b)

Do đó từ biểu thức (a) và (b) chúng ta có: cx =[(Ix/(Ix + Ict)].C1

(3.10)

Như vậy khi đo được giá trị Ix và Ict ta có tỳ số của chúng và chỉ việc nhân nó với giá trị C1 là chúng ta có giá trị nồng độ Cx phải tìm theo công thức (3.10).

Nhưng cần phải nhớ rằng, trong phương pháp này giá trị nồng độ chuẩn C1 và cả nồng độ chất phân tích Cx phải nằm trong vùng tuyến tính của phép đo xác định chất đó (chúng ta đà biết rồ trước

theo quy trình phân tích), thì mới có kết quả đúng đắn của Cx, vì b = 1.

276

Trên đây là các phương pháp định lượng chủ yêu hay được sử dụng trong phép đo phô huỳnh quang phân tứ. Tât nhiên mồi phương pháp đêu có những ưu diêm, nhược diêm và phạm vi ứng dụng nhất định của nó, vì thế người dùng tuỳ điều kiện mà áp dụng cho thích hợp.

3.3.12. Phạm vi ứng dụng của phổ huỳnh quang Trong hai loại phô huỳnh quang nguyên tử và phân tử, hiện nay phô huỳnh quang phân tử được sử dụng rộng rài và nhiêu hơn huỳnh quang nguyên tử, đê phân tích cả chât vô cơ và hữu cơ. Vì nó đơn giãn, có độ nhạy khá cao (cờ 5 — 15 ppb) và dề thực hiện. Mặt khác các thuốc thử huỳnh quang cũng có rất nhiều, hơn nừa máy đo phô huỳnh quang phân tứ không đắt như máy đo phố huỳnh quang nguyên tử. về nguyên tắc cùa cách đo, nó cũng tương tự như phép đo phố hấp thụ phân tử UV-VIS, chỉ có khác là đo tia phát xạ huỳnh quang của chất sau khi bị kích thích ở hướng vuông góc với chùm

tia sáng kích thích.

Trong phân tích, phương pháp phố huỳnh quang phân tứ được sử dụng rất nhiều đế định lượng các chất trong các lĩnh vực y học, sinh học, dược phâm. Sau đây là một số ví dụ về sự ứng dụng phố huỳnh quang để phân tích các chất theo các đối tượng, ví dụ. 1) Xác định các chất

- Xác định các chất họ Vitamin A;

- Xác định các aminoaxit, hợp chất sinh học; - Xác định một số dược phâm và thuốc; - Xác định một số hợp chất tự nhiên; - Xác định một số ion kim loại; - Xác định một số hợp chất hừu cơ nhóm aromatic.

2) Sử dụng máy đo HQ làm detector

Hiện nay, trong kỹ thuật phân tích săc ký long hiệu suất cao (HPLC), hay trong điện di và săc ký điện di mao quán hiệu suất cao (HPCEC), detector huỳnh quang là một trang bị rắt quan trọng đê phát hiện định tính và xác định hàm lượng các chât sau khi qua cột tách trong quá trình sắc kỷ. Vì loại detector này có độ nhạy tương đôi cao (cờ 5-15 ppb) và khá chọn lọc cho nhiêu nhóm hợp chât, nhât là các hợp chất sinh học, các vitamin, các aminoaxit,...

3.4. PHÔ HUỲNH QUANG HÓA HỌC

3.4.1. Sự xuất hiện của phổ huỳnh quang hóa học Đen nay người ta đà thấy có ba loại phố phát xạ huỳnh quang (gọi tắt là huỳnh quang hay phát xạ

huỳnh quang) và chúng có tên là: 1) Phố huỳnh quang (Fluorescence spectrum). Loại huỳnh quang này có hai nhánh là:

1 a) Phô huỳnh quang nguyên tử, do các nguyên tử tự do khi ở trạng thái hơi bị kích thích băng chùm tia sáng thích hợp mà sinh ra, ví dụ chùm sáng cùa đèn HCL (Catot rồng). lb) Phô huỳnh quang phân tư, do các phân tứ hay hợp phức trong dung dịch lỏng hay dung dịch khí khi bị kích băng chùm tia sáng thích họp mà sinh ra, ví dụ chùm sáng của đèn Xe-Lamp, như chúng ta đà nêu trong phân trên.

277

2) Phổ huỳnh quang hóa học (chemiluminescence spectrum).

Loại phổ huỳnh quang hóa học chỉ có ở một số hợp chất hóa học có cấu trúc đặc biệt và phải qua một phản ứng hóa học trung gian thích họp (phản ứng kích thích) của nó với một thuốc thử Re để chuyển nó thành chất (hay sản phẩm của ứng hóa học) có khả năng phát huỳnh quang, nên được gọi là huỳnh quang hóa học (chemiluminescence spectrum), hay phổ phát quang hóa học.

3) Phổ lân quang (Phosphorescence spectrum). Loại phố huỳnh quang này chủ yếu là của các họp chất phospho-hữu cơ bị phân hủy mà phát quang sinh ra. Nên được gọi là phổ lân quang (Phosphorescence spectrum), huỳnh quang của các họp chất có phospho. Phố lân quang này rất yếu, nó có màu xanh nhạt, nên chỉ ban đêm, tối mới nhìn thấy. Các họp chat phospho trong xương cơ thê động vật và người khi bị phân hủy dưới tác dụng của oxy trong không khí thường hay phát ra phổ lân quang. Vì thế ở trong các nghĩa trang ban đêm chúng ta hay nhìn thấy các chùm sáng xanh nhạt, đó là chùm tia sáng lân quang. Phổ lân quang khác hai loại phổ huỳnh quang thường và huỳnh quang hóa học ở chỗ là phần tử Mx* ờ trạng thái kích này tồn tại trong thời gian khá dài, đến cỡ từ 0,2 - 1 giây, rồi mới phát xạ ra tia lân quang. Vì trong quá trình kích thích phần tử sinh phổ lân quang, các phân tử ở trạng thái kích thích này còn có sự thay đối spin của các đám mây electron liên kết, đồng thời quá trình suy biến thường ở mức triplet (hình 3.30), nên trạng thái kích thích của nó tồn tại trong thời gian dài hơn hai loại huỳnh quang nói trên. Trong ba loại huỳnh quang này, loại thứ nhất có nhiều và được sử dụng khá nhiều trong phân tích để xác định các chất với độ nhạy từ 10-50 ppb. Nhiều phương pháp phân tích tiêu chuẩn đã được xây dựng theo phép đo này. Còn phổ phát quang hóa học (huỳnh quang hóa học) và phố lân quang có ít chất sinh ra được, thực hiện khó hơn và hơn nữa là độ nhạy không cao, nên nó cũng ít được dùng trong phân tích thực tế, nhất là phổ lân quang.

Phổ huỳnh quang hóa học, gọi chính xác phải là phố phát xạ huỳnh quang hóa học, hay là phổ phát quang hóa học (chemiluminescence spectrum) và ta thường quen gọi là phố phát quang hóa học. Quá trình sinh huỳnh quang được mô phỏng như trong sơ đồ sau.

Hỉnh 3.30. Quá trình kích thích phổ huỳnh quang. a) Trạng thái cơ bản; b) Trạng thái kích thích đơn; c) Trạng thái kích thích triplet.

278

Quá trình phát sinh phô phát quang hóa học (tạo ra phô huỳnh quang hóa học), nó khác phô huỳnh quang thường (fluorescence spectrum) ở chỗ là phải có một phản ứng hóa học trung gian (phản ứng xúc tác kích thích) của chất phân tích Xị với một thuốc thử Re phù hợp trong một điều kiện nhất định đề tạo ra một sản phấm Mx * có khả năng phát huỳnh quang và phản ứng này phải có tính chất định lượng thì mới dùng được trong phân tích phổ huỳnh quang hóa học. Sơ đồ nguyên lý của sự phát quang hóa học là:

+ Re

+ Kích thích:

+ Phát huỳnh quang:

* My

Mx* + D

(a)

+ n(vh)

(b)

-►

-+ Xi’

Chùm tia huỳnh quang hóa học

Ví dụ chất Luminol khi tác dụng với O2 theo phản ứng:

o ox. agent h2n

hv: Chùm tia HQ

Sản phẩm phát HQ

Luminol

Ví dụ khác là phố huỳnh quang hóa học của khí NO, khi nó được kích thích bởi ozone (O3) theo phản ứng sau:

NO + NO2

"►

03 -►

NO2

NO2*

+ 02

n(vh)

(a)

(b)

(Chùm tia HQ hỏa học)

(có X: 600 - 2800 nm) Phán ứng (a) này được gọi tên chung là phản ứng xúc tác (hay phản ứng kích thích HỌ) của quá trình phát xạ huỳnh quang hóa học (phô huỳnh quang hóa học). Như vậy, qua các ví dụ trên chúng ta thây sự sinh phô phát xạ huỳnh quang hỏa học phải có hai quá trình (hai bước) xảy ra liên tiếp nhau (a) và (b), cụ thề là:

+ Ọuá trình 1: (a) - Phản ứng tạo ra sản phẩm phát huỳnh quang. + Quá trình 2: (b) - Sự phát quang cua sản phấm do quá trinh 1 sinh ra.

Chính sản phấm sinh ra Mx của phản ứng (a) đà bị kích thích lên trạng thái năng lượng cao Ex theo quá trình (a), rồi sau đó là phần tử Mx đà bị kích thích có năng lượng cao không bền (chỉ tồn tại t = 10 ■ giây <) này sè phát xạ tạo ra chùm tia phát xạ huỳnh quang hóa học n(vh), đó là phô huỳnh quang hóa học theo quá trình (b). Như vậy trong sự phát quang hóa học, chất phân tích Xi không trực tiếp bị kích thích và phát quang, mà nó phải thông qua một phản ứng hóa học trung gian (được gọi là phản ứng kích thích) để tạo ra một sân phẩm Mx* có kha năng phát quang như đâ nói ở trên, do bản chất đó mà người ta gọi sự phát quang này là huỳnh quang hóa hóa học, hay phố phát quang hóa học (Chemiluminescence spectrum), để phân biệt nó với phổ huỳnh quang thông thường (fluorescence spectrum), vì có phản ứng hóa học (a) mới có huỳnh quang của chât X.

279

Vê độ nhạy phô, nói chung thì phô huỳnh quang hóa học thường kém phô huỳnh quang thường và phô lân quang lại còn kém hơn cả phổ huỳnh quang hóa học.

Thuốc thử Re của phố huỳnh quang hóa học ở đây thường là: + Hợp chất có tính oxy hóa mạnh và kém bền, điển hình là ozôn. + Hydrogen-peroxit (H2O2). + Chất vô cơ có tính oxy- hóa mạnh, như ion MnO^1, Cr^o?-

Song hai loại a) và b) là hai loại thuốc thử chính của phổ huỳnh quang hóa học. Nhờ nó mà người ta đưa được một chất phân tích Xi trở thành một phần tử M có khả năng phát quang, tạo ra phô huỳnh quang hóa học.

Hai thuốc thử này, sau khi phản ứng thì ozôn thành oxygen, còn hydrogen peroxit thành nước, không có tính huỳnh quang và như thế không gây ảnh hưởng gì đến quá trình cùa sự phát huỳnh quang hóa học và đo phố của chất chính.

Sau đây là một số ví dụ đã đưực ứng dụng trong thực tế của phố huỳnh quang hóa học. a) Với các chất phân tích ở trạng thái khí - Ví dụ 1: Xác định khí NO trong mẫu khí môi trường (khí quyển)

Đê xác định khí NO người ta dựa theo các quá trình hóa học sau:

NO + 03

NO2* + o2

(a)

Và chính phần tử NO2 * này sẽ là phần tử phát ra phổ huỳnh quang hóa học của khí NO như sau: NO2* “► NO + o2

+ Xjùn (vh)

(b)

Tia phát xạ huỳnh quang hóa học

(có X: 600 - 2800 nm) ở đây O3 là thuốc thử Re - Vỉ dụ 2: Xác định khí NO2 trong khí quyến (môi trường khí)

Trong trường hợp này người ta phải phân hủy nhiệt mẫu khí NO2 trong ống thạch anh ở 700 °C để nó phân hủy thành khí NO theo phản ứng sau. NO2 + Nhiệt (700 °C) -► NO

+ o

Sau đó xác định lượng NO sinh ra như trong ví dụ 1.

Như vậy để xác định NO2, hệ thống máy xác định NO như ví dụ 1 phải có thêm bộ phận nhiệt phân NO2 thành NO. Hai cách này đã được sử dụng trong các detector huỳnh quang hóa học đê xác định hàm lượng khí NO và NO2 trong không khí môi trường trong các hệ máy quan sát môi trường khí tự động bằng phép đo phố huỳnh quang hóa học. Nồng độ xác định được của NO trong vùng tuyến tính của phép đo này là từ 2 ppb đến 1.000 ppm. Với NO2 trong vùng hàm lượng 1 ppb đến 400 ppm. - Ví dụ 3: Xác định ozôn trong không khí

Đe làm việc này, trước tiên người ta phải thu một lượng khí nhất định và hấp thụ khí ozôn vào cột Silicagen có tẩm phẩm màu Rohdamin B. Sau đó giải phóng ozôn bằng khí NO trong điều kiện của các phản ứng như ví dụ 1 đế sinh ra NO2 . Sau đó là sự phát quang hóa học của chất trung gian NO2 đã được sinh ra. Vì nồng độ NO ờ đây dư, nên bao nhiêu phân tử ozôn sẽ có bấy nhiêu phân tử NO2 tương ứng.

280

Bằng cách này người ta có thể xác định được ozôn từ nồng độ 1 ppb đến 800 ppb trong môi trường khí quyến. Đây cũng là một phương pháp đà được ứng dụng trong các hệ máy phân tích khí tự động (auto monitor system) phục vụ phân tích môi trường. - Vỉ dụ 4: Xác định khỉ SO2 (khỉ sulfuaro)

Trong ngọn lừa hydrogen, khí so? có phản ứng như sau: 4H2 + 2SO?

tạo ra phần tứ trung gian s* có

s2*

-►

+ 4H2O

(a)

khả năng phát quang mạnh.

Sau đó là phản ứng phát quang của phần tử s2* đà được sinh ra là: s2

“►

+ n(vh)

(b)

Chùm tia huỳnh quang hóa học (có X: 380 - 394 nm) b) Vời các chất phân tích ở trạng thải lỏng

Cùng có khá nhiều các hợp chất ớ trạng thái long cũng có khả năng cho phổ hùynh quang hóa học khi nó tương tác với các chất oxy hóa mạnh (nó bị kích thích). Ví dụ các hợp chất hữu cơ có nhóm chức như sau:

R-CO-NH-NHR (Nhóm chức dê bị kích thích) Loại hợp chất hữu cơ có nhóm chức này khi phản ứng với oxygen (O2), hydrogen-peroxxit (H2O2), hay chât oxy hóa mạnh khác sè tạo ra sản phâm có khả năng phát quang hóa học theo cơ chê phản ứng:

R-CO-NH-NHR + o2 -► |R-CO-NH-NHR| * (Chát sẽ phát quang)

* |R-CO-NH-NHR|

-►

n(vh)

+ R-CO-NH-NHR

Chùm tia huỳnh quang hóa học Ví dụ hợp chất hữu cơ Luminol trong môi trường kiềm mạnh, nó phản ứng được với oxygen hay

hydrogen-peroxit tạo ra một sản phâm có phát huỳnh quang hóa học ở sóng À=425 nm rât đặc trưng. Luminol + 2OH1 -» N, + 2H2

+ H2N-C6Hj-(COO )2*

Chảt trung gian phát huỳnh quang H2N-C6H3-(COO-)2* -+ H2N-C6H3-(COO )2 + (nvh) Chùm tia huỳnh quang hóa học

Cấu trúc phân tử và sản phấm phát huỳnh quang là:

coo‘ ox. agent

Luminol

coo + hv

COO

Sản phẩm phát HỌ

coo'

hv: Chùm tia HQ 281

Trong trường hợp này, nếu dùng chất oxy- hóa là hydrogen-peroxit (H2O2 30%) thì phải có chất xúc tác là cation Co(II) với nồng độ 0,01 nmol/L, hay dùng cation Cr(III) với nồng độ 0,5 nmol/L. c) Với các hợp chất hữu cư khác

Với các chất hữu cơ khác, đê tăng độ chọn lọc và sự phát huỳnh quang hóa học của chất phân tích, người ta thường dùng thêm các chất xúc tác là các emzym-oxy- hóa. Bằng cách này các chất hữu

cơ thuộc loại glucose, cholesterol, choline, axit uric, các amino-axit và lactat có khả năng sinh ra phản phẩm có phát quang hóa học đặc trưng. - Ví dụ với axit uric Uric axit + H2O2 + Enzym -► [Allantion] *

* [Allantion]

-► Allantion

+ H2O2

n(vh)

Chùm tia huỳnh quang hóa học

- Với một số loại đường

Một số loại đường cũng được xác định bằng phương pháp quang hóa theo cơ chế: Sucrose + H2O

Invertase ->

a-D-Glucose + Fructose

Multatrotase

p-D-Glucose

a-D-Glucose P-D-Glucose + O2

Glucose-oxidase ->

[Gluconic axit] *

Rồi sau đó phần tử sản phấm [Gluconic axit| *sẽ

+ H2O2

phát ra phố huỳnh quang hóa học.

3.4.2. Cường độ của chùm tia phát xạ huỳnh quang hóa học Trong sự phát quang phổ huỳnh quang hóa học, cường độ Icl của chùm tia huỳnh quang hóa học, một cách tổng quát sẽ được tính theo biểu thức sau đây: IcL = đ>Ex.đ>Em«(d[Ci]/dt)

(3.11)

Trong đó:

+ Oex: Hệ số hấp thụ chùm tia kích thích của chất;

+ d>Em: Hệ số phát xạ huỳnh quang hóa học; + (d[Ci]/dt): Tốc độ của phản ứng kích thích (a). Như công thức (3.11), chúng ta thấy cường độ Icl của chùm tia phát xạ huỳnh quang hóa học

phụ thuộc tỷ lệ thuận vào ba đại lượng là: + d>Ex,

hệ số hấp thụ chùm tia kích thích;

+ d>Em, hệ Số phát xạ chùm tia phát xạ huỳnh quang hóa học; + d[Ci]/dt, tốc độ của phản ứng kích thích (a). Trong những điều kiện đã xác định, thì cường độ của chùm sáng phát huỳnh quang được tính theo biểu thức.

282

Hay là:

IcL = 2,303.sLCx

(3.12a)

ICL = k.(Cx)b với k = 2,303 sL

(3.12b)

Trong đó:

+ cx: Nồng độ cua chất X; + £: Hệ số hấp thụ chùm sáng của chất X; + L: Bê dày của lớp dung dịch mẫu; + b: Hệ sô bản chât, nó nhận giá trị trong vùng: 0 < b < 1; + k: Hăng sô của các điều kiện thực nghiệm.

Như vậy khi b = 1, chúng ta có: IcL = k.Cx

(3.12c)

Lúc này mối quan hệ giừa Icl và cx là tuyến tính, có dạng y = ax.

Phương trình (3.12c) là công thức cơ sở để định lượng một chất theo phố huỳnh quang hóa học của nó.

3.4.3. Điều kiện và trang bị của phép đo huỳnh quang hóa học Từ các vân đề đã nêu ở trên, muốn thực hiện phép đo phô huỳnh quang hóa học, về nguyên tăc cùng cân hệ máy đo như phép đo huỳnh quang thông thường đà nêu trong phần trên, như cần phải có thêm các điều kiện sau đây: 4- Phai tìm được một phản ứng xúc tác (kích thích) của chất phân tích Xi bởi một thuôc thử Re nào đó có tính oxy hóa mạnh, ví dụ như khí ozon, oxygen tinh khiết, đế đưa chất cần phân tích Xj vê trạng thái cua một họp chất trung gian Xị’có khả năng phát quang hóa học trong những điều kiện nhất

định phù họp. + Phải có hệ bình phản ứng hóa học phù họp để thực hiện điều kiện 1), tạo ra chất trung gian Xi’ cua chất phân tích Xi và dần nó vào cuvet đo quang của hệ máy đo phổ huỳnh quang.

3.4.4. Phân tích định lượng bằng phổ huỳnh quang hóa học Theo phương trình cơ sở (3.12c) đã nêu ở trên, vê nguyên tăc phương pháp phân tích phô huỳnh quang hóa học cũng được thực hiện như phương pháp phô huỳnh quang thông thường, nó cũng có ba cách xác định, cụ thể là: + Phương pháp đường chuân; + Phương pháp thêm chuân; + Phương pháp một điểm chuẩn. Nó chỉ có khác là trong phép đo phố này cần phải có thêm một hệ bình phản ứng đê tạo ra chât trung gian có phát huỳnh quang, rôi mới dẫn chất này vào cuvet đo phô. Vì thế sè không trình bày lại ở đây.

3.4.5. Phạm vị ứng dụng của phổ huỳnh quang hóa học Phương pháp phân tích phô huỳnh quang hóa học, hiện nay chủ yếu được sử dụng trong một sô lình vực, như:

283

Phân tích môi trường xác định các khí NO, NƠ2, SO2, O3,... như đà trình bày trong các ví

dụ ở trên;

+ Một số chất hữu cơ có nhóm chức -CO-NH-NHR; 4-

Một số chất hữu cơ thuộc họ (loại) đường;

Một số hợp chất sinh học của y học và dược.

3.5. PHỒ LÂN QUANG 3.5.1. Sự xuất hiện của phổ lân quang Phố lân quang cũng là một dạng cùa phổ huỳnh quang hóa học, song nó chỉ có khác ờ chỗ, đây là

sự phát quang của các họp chất hữu cơ của phospho có trong cơ the sinh vật và người (họp chất phospho sinh học), khi nó bị phân hủy trong không khí bởi oxy, hay chất oxy hóa mạnh khác. Như trong sơ đồ đã (hình 3.30) ở trên, quá trình sinh ra phổ lân quang có các bước sau: 4-

Sự kích thích chất;

Sự suy biến đa bậc, dublet và triplete, hình 3.30;

Sự phát xạ huỳnh quang của sản phẩm đã suy biến và phổ này được gọi là phổ lân quang, tức

là phô phát xạ của họp chất cơ phospho hữu cơ sinh học.

Phổ lân quang thường có cường độ rất yếu, nó nằm trong vùng phố khả kiến (xanh lam nhạt,

vùng sóng 620 - 750 nm). Vì thế, những nơi nào có các hợp chất hữu cơ phospho của cơ thê động vật và người bị phân hủy

thối rữa thường phát ra phố lân quang, nhưng vì cường độ phát quang rất yếu, nên ban ngày chúng ta

không nhìn thấy được bằng mắt, mà chỉ ban đêm tối trời mới nhìn thấy được. Chùm tia sáng lân quang này chúng ta có thể quan sát được ở trong các nghĩa địa vào những đêm tối trời rất rõ ràng có màu xanh

lơ nhạt. Thầy phù thủy đà sử dụng chùm tia sáng của phô lân quang này được sinh ra trong nghĩa địa vào đêm khuya để dọa nạt những người không hiểu biết, thần kinh kém và gọi đó là ma trơi.

3.5.2. Cường độ của chùm tia lân quang Lân quang là một dạng đặc biệt của huỳnh quang hóa học (phát quang hóa học, hóa huỳnh quang) của họp chất cơ phospho sinh học. Vì thế cường độ của chùm sáng phổ lân quang I|q này cũng

được tính theo biểu thức sau: ĩlq - *(^Ex(lq) ^dEm(lq)

[ CjỊ/d t)

(3.1 3)

Trong đó: 4- d>Ex(iq)-

Hệ Số hấp thụ chùm tia kích thích;

4- ^Em(iq)-

Hệ Số phát xạ chùm tia phát xạ lân quang;

284

d[Ci]/dt: Độ biến thiên nồng độ chất Ci theo thời gian, tức là tốc độ của phản ứng kích thích.

Hình 3.31. Bộ bình mầu để đo phổ lân quang. a) Cuvet đo phổ HQ hóa học; b) Hệ cuvet đo phổ lân quang. 1) Bình Deva chứa ống mẫu; 2) Khe vào và khe ra của chùm sáng; 3) Bộ phân tán và ngắt chùm sáng.

3.5.3. Các điều kiện để phân tích phổ lân quang Phô lân quang chi tôn tại ở nhiệt độ thấp, vì thế muôn phát hiện và đo được phô lân quang này chúng ta phải có bộ bình mẫu đặc biệt, có bình Deva chứa mẫu không chế ở nhiệt độ thâp chính xác, hình 3.31.

285

3.6. Ví DỤ MỌT SỐ MÁY PHÔ HUỲNH QUANG Fluorescence Spectrometer

Fluorescence Spectrometer

Model LS-45

Model LS-55

+ Loại máy: HQ hai chùm tia

HQ hai chùm tia

Kiểu: Monk-Gilleson

+ Vùng phổ:

4- Vùng phổ:

- Vùng ẦEx: 200 - 800 nm (standard)

-Vùng A,£X: 200 - 800 nm (standard)

- Vùng ẦEm: 250 - 900 nm (Standard)

-VùngÀEm: 250 - 650 nm (standard)

- Và vùng ÀEm- 250 - 650 nm

- Và XEm* 250 - 900 nm

+ Độ phân giải: 0,5 nm

4- Độ phân giải: 0,5 nm

+ Khe máy XEx: 10 nm, cố định

4- Khe máy XEx: 2,5-15 nm

+ Khe máy XEm’5 hay 10 nm, cố định

4- Khe máy ÀFm: 2,5 - 20 nm

+ Độ lặp lại của X: 0,5 nm

(thay đổi 0,1 nm).

4- Đèn nguồn: Xennon

4- Độ lặp lại của X: 0,5 nm

4- Thang đo: Cường độ phát xạ

4- Đèn nguồn: Xennon

+ Tốc độ quét: 10 - 1500 nm/phút

+ Thang đo: Cường độ phát xạ

+ Mầu đo: Dung dịch

4- Tốc độ quét: 10-1500 nm/phút

+ Độ nhạy (LOD): 10-50 ppb

4- Mầu đo: Dung dịch

4-Tỷ số S/N: 500/1 -2000/1

4- Độ nhạy (LOD): 10-50 ppb

4- Ghi phồ 2D và 3D

4-Tỷ số S/N: 750/1 -2500/1

+ Điều khiển: WinLab-32

4- Ghi phồ: 2D và 3D

+ Phạm vi ứng dụng:

4- Điều khiển: WinLab-32

- Nghiên cứu khoa học - Phân tích mẫu: Hoá học, sinh học, bệnh viện, thuốc, dược phẩm, môi trường, nông nghiệp thực phẩm, đồ uống, enzym, thú y, công nghiệp,...

286

+ Loại máy:

4- Phạm vi ứng dụng:

- Nghiên cứu khoa học - Phân tích mẫu: Hoá học, sinh học, bệnh viện, thuốc, dược phẩm, môi trường, nông nghiệp thực phấm, đồ uống, enzym, thú y, công nghiệp,...

3.7. CÂU HỎI ÔN TẬP 1.

Sự xuất hiện cua phô phát xạ huỳnh quang có mây loại, bản chất của mỗi loại và yếu tố nào quyết định sinh phố này?

Nguyen tãc của phép đo phô phát xạ huỳnh quang? Các bước của quá trình phân tích phô HỌ?

Nguyên tãc câu tạo các bộ phận của máy đo phô HQ nguyên tử và phân tử. Đặc điêm, chức năng và nhiệm vụ của mồi bộ phận?

Các loại nguồn kích kích thích trong phép đo phố phát xạ HỌ nguyên tử và phân tử, đặc điếm và ứng dụng của mồi loại đó?

Nêu co chế kích thích phố phát xạ HQ trong mồi loại (nguyên tử và phân tứ), các quá trình chính, các quá trình phụ trong mỗi loại?

Thuốc thứ huỳnh quang, các loại. Phổ huỳnh quang và cấu trúc phân tử chất phát huỳnh quang liên quan với nhau thế nào?

Các yếu tố anh hưởng đến sự phát xạ phô huỳnh quang nguyên tử và phân tử chất, cách khắc phục

và loại trừ chúng? 8.

Phân tích định tính băng phô HỌ, nguyên tắc, các loại phân tích định tính và cách thực hiện?

Phân tích định lượng bằng phổ HQ, nguyên tắc, phương trình cơ bản, các phương pháp định lượng, cách thực hiên và ưu nhược điếm, phạm vi ứng dụng của mồi cách?

10.

Phạm vi ứng dụng cùa phép đo phổ phát xạ HỌ?

1 1.

Phô HỌ nguyên tử và HỌ phân tử giông nhau và khác nhau ở những diêm nào?

12.

Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS và phố HỌ phân tử giống nhau và khác nhau ở những điếm nào?

13.

Huỳnh quang hóa học xuât hiện như thê nào? Nó khác phô huỳnh quang thường ở diêm nào?

14.

Các điều kiện đê có phô huỳnh quang hóa học?

15.

Cho ví dụ và phạm vi ứng dụng cùa huỳnh quang hóa học?

16.

Phô quang hóa học xuât hiện như thê nào. Nó khác phô huỳnh quang thường và huỳnh quang hóa học ở diêm nào. Loại chât có khả năng sinh ra phô lân quang?

287

TAI LIEU THAM KHAO 1.

HobartH. Willard, Lynne L. Merritt, Jr., John A. Dean & Frank A. Intrumental Methods of Analysis, 7th. Wadsworth Publishing Company. Belmont, California, A Division of Wadsworth, Inc. Edition. 1992.

Douglas A. Skoog, Donald M. West & F. James Holler. Fundamentals of Instrumental Analysis. 7th. New York, London, Toronto, Amsterdam, Tokyo. Edition, 1993.

Wright. J. c. Modern Fluorescene Spectrometry, Vol. 3 & 4. Publish, by E. L. Plenum, New

York. Wehry, 1981. 4.

Phạm Luận, Phần II. Co’ sở lý thuyết của phổ phân tử. Đại học Tổng hợp Hà Nội. 1994.

Douglas A. Skoog & F.James Holler. Principles of Instrumental Analysis. Chapter 4 & 5. New York, London, Toronto, Amsterdam, Tokyo. Edition, 2003.

Roger A. Minear and Lawrence H. Keith. Water Analysis. Part 2. Inorganic Species. Chapter 4.

Molecular Luminescence Methods. New york, London, Toronto, Amsterdam, Tokyo. Edition,

1988. 7.

E.B. Sandel and Hiroshi Onishi. Photometric Determinaton of Trace Elements. General

Aspects, Part I. Chapter 4. Absorptionmetry and Fluorimetry Methods. New york, London, Toronto, Amsterdam, Tokyo. Edition, 1978. 8.

Stephen G. Shulman. Moleculary Luminescence Spectroscopy. New York, London, Toronto,

Amsterdam, Tokyo. Edition, 2005.

Graft Michel and Reisfeld. Moleculary Luminescence Spectroscopy of minerals and materials. New York, London, Toronto, Amsterdam, Tokyo. Edition, 2005.

288

Chương 4

Cơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ KHÓI LƯỢNG PHÂN TỬ • (Molecular Mass Spectrometry, MMS)

4.1. KHÁI QUÁT VỀ PHỐ KHỐI LƯỢNG 4.1.1. Khái quát chung về phổ khối lượng Phô khối lượng (gọi tắt là phố khối) là một loại phổ có tính chất khối lượng của các ion mang điện tích dương l (dạng M+) khối lượng m, nó được phân giải và và đánh giá theo tỷ số khối 1T1/Z (trong đó, m là khối lượng của ion M' và z là điện tích của ion M4 và ở đây z = 1) Đơn vị đo của tỷ số khối m/z là Dalton (kí hiệu Da). Ion M1 của phô khối có hai loại, có thê là: a) Loại thú' nhất

lon M' là của các nguyên tố hóa học và các đồng vị cua nó khi các nguyên tử của các nguyên tố này bị ion hóa bậc nhất (1 lần, bị mat 1 điện tử hóa trị) mà có. Ví dụ: - Nguyên tố Mg: Có ba đồng vị tự nhiên (Mg khối lượng: 24, 25 và 26), nên cũng có ba ion khối là 24Mg(I), 25Mg(I), và 26Mg(I), có số m/z là 24, 25 và 26 Da. - Nguyên tô Fe: Có bôn đông vị tự nhiên (Fc khối lượng: 54, 56, 57 và 58), nên cũng có bốn ion khối là 54Fe(I), 56Fe(I), 57Fe(I), và 58Fe(I), với số m/z là 54, 56, 57 và 58 Da. - Nguyên tố Pb: Có bốn đồng vị tự nhiên (Pb khối lượng: 204, 206, 207 và 208), nên cũng có bốn ion khối đó là 204Pb(I), 206Pb(I), 207Pb(I) và 208Pb(I) với số khối m/z là 204, 206, 207 và 208 Da.

Do đó, nêu chúng ta ion hóa và ghi phô khối của các nguyên tô này và các đông vị của chúng, chúng ta sẽ có 3 pic của Mg, 4 pic của Fe và 4 pic của Pb. Hình 4.1 là ví dụ vê phô khối lượng nguyên tử cúa các đông vị tự nhiên của nguyên tô hóa học chì (Pb). Như vậy, với mỗi nguyên tố, trong ựr nhiên nó có bao nhiêu đông vị thì cũng sẽ có bấy nhiêu pic phố khối (m/Z) của nó (bảng phụ lục). Loại phố khối này được gọi là phố khối nguyên tử (Atomic Mass Spetrometry, kỷ hiệu AMS, hay thường viết MS).

289

b) Loại thứ hai

lon M+ là của phân tử các chất hữu cơ khi nó bị ion hóa bậc một sinh ra (ion M+ này được gọi là ion phân tử hay ion mẹ) và các ion của các mảnh phân tử, của các chất hữu cơ vỡ ra khi nó bị bắn phá và bị ion hóa mà hình thành (được gọi là các ion con, hay mảnh ion) trong những điều kiện ion hóa nhất định. Ví dụ như với nguồn năng lượng ion hóa E1 (Electron Ionization) có động năng trong vùng 60 - 80 eV.

- Phân tử Metanol, có khối lượng phân tử M = 32 sẽ có: 1 ion phân tử có m/z = 32 và bốn mảnh ion có m/z lần lượt là: 15, 28, 29 và 3 ĩ Da. - Phân tử Acetaminophene, có phân tử lượng M = 151 sẽ có: 1 ion phân tử có m/z = 151 và 3 mảnh ion con có m/z khối lượng là: 60, 80 và 109 Da. - Phân tử Bromobutane, có M = 136 sẽ có: 1 ion phân tử có m/z = 136 và 3 mảnh ion có m/z là: 41,57 và 107 Da.

290

- Phân tư Chloramphenicol, có M = 321 và có 1 ion phân tử với m/z = 321 và 10 mảnh ion có m/z lằn lượt là: 127; 152,1; 164,3; 176; 194; 206,9; 219,1; 237; 249; 257,1 Da.

Do đó, trong sắc đồ phổ khối lượng cửa các phân tử chất này chúng ta sẽ thấy có các pic như trong hình 4.2.

- Acetaminophen có 4 pic, - Bromobutane có 4 pic, - Chloramphenicol có 11 pic.

Hình 4.2a. Ví dụ pic khối phổ của ba chất hữu cơ.

(a) -Brombutane; (b) - Acetaminophene; (c) - Chloramphenicol.

291

Như vậy từ hai trường hợp phổ khối lượng đà nêu ở trên, chúng ta thấy có hai loại phố khối lượng, đó là:

- Loại 1: Phổ của các ion M+ sinh phố, số khối (m/Z), ion M+ chỉ có 1 nguyên tử và đó là phố của các ion được sinh ra khi chúng ta ion hóa các nguyên tử của các nguyên tố hóa học và các đồng vị của nó, ví dụ như Mg, Fe và Pb đã nêu ờ trên. Với loại ion M+ này chúng ta có phổ khối lượng của nguyên tử và có phép đo Atomic Mass Spectrometry (phép đo phô khối nguyên tử). Đây là kỹ thuật phô khối lượng dùng để phân tích (định tính - phát hiện và định lượng) các nguyên tố hóa học và đồng vị của nó. Như trong ví dụ ở hình 4.la, ta thấy trong tự nhiên Pb có 4 đồng vị là Pb(204), Pb(206), Pb(2O7) và Pb(208); Cu có hai đồng vị là Cu(63) và Cu(65) như đà được chỉ ra ở hình 4.1 b. - Loại 2: Phổ của các ion M+ sinh phồ có số khối (m/Z) lại có nhiều nguyên tử tạo thành (như H, c, o, N,...) và đó là các ion được sinh ra khi chúng ta bắn phá và ion hóa các họp chất hữu cơ, như ví dụ trong hình 4.2a là phô khối lượng của các họp chất hữu cơ metanol, brom-butane, acetaminophene

và chloramphenicol. Trong các chât này, môi chât chỉ có 1 ion của phân tử (ion mẹ) và còn lại là các ion mảnh của phân tử chất đó bị vỡ ra (tạo ra các ion con). Với các ion M+ loại này chúng ta có phổ khối lượng của phân tử các chất hữu cơ, nên có tên là Molecular Mass Spectrometry (phép đo phô khôi lượng phân tử, ký hiệu là MMS). Đây là kỹ thuật phổ khối lượng dùng để phân tích (định tính - phát hiện và định lượng) các chất hữu cơ, các amin, các họp chất phức, hình 4.2.

Như vậy hai loại phổ khối lượng nói trên có hai bản chất sinh phổ khối và nguồn ion hóa khác nhau (của chất vô cơ và chất hữu cơ) - Loại 1 là phổ khối lượng của các nguyên tố hóa học và các đồng vị của nó, là phổ của chất vô cơ và mỗi ion số khối (m/Z) chỉ là một loại nguyên tử duy nhất. Vì thế số khối của loại phổ này lớn nhất chỉ là 272 Da, là nguyên tử khối của nguyên tố lớn nhất. Do đó giải phồ (số m/Z) của loại phổ khối vô cơ này chỉ từ 1 - 272 Da. - Loại 2 là phổ khối lượng của các hợp chất hữu cơ, nó được sinh ra khi nó bị bắn phá bằng nguồn năng lượng thích họp, ví dụ EI, ESI, hay CI và trong mỗi ion số khối (m/Z) có thể có 2, 3 hay nhiều nguyên tố, vì nó là ion của một phân tử hừu cơ (ion mẹ), hay các mảnh của phân tử chất hữu cơ bị vỡ ra rồi bị ion hóa. Ví dụ ion phân tử (ion mẹ) CHỊ1 của phân tử metan (CH4) có số khối m/z = 16, nó

gồm 2 nguyên tố và ion khối này bao gồm 1 nguyên tử Cacbon (C) và 4 nguyên tử hydro (H), hay ion phân tử acetaminophene có số khối m/z =151 (hình 4.2) và trong ion khối này gồm có 4 nguyên tố hóa

học (C, o, H và N), trong đó cỏ 8 nguyên tử cacbon (C), 9 nguyên tử hydro (H), 1 nguyên tử nitơ (N), và 2 nguyên tử oxy (O). Vì thế loại phổ khối thứ 2 này, một ion khối M+ thường có nhiều nguyên tố (từ 2 trở lên) và có vùng phố khối rất rộng, thông thường từ 2 - 1500 Da, còn đối với máy có vùng phổ rộng, có khi đến trên hai chục ngàn Da, ví dụ 5 - 2500 Da. Đó là điều khác nhau giữa hai loại phố khối lượng vô cơ và hữu cơ và vì thế củng có hai kỹ thuật phân tích tương ứng, tức là hai phương pháp phản tích phô khôi lượng khác nhau là: 1. Atomic Mass Spectrometry, AMS (phép đo phố khối nguyên tử)

2. Molecular Mass Spectrometry, MMS (phép đo phổ khối phân tử) Song có điêu là trong hai loại phô khối nói trên, tất cả các chất của mỗi loại cho phô khối đêu cân được hóa hơi và ion hóa thành các ion M+ đế có số khối m/z tương ứng bằng các nguồn năng lượng

hoàn toàn khác nhau, với những đặc thù riêng và phù họp cho nó. Ví dụ với: + Loại 1 bằng nguồn ICP, TE hay Lase, tia điện (có nhiệt độ cao). + Loại 2 lại bằng nguồn EI, ESI hay CI (PCI và NCI) (động năng cao).

292

Vì trong 2 loại ion khối này, nếu dùng nguồn năng lượng của loại 1 cho loại 2, thì các chất hữu co đcu bị đốt cháy thành co? và hơi nước, mà không được các ion dương M+1 số khối m/z. Nhưng với các chất loại 1, thì có thê dùng nguồn năng lượng của loại 2 được, sau khi nó đã được nguyên tử hóa và ở dạng hơi (khí nguyên tử tự do) Do đó, trong khuôn khố đầu đề của chương này chúng ta chi đi sâu vào cơ sở lý thuyết và ứng dụng của phương pháp phân tích phổ khối phân tử (Molecular Mass Spectrometry) với tiêu đề là Phương pháp phân tích phô khối phân tử, MMS (phép đo phố khối lượng phân tử, MMS)

4.1.2. Sự xuất hiện phổ khối lượng phân tử (MMS) Khi các phân tử chât hừu cơ ở trạng thái khí, nêu chúng ta cho một dòng electron (điện tử) động năng cao, EI hay ESI (50 - 80 eV) va đập vào các phân tử chất đó, các phân tử chất hữu cơ đó sẽ bị tách l hay 2 electron tạo thành một ion điện tích +1 (dạng M+), hay +2 (dạng M2+) Trong đó dạng M+ là chủ yêu. Loại ion M+ này được gọi là ion phân tử (hay ion mẹ).

Đồng thời các ion phân tử M+ này cũng bị phá vờ tiếp tạo ra các mảnh phân tử, các mảnh phân tử này lại bị ion hóa tạo ra các ion mảnh cùa phân tử chất. Loại ion này được gọi là các ion mảnh (hay ion con). Một phân tử có thê bị vờ ra thành nhiêu mảnh, tuỳ thuộc vào cấu tạo phân tử chất và nguồn năng lượng bắn phá phân tử chất. Như ví dụ trong hình 4.2 ở trên, ta có:

a) Phân tử Acetaminophen, có M = 151 sẽ có: 1 ion phân tử (ion mẹ) có m/z = 151 và 3 mảnh ion có m/z khối lượng là: 60, 80 và 109 Da.

b) Phân tử Bromobutane, có M = 136 sè có: 1 ion phân tử (ion mẹ) có m/z = 136 và 3 mảnh ion có m/z là: 41,57 và 107 Da. c) Phân tử Chloramphenicol, có M = 321 và sẽ có: 1 ion phân tử có m/z = 321 (ion mẹ) và 10 manh ion có m/z làn lượt la: 127; 152,1; 164,3; 176; 194; 206,9; 219,1; 237; 249; 257,1 Da.

Do đó trong sắc đồ phô khối của các chất này chúng ta cũng sẽ thấy có các pic như trong hình 4.2.

- Acetaminophen có 4 ion, nên có 4 pic phổ khối, - Bromobutane có 4 ion, nên cũng có 4 pic phố khối, và - Chloramphenicol sẽ có 11 ion, nên có 11 pic phô khối của nó.

Quá trình biên mồi phân tử chất hữu cơ trung hòa thành 1 ion phân tứ và các ion mảnh đượcgọi là sự ion hỏa chất. Năng lượng đế ion hóa phân tử thường trong vùng 30 - 70 eV, còn để phân mảnh các ion phân tử cằn năng lượng trong vùng 30 - 80 eV. Một cách tống quát, chúng ta có thể mô tả quá trình ion hóa và phân mảnh một chất theo sơ đồ 4.1. Sơ đồ 4.1. Sự phân mảnh và ion hóa chất hữu cơ lon I* 'I'

(m?):

lon mánh (con):

ABCD + e —> ABCD ABCD’+—>A+

tBCD’

> A * > CD’ > AB’

+ CD+

AnnrABCD’" -■* ADBC

n»D + C+ Uc + D+ *|->BC + AD+ “p. + Èq-

ABCD’T 4- ABCD -> (ABCD)’2+-> BCD’ + ABCDA +

293

Trong đó: + ABCD+I: lon phân tử (ion mẹ); + BCD+, BC+, AB+, (các ion con).

CD+,

BC+, A+, B+, D+: Các mảnh ion cíia phân tử ABCD vờ ra

Như vậy, các ion mảnh được hình thành từ ion mẹ (ion phân tử) bị vờ ra, điều này được minh họa trong hinh 4.2. Ví dụ trong nguồn ion hóa EI, phân tử phenol bị ion hóa tạo thành ion phân tử phenol:

C6H5OH + e*

-> (C6H5OH)+ + 2e ỉon phản tử

Sau đó ion (CóHsOH) * lại bị phá vờ và tạo ra hai ion mành có m/z = 66 và 65 Da như trong mô hình 4.2b:

Cơ chế phân mảnh:

(a) Cơ chế phân mảnh

Hình 4.2b. Phổ khối của phenol.

Ví dụ khác nữa là sự phân mảnh và phổ khối của hai chất metanol và metyl-clorua, hình 4.2c.

294

4.1.3. Cơ chế của sự phân mảnh (tách mảnh) Dưới tác dựng của một nguồn năng lượng phù họp, ví dụ với nguôn EI và ESI các ion phân tử và ion mánh lớn có thể bị phân mảnh theo các kiêu khác nhau, tuỳ thuộc vào câu tạo phân tử chât và nguôn năng lượng ion hóa. Sự phân mảnh có thê theo các kiêu sau đây:

l) Sự phân mảnh (tách) kiêu alkyl Trong hợp chất mạch cacbon thẳng bào hòa (no):

• Tách alkyl r

+ -4

►

2) Phân mánh kiêu olefin

Trong hợp chất mạch cacbon thăng: • Tách olefin

Tịị

—■

-<r<r

1 5 *

—►

1 1 55

1 1 1 + +(p- —► -(j? + +(<

3) Tách allyl Với họp chất mạch cacbon thẳng không no:

295

4) Tách propyl Trong hợp chất mạch cacbon vòng thơm:

5) Tách propyl trong loại hợp chất dạng R-X

Trong hợp chất hữu cơ dạng RX (với X: Halogen, OH, SH, NH2, OR) 1 : -C-X ' ư

—■ *

-<p+

X-

ơx

x‘

1 : -C-X

—-*■

(X = halogen) 6) Tách Diels-Alder Trong hợp chất hữu cơ mạch cacbon vòng:

7) Tách ở vị trí a đối với nhóm C-E và c=o

Hợp chất hữu cơ có các dị tố E (với E là: o, N, s, P)

296

Sau đây là một số ví dụ về sự phân mảnh và phố khối của một số chất hữu cơ đại diện được ion hóa băng nguôn EI và ESI.

1) Phân tử n-hexan (hình 4.3a)

Chất này có 4 ion khối chính là ion phân từ (ion mẹ) có m/z = 86 Da và các ion mảnh (ion con) có m/z lân lượt là: 57, 43 và 29 Da (các pic có đánh dấu). n-Hexan

Hỉnh 4.3a. Phổ khối của n-hexan.

2) Phân tử n-butyl-benzoat

Chất này có 7 ion khối. Trong đó ion mẹ có m/z = 178 Da và các ion con có m/z lần lượt là: 135, 122, 123, 105,77, và 56 Da, hình 4.3b.

297

3) Phân tử phenol (hình 4.3c), có 3 số khối chính. Trong đó ion mẹ có m/z = 94 Da và các ion con có m/z lần lượt là: 66 và 65 Da.

Hình 4.3c. Phổ khối của phenol.

4) Phân tử amin thơm

Có 9 số khối, đó là m/z = 107 (ion mẹ) và các ion mảnh m/z là: 106, 91, 79, 77, 65, 51, 39 và 30, hình 4.3d.

298

5) Sự phân mánh và phô khôi của menthone Có 7 số khôi. Trong đó ion mẹ có m/z = 154 Da, các ion con có m/z lân lượt là: 139, 1 12, 97, 83, 70 và 69 Da, hình 4.3e.

6) Sự phân mảnh và phô khôi của sulfamethazine Có 6 số khối, trong đo ion mẹ có m/z = 279 Da, các ion con có m/z lần lượt là: 213, 186, 156, 124 và 92 Da, hình 4.3g.

Hình 4.3g. Sơ đồ phân mảnh của sulfamethazine.

7) Sự phân manh và phô khôi cứa dibutyl-phthalat Có 4 sô khôi, trong đo ion mẹ có m/z = 279 Da, các ion con có m/z lân lượt là: 205, 167 và 149 Da, hình 4.3h.

299

Dibutylphthalate

II CO-(CH2)3CH3 co-(CH2)3CH3

o Hình 4.3h. Phổ khối của dibutylphthalat.

8) Sự phân mảnh và phổ khối của Acetaminophen Có 4 số khối, trong đo ion mẹ có m/z = 152 Da, các ion con có m/z lần lượt là: 109, 80 và 63

Da, hình 4.3i.

4.1.4. Nguồn ion hóa Như chúng đã ta biết, xuất phát điểm đầu tiên của phương pháp phân tích phố khối lượng là phải tạo ra được các ion khối dạng M+ có số khối m/z của chất phân tích. Tức là phải hóa hơi chất, ion hóa chất phân tích, tạo ra ion phân tử và các ion mảnh của nó. Vi thế cần phải có nguồn năng lượng ion hóa phù hợp và bộ phận hóa hơi và ion hóa mẫu phân tích.

Nguồn năng lượng ion hóa dùng trong phép đo phổ khối lượng phân tử hữu cơ hiện nay người ta đã phát triển và dùng là:

300

1) Electron impact source (phương pháp va chạm với electron động năng lớn). Loại này có hai cách là:

+ EI (Electron Ionization), + ESI (Electron Spray Ionization). 2) Chemical ionization source, CI (nguồn ion hóa hóa học). Loại này có hai kiêu:

+ PCI (Positive Chemical Ionization), 4- NCI (Negative Chemical Ionization).

3) Thermal Ionization, TI Nguồn ion hóa nhiệt năng.

4) Field ionization, FI

Ion hóa bang từ trường mạnh.

5) Field desorption, FD Ion hóa bang trường giải hap ion.

6) Thermo-Spray ionization, TSI Ion hóa bang dòng khí nóng. 7) Fast atomic bombardment, FAB

Bắn phá bang nguyên tử nhanh. 8) Laser desorption ionization, LDI

lon hóa bang trường giải hap lade. 9) Particle Beam Interface, PBI

Tương tác cùa chùm hạt nãng lượng cao. 10) Atmospheric Pressure Ionization, API

lon hóa băng trường áp suất khí quyên.

Tác nhân ion hóa của các loại nguôn ion hóa nói trên được chỉ ra trong bảng 4.1. Bảng 4.1. Các loại nguồn ion hóa trong MMS STT

Loại

Tác nhàn ion hóa

Electron-Impact ionization, El

High energetic electrons

Chemical Ionization, Cl

Gaseous Ions

Thermal Ionization, Tl

High Temperature

Field Ionization, Fl

High-Potenial Electrode

Field Desorption Ionization, FDI

High-Potenial Electrode

Electro-Spray ionization, ESI

High Electrical field

Thermo-Spray Ionization, TSI

High Temperature

Fast atomic Bombardment, FAB

High Energetic Atom-Bean

Plasma-Desorption Ionization, PD

Fission Fragments Form 252Cf

Laser Desorption Ionization, LDI

High Energetic Laser

Particle Beam Interface, PBI

High Energetic Particle

Atmospheric Pressure Ionization, API

High Pressure Atmosphere

301

Trong các loại nguồn ion hóa này, mỗi loại có những ưu điêm, nhược điêm và phạm vi ứng dụng nhất định. Song trong phân tích các chất hữu cơ bằng phổ khối lượng, được dùng phổ biến nhất là lọai 1 (EI và ESI) và 2 (CI) trong các máy Molecular Mass Spectrometry hiện đại. Sau đây chúng ta cũng chỉ xem xét một số nguồn ion hóa đã và đang được sử dụng phố biến trong phương pháp phổ khối phân tử của các máy đo phổ khối lượng phân tử hiện nay. a) Nguồn Electron-Impact Ionization (EI và ESI)

Trong loại nguồn này, dòng electron động năng lớn (50 - 70 eV) được phát ra từ các Filaments của dây w hay Rh và sau đó dòng electron này được gia tốc bởi trường thế năng 70 V giữa Filament và Anode (hình 4.5).

Hình 4.5a. Nguyên tắc cấu tạo bộ nguồn El.

Hình 4.5b. Nguyên tắc cấu tạo bộ tạo electron trong nguồn El.

Khi chuyển động trong buồng ion hóa, các electron này va chạm với các phân tử chất ở dạng khí, sản phẩm đầu tiên sinh ra là ion mẹ của phân tử chất theo cơ chế:

M + e*

302

—>M+ + 2e

Trong đó: - M: Phân từ chất phân tích ban đầu;

- M+: lon phân tử (ion mẹ) của chất phân tích.

Đồng thời sau đó các ion phân tử M ‘ cùa các chất lại bị phá vờ tiếp và tạo ra các ion mảnh (ion con) của chất như sơ đồ 4.1 ở trên và tuỳ theo nguồn năng lượng ion hóa và cấu trúc phân tử của chất, mà phân tử chất hừu cơ hay ion phân tử có thế bị phá vỡ đe hình thành một số ion mánh phân tử và bị ion hóa tạo ra các mảnh ion của nó (ion con). Ví dụ trong nguồn EI, với năng lượng trong vùng 50 - 70 eV thì phân tử n-Hexan sẽ bị ion hóa

và phân mảnh, tạo ra các ion như trong hình 4.6:

+ lon phân tử:

[CH3CH2CH2CH2CH2CH3] + e* ^CH3CH2CH2CH2CH2CH3r + 2e lon mẹ, có m/z = 86 + Các ion mảnh: Có ba mảnh ion như sau: -> [CH3CH2CH2CH2]+ + [CH3-CH2]* (m/z = 57)

[CH3CH2CH2CH2CH2CH -» [CH3CH2CH2]* + [CH3CH2CH2]+ (m/z = 43)

— [CH3CH2CH2CH2J* + [CH2CH3]+ (m/z = 29)

Điều này được chi ra trong hình 4.6 sau đây.

Hình 4.6. Phổ khối của n-Hexan.

Tương tự như phổ trong các hình 4.3 ở trên: Ví dụ 1: Phân tử acetaminophen, hình 4.3i, có M = 151 sè có:

- 1 ion phân tử M+ có m/z = 151 Da và - 3 mánh ion có m/z khối lượng là: 60, 80 và 109 Da. Ví dụ 2: Phân tử bromobutane, có M = 136 sẽ có:

- 1 ion phân tử M+ có m/z = 136 Da và - 3 mảnh ion có m/z là: 41, 57 và 107 Da.

303

Ví dụ 3: Phân tử Chloramphenicol, có M = 321 sẽ có: - 1 ion phân tử M+ có m/z = 321, và - 10 mảnh ion có m/z làn lượt là: 127; 152,1; 164,3; 176; 194; 206,9; 219,1; 237; 249; 257,1 Da. Ví dụ 4: Phân tử Dibutyl-phthalat, hình 4.3h, có M = 279 sẽ có:

1 ion mẹ có m/z = 279 Da và 3 ion con (mảnh ion) có m/Z: 205, 107 và 149 Da. Nói chung kiêu bắn phá và ion hóa loại này, chúng ta luôn luôn có một ion phân tử (ion mẹ) của một chất có số khối m/z đúng bằng khối lượng của phân tử chất. Vì trong quá trình này phân tử chỉ bị mất đi 1 electron. M

—>

M+

lon phân tử b) Nguồn ion hóa hóa học (Chemical Ionization, CI)

Loại nguồn ion hóa này có hai kiểu là PCI (Positive chemical Ionization) và NCI (Negative chemical Ionization). Trong nguồn ion hóa loại này cần có tác nhân ion, nó là các phân tử khí. Tác nhân ion hóa là các phân tử khí có ái lực electron lớn và các phân tử khí này tác dụng với các phân tử chất phân tích để tạo ra các ion dương 1. Quá trình ion kiểu này có hai bước:

1) Đầu tiên là sự hình thành các ion của tác nhân ion hóa. 2) Sau đó ion tác nhân ion hóa sẽ ion hóa phân tử chất phân tích.

Ví dụ, nếu tác nhân ion hóa là phân tử khí CH4 thì đầu tiên có quá trình: ch4

ch4

CH4 + CH4 ->

ch; + *

ch3

(al)

c2h;* + H2

Quá trình này tạo ra hai ion tác nhân ion hóa là CH5 *

và C2Hs *

(a2)

và nó được gọi là các ion phản

ứng (Reactive Reagent Ions) Các ion tác nhân ion hóa này hoạt động mạnh và không bền. Sau đó các ion tác nhân ion hóa này mới tác dụng với phân tử chất phân tích, ví dụ chất M theo quá trình sau:

CH+’

+ M -> [M+H]+ + CH4

(bl)

proton chuyển giao

c2h;*

+ M -> [M+H]+ + C2H4

(b2)

proton chuyển giao

c2h;

+ M

(b3)

hydrit chuyển giao

-> [M-H]+

+ C2H6

Ớ đây [M+H]+ và [M-H]+ là các ion phân từ. Như vậy trong quá trình ion hóa hóa học, nếu:

- Theo kiểu proton chuyển giao để phân tử chất phân tích được cộng thêm 1 proton và ion phân tử (ion mẹ) có dạng chung [M+H]+, tức là khối lượng của ion phân tử sẽ lớn hơn khối lượng phân tử M của chất là 1 đơn vị Da. - Theo kiếu hydrit chuyển giao để phân tử chất phân tích lại bị mất đi 1 proton và ion phân tử (ion mẹ) có dạng chung [M-H]+, tức là khối lượng của ion phân tử sẽ nhỏ hơn khối lượng phân tử gốc

M của nó 1 đơn vị Da.

304

Đây là điều mà nguồn ion hóa này tạo ra ion phân tử (ion mẹ) khác với nguồn ion hóa EI và ESI tạo ra là ion khác khối lượng phân từ chất 1 Da (hoặc lớn hơn dạng [M+H]+, hay nhở hơn dạng [M-Hp)

Hơn nữa trong cách ion hóa này sự hình thành các ion con (ion mảnh phân tử) là rất ít, hầu như không có với nhiêu chất, nên phô khôi của các chất sẽ đơn giản và ít pic hơn trong nguôn EI hay ESI. Nhưng loại nguôn ion hóa hóa học chỉ này thích hợp cho các phân tử chât M có ái lực proton mạnh. Ví dụ sự ion hóa chất bàng nguồn hóa năng, CI, hình 4.7. 157

100 -I

*M + 1 227

Chemical ionization

50 185

69 1*5 59 Ị 83 97 111 ị 139 IJI

I *| ‘ĩ Tfc'

r rri'1

100

|-f-ri-v~f

120

140

1 1?1 . 160

213 207 I L

18C

200

220

241 255 1 T 1 rr 1 240 260

)/ z

Hỉnh 4.7. Ví dụ ion bằng nguồn Cl.

Tác nhân ion hóa của loại nguồn CI hiện nay được dùng phồ biên là các phân tử khí một sô chât có phân tử lượng nhở, ví dụ như:

- Loại l. Là các khí metan (CHẠ butan (C4H10), amoniac (NH3), hydrogen (H2), cho kiêu PCI, để tạo ra các ion tác nhân phản ứng dạng: CH5 *, C4Hị7 , NH+*,... đế ion hóa phân tử các chất phân tích. - Loại 2. Là các khí Dichlometan (CH2CI2), oxirnitơ (NO),... cho kiếu NCI,... đế tạo các ion tác nhân phản ứng là Cl -(từ * CH2CI2), o * (từ NO),., để ion hóa phân tử các chất phân tích.

Neu so sánh hai quá trình tạo ion của hai loại nguồn ion hóa EI và CI chúng ta có sơ đô chung như sau: + Loại EI:

—►

M+

Step 1 + Loại CI: R

-►

—> Step 2

Step 1

Các ion khôi sinh phô

-> RH+* + M Step 2

-> Step 3

[MH] + ỉon khỏi sinh phô

Trong đó:

-M: Phân tư chất phân tích; - M+: lon phân tử chất (ion mẹ), với nguồn EI, hay ESI; - MH+: lon phân tứ chât (ion mẹ) của nguôn CI; - R: Phân tử tác nhân ion hóa của nguôn CI;

- R' * và RH+*: lon phân tư cua các tác nhân ion hóa. Các ion này không bền, nó hoạt động hóa học rất mạnh. Sau khi sinh ra, nó ion hóa các phân tử chất phân tích M, bị mất năng lượng hoạt động và lại trở vê trạng thái ban đâu.

305

Ví dụ nếu dùng khí NH3 và C2H6 thì chúng ta có:

+ Đầu tiên là quá trình tạo ra các tác nhân ion hóa theo cơ chế: ch4

-►

ch;*

nh3

C2H6

Ớ đây ch;* , NH; * , C2Hị *

là các tác nhân ion hóa năng lượng cao của nguồn ion hóa hóa học, CL

+ Sau đó các tác nhân này sẽ ion hóa chất phân tích M theo cơ chê: M + CH5’*

- >

[M+H]

M + NH4+ *

- >

[M+H]+ + NH3

+ CH4

hay

M + c2h7+*

[M-H]+

C2H6

Đây à các ion khối phân tử của chất phân tích

Bảng 4.2 là các ví dụ về tác nhân ion hóa hóa học của nguồn ion hóa CI. Bảng 4.2. Ví dụ về tác nhân ion hóa STT

Reagent Gas (khỉ phản ứng)

Molecular lon (lon phàn tử)

Reactive reagent lon (lon tác nhân phản ứng)

h2+

h3+

C4H10

C4Hio+

C4Hh+

NH3

nh3+

nh4+

CH3OH

ch3oh+

ch3oh2+

NO+

4.1.5. Cường độ pic phổ khối - Trong nguồn EI hay ESI, phân tử chất dạng khí M của các chất phân tích sẽ được ion hóa thành các ion phân tử dương dạng M+l (ion mẹ) và các ion con (mảnh ion), nên khi thu và phân giải theo số khối (m/Z) của các ion, sẽ tạo ra được phổ khối của mẫu phân tích. Với các chất mẫu phân tích có nồng độ nhất định của chất M, thì nồng độ cùa một ion khối M1+ có số khối m/z đặc trưng của chất phân tích

có cường độ pic phổ Ims có liên quan với nồng độ của chat Cm của phân tử chất M. Trong quan hệ này, lúc đầu Ims tăng nhanh đều theo Cm, sau đó tới một thời điểm nhất định sẽ không tăng nữa, nó đạt đến trạng thái cân bằng. Nghĩa là số phân tử M° bị ion hóa thành ion M+l là không đối ứng với một nồng độ Cx nhất định của chất phân tích trong các điều kiện plasma EI nhất định. Lúc này ta có cân bằng ion hóa. - Neu chúng ta gọi No là số phân tử tự do dạng khí của chất M trong plasma EI và Ni nồng độ ion khối M1+ của chất M đã bị ion hóa đến trạng thái năng lượng Ei, theo quy luật Boltzmann chúng ta có:

Ni = No(gi/ga)e-<Ei/kT)

306

(4.1)

Trong đó:

+ g0: Khối lượng thống kê của phân tư M ở trạng thái ban đầu, Eo; + gi: Khôi lượng thông kê cua ion M+1 ở trạng ion năng lượng Ei; + No: Số phân tử chất M trong plasma EI ở trạng thái hơi; + Eì: Năng lượng kích thích phân từ M° từ trạng thái Eo lên Eị. Ml+; + T: Nhiệt độ của plasma ion hóa EI (°K);

+ k: Hang so Boltzmann. Như vậy, số ion Ni của một chất được sinh ra là phụ thuộc vào số phân tử No của nó và nhiệt độ của plasma ion hóa theo biêu thức (4.1)

Do đó chúng ta có nồng độ Ni của ion M+ sè là: Ni = (Na/ne).2(Zi/Za)[(2Km.(T/h2)]1/2.exp(-Ei/kT)

(4.2)

- Nếu gọi Ims là cường độ của pic phồ khối lượng, thì trong một giới hạn nhất định của năng lượng plasma ion hóa và nồng độ Cx của chât phân tích M trong plasma EI, người ta thấy cường độ Ims của pic phô khôi phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

+ Năng lượng của nguồn ion hóa EI (động năng của dòng electron); + Số phân tử M° của chất đã bị ion hóa lên trạng thái M1+, (Ni);

+ Thời gian tồn tại của ion M+1 ở trạng thái ion hóa, (ti); + Năng lượng ion hóa nguyên tử M° lên trạng thái ion M1+, (Ei); + Hiệu suât ion hóa lên mức năng lượng Ei (Aio); + Lực tự dao động của ion M1+ ở trạng thái ion năng lượng Ej (fi). - Và mối quan hệ này có thể biểu diền theo công thức sau:

hay là

Ims = k.fi.(l/ti)Aịo.Ni

(4.3)

Ims = k.fị.( l/ti)Aio.Na.(gi/ga).e4Ei/kT)

(4.4)

Nhưng đôi với một loại phân tử M và trong một điều kiện nhât định đà chọn của plasma ion hóa EI, các thông số: k, fi, ti, Aio, gi, go, Ei là không đổi (hằng số). Nên cường độ pic phổ khối Ims chì còn phụ thuộc vào số phần tử Na cua chât phân tích M trong plasma EI. Như vậy chúng ta có:

Ims = ki.Na Với

(4.5)

ki = k. f.(ì/t,)A,0.(g./ga).e4Ei/kT) = Const

Song công thức (4.5) này mới chỉ nói cho chúng ta mối quan hệ giữa cường độ pic phố khối Ims và nồng độ phân tử của chất phân tích M ở trạng thái hơi trong plasma EI là Na, mà chưa chỉ cho ta được môi quan hệ giừa cường độ pic phô khối Ims và nồng độ Cx của phân tử chất phân tích trong mẫu. Vì thế ta cân phải xét mối quan hệ giừa nông độ Cx của nguyên tố trong mẫu phân tích và sô nguyên tử Na trong plasma EI nó liên quan với nhau thế nào.

Như chúng ta đà biêt, quá trình chuyên nồng độ cx trong mẫu phân tích thành nông độ Na ở trạng thái hơi phải qua quá trình hỏa hới chât mẫu phân tích. Quá trình này xảy ra trong plasma EI năng lượng cao. Nói chung quá trình chuyên nông độ Cx thành nồng độ Na và mối quan hệ này phụ thuộc vào các yếu tố: + Khả năng hóa hơi cua chât phân tích và chất nên của mẫu; 307

Trạng thái liên kết hóa học và sự tồn tại của các họp chất mẫu;

Tính chất vật lý, hóa học và sự hóa hơi của phân tử chât mẫu;

Các điều kiện của buồng hóa hơi mẫu.

Tuy nhiên, bằng thực nghiệm, trong những điều kiện phân tích nhất định đã chọn, người ta thấy mối quan hệ đó được biểu diễn theo biểu thức sau:

Na = k2.Cxb

(4.6)

Với k2 là hằng số điều kiện của quá trình hóa hơi mẫu phân tích tạo ra đám hơi phân tử Na của phân tử chất phân tích M.

Như vậy cường độ của pic phổ khối Ims sẽ là:

hay là

Ims

— kị.k2.Cxb

(4.7)

a.Cxb

(4.8)

Trong đó: a = ki.k2 là hằng số điều kiện thực nghiệm. Nó phụ thuộc vào tất cả các điều kiện thực nghiệm hóa hơi và ion hóa chất phân tích. Vì thế trong một phép phân tích phổ MMS định lượng một chất chúng ta phải giữ cho các điều kiện thực nghiệm ổn định và không đổi. 4-

b: hằng số bản chất, nó phụ thuộc vào bản chất của từng loại phân tử chất, b chỉ nhận những giá trị bằng 1 và nhỏ hơn 1 (tức là: 0 < b < 1), nhưng lớn hơn 0. 4-

Hỉnh 4.8. Mối quan hệ giữa cường độ pic phổ IMS và Cx.

- Do đó ứng với mỗi số khối m/z của chất phân tích và trong các điều kiện nhất định đã chọn, chúng ta luôn tìm được một giá trị nồng độ Co, của chất phân tích M, và ứng với:

+ Mọi Cx < Co, thì b = 1, mối quan hệ Ims và Cx là tuyến tính, dạng y = ax. 4-

Với mọi Cx > Co thì có b < 1, quan hệ Ims - Cx là không tuyến tính.

Nên giá trị nồng độ Co ở đây được gọi là giới hạn trên của vùng tuyến tính của phép đo phổ khối MS, mối quan hệ Imms = f(Cx). Điều này được minh họa trong hình 4.8. 4-

308

4.1.6. Bộ phân giải phổ khối lượng Phần tử sinh phố khối của chất là các ion phân tử và các mảnh ion của chất có sô khối m/z. Sau khi được nguồn ion hóa tạo ra các loại ion này, chúng cần được thu gom, chọn lọc, làm sạch và dẫn vào buông phân giai phô theo số khôi m/z, đê tạo ra phô khôi lượng của chất phân tích. Đó là săc đô khôi phô MMS.

Đố phân giải phổ khối lượng loại MMS, người ta có thế sử dụng các tính chất vật lý đặc trung của: 4-

Cung nam châm từ (Magnetic Sector, MS);

Cung nam châm điện (Electriostatic Sector, ES);

+ Trường tứ cực (Ọuatrupol Field, QF); + Thời gian bay (Time of Flight, TOF); 4-

Trường gia tốc vòng bay (Cyclotroton Field, CF);

Hay người ta cũng có thê ghép nối hai hay ba loại đê có máy phố khối có độ phân giải cao, ví dụ:

+ Một cung nam châm từ và một cung nam châm điện, có hệ MS/ES (ES-MS). + Trường tứ cực và một cung nam châm điện, có hệ QF/ES (ES-QF). 4- Trường tứ cực và một cung nam châm từ, có hệ QF/MS (MS-QF). 4-

Trường tứ cực và trường gia tốc thời gian bay, có hệ QF/TOF.

Trường 6 cực (hexatrupol) với thời gian bay, có hệ HQ/TOF.

Ghép hai hay ba trường tứ cực nối nhau, có hệ ỌQF (di QF) và QQQF (Trip QF).

Chính vì thế, tưcmg ứng với mồi kiếu được sử dụng đế chế tạo bộ phân giải phổ khối đó mà chúng ta sẽ có các loại máy đo phô khôi lượng khác nhau tương ứng với kiêu chế tạo đó, ví dụ hiện nay đã có các loại sau đây đà và đang được dùng: 4-

Ọuatrupol Mass Spectrometer (I tang MS),

+ Magnetic Mass Spectrometer (l tâng MS), 4-

Electriostatic Mass Spectrometer (1 tang MS),

+ Magnetic/Electriostatic Sector Mass Spectrometry (2 tang MS) 4-

Quatrupol/Time of Flight Mass Spectrometer (2 tang MS),

Trip-Quatrupol Mass Spectrometer (3 tầng MS),

+ Hexatrupol Mass Spectrometer (1 tang MS), + Cyclotroton Mass Spectrometer.

Tất nhiên mồi kiểu cấu tạo của máy phổ khối sẽ có các ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng nhất định. Sơ đồ khối nguyên tấc cấu tạo chung của một hệ máy phô khối lượng được chỉ ra trong hình 4.9 và ví dụ cấu tạo một số loại máy phố khối đà có hiện nay được chỉ ra trong các hình 4.1 Oa - 4.1 Oh sau đây.

309

(1) - Nguồn mẫu; (2) - Nguồn lon hóa; (3) - Bộ phân giải khối; (4) - Detector;

(5) - Hệ tạo chân không; (6) - Hệ điện từ; (7) - Bộ hiển thị kết quả.

(Các nguồn mẫu, có thể trực tiếp từ hệ máy GC, từ các hệ máy LC, hay từ hệ máy điện di mao quản ra).

Hình 4.9b. Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của hệ máy phổ khối Tandem.

(1) - Nguồn lon hóa; (2) - Bộ phân giải khối 1; (3) - Bộ gia tốc;

(4) - Bộ phàn giải khối 2; (5) - Detector.

310

Các nguồn mẫu (Samples), có the trực tiếp, từ hộ máy GC ra, từ các hệ máy LC ra hay từ hệ máy điện di mao quản (HPCE, HPCEC)

Hình 4.1 Oa. Máy phổ khối cung nam chàm từ, MS-MS.

source

Hình 4.1 Ob. Máy phổ khối cung nam châm điện, ES-MS.

311

Detector

Mass analyser (quadrupole) \

I El

Skimmer

[Bj J

Analyser stage (<5 X 10_9bar)

Turbomolecular pumps

Rotary pumps Hỉnh 4.10c. Máy phổ khối một trường tứ cực, Q-MS.

312

Intermediate slit

Hình 4.1 Oe. Máy phổ khối dùng hai cung nam châm MS/ES-MS.

Hỉnh 4.1 Of. Máy phổ khối dùng ba cung nam châm MS/ES/ES-MS.

313

Hình 4.1 Oh. Máy phổ khối kiểu Hexatrupol-MS và TOF.

4.1.7. Hệ thu nhận phát hiện phổ khối Đế thu nhận và phát hiện tín hiệu phô khối m/z, người ta đã dùng các loại senser (detector) khác nhau, nó cũng được phát triển theo sự phát triến của khoa học kỹ thuật phân tích và mồi ngày các detector có chất lượng và độ nhạy càng cao hơn (hình 4.11) Ví dụ như:

314

1) Faraday Cub (cốc Faraday);

2) Dynode Electron Multilier Detecctor (DEMD) (detector electron đa nhân dinot); 3) Dual mode Electron Multilier Dctecctor (EMD) (detector electron đa nhân 2 mode (kiểu)); 4) Scintillator Multilier Detecctor (SMD) (detector đa nhấp nháy).

Trong đó, hiện nay được dùng phô biến là loại EMD. Dynode Electron IVÍLiltilier D

Chânneltron electron ^lultiplier D. conversion dynode e

scintillator

photo multiplier tube Faraday Detector

(Faraday Cub)

Scintillator Detector

Hình 4.11a. Các loại detector dùng trong máy phổ khối.

315

4.1.8. Các cách và nguồn nạp mẫu vào buồng ion hóa Trong phép đo phổ khối lượng phân tử, mẫu phân tích có thế được nạp vào buồng ion hóa từ nhiều nguồn khác nhau, như các kiêu sau đây: 4.1.8.1. Bộ nạp mẫu gián đoạn (Batch Inlet System)

Đây là kiểu đon giản, mẫu được làm bay hơi trước bằng một cách thích hợp, sau đó mới dẫn hơi mẫu (mẫu dạng khí) vào buồng ion hóa. Sơ đồ nguyên tắc của hệ thống này được mô tả trong hình 4.l2a. Loại nạp mẫu này có thể dùng cho các chất mẫu có điểm sôi đến 450 °C. Môi trường chân không phải đạt 10 4 đến 10-5 tor. Nhiệt độ cao nhất của lò hóa hơi mẫu đến 350 °C.

4.1.8.2. Nạp mẫu trực tiếp (Direct Probe Inlet)

Theo cách này, các chất mẫu, chất rắn hay chất lỏng dễ hóa hơi có thể nạp trực tiếp vào buồng ion hóa nhờ dụng cụ mang mẫu phù hợp (hình 4.12b).

Hình 4.12b. Hệ thống nạp mẫu trực tiếp.

316

4.1.8.3. Lấy mẫu từ các hệ máy sắc ký

ơ đây pha động đi ra từ cột tách săc ký được dẫn vào buồng hóa hơi và ion hóa chất phân tích nhờ các bộ adapter ghép nối thích hợp. Đây là cách mà các máy phố khối làm chức năng như một detector của hệ máy săc kỷ, đặc biệt trong phân tích định dạng các chất. Ví dụ vê các kiêu ghép nối nạp mẫu này là:

- Máy sắc ký lỏng (HPLC, LC) với máy MMS và ta có hệ HPLC/MS. - Máy sắc ký khí (GC) với máy MMS và ta có hệ GC/MMS. - Máy điện di mao quản, HPCE và ta có HPCE/MS. - Với sắc ký điện di mao quản, HPCE và ta có HPCEC/MS. LC sample inlet

Nebulizing gas

Super-heated sheath gas

Nozzle voltage

Heated drying gas

The collimated thermal containment zone creates a dramatically “brighter source”

Resistive sampling capillary

(b) - Cho điện di mao quản Hỉnh 4.13. Các phụ tùng ghép nối máy sắc ký với hệ máy phổ khối.

317

Để phục vụ cho mục đích này, hiện nay các hàng chế tạo máy sắc ký và máy phố khối lượng đều đã có các bộ adapter thích hợp (Interface adapter system) cho việc ghép nối này. Ví dụ về các phương tiện, bộ ghép nối này được trình bày trong hình 4.13), các hệ thống ghép nối máy phổ khối với các hệ máy sắc ký trong hình 4.14.

G-íiẾp HJPX-/C-ICZI’-.MS đinh dang Se

ICP-MS Nebulizer

Hình 4.14b. Ví dụ hệ MS ghép nối lấy mẫu từ HPLC, hay LC (hệ HPLC/ICP-MS)

318

4.2. NGUYÊN TÁC CỦA PHÉP ĐO PHỐ KHÓI PHÂN TỬ Tử sự xuất hiện của phố khối lượng phân tử MMS như đà trình bày ở trên, chúng ta thấy phổ khối cua chất là phô của các ion dương 1, số khôi m/z. Vì thê muôn đo phô khối MMS chúng ta phải có hệ thống máy gồm các bộ phận làm các nhiệm vụ sau đây: 1) Bộ nạp hay dẫn mẫu vào buồng hóa hơi và ion hóa;

2) Bộ phận ion hóa các chất phân tích tạo ra các ion khôi m/z của nó;

3) Thu và tách lọc các sô khôi m/z của chất dẫn vào bộ phân giải phô; 4) Bộ phân giải phô khôi của chât theo sô khôi m/Z; 5) Bộ thu nhận phát hiện khối m/z, và ghi lại sắc phô đê phục vụ định tính và định lượng;

6) Hộ bơm chân không cao tạo chân không cho buồng máy; 7) Hệ xư lý và hiến thị kêt quả đo; 8) Bộ thư viện phô khối MMS của các chất;

9) Hệ chương trình điêu khiên và kiêm tra máy MMS làm việc. Đó là nguyên tắc chung của phép đo phổ khối lượng.

4.3. CÁU TẠO CỦA MÁY ĐO PHỐ KHỐI PHÂN TỬ

4.3.1. Nguyên tắc cấu tạo chung Từ nguyên tăc chung của phép đo MMS, hệ máy phô khôi phải gôm các bộ phận như sau: 1) Bộ phận nạp mẫu; 2) Bộ phận hóa hơi mẫu;

3) Buồng ion hóa chất; 319

4) Bộ thu chọn lọc khối m/z để dẫn vào hệ phân giải phố;

5) Bộ phân giải khối (mass analyser); 6) Bộ phát hiện khối m/z (detector); 7) Hệ chân không cao;

8) Trang bị thu, xử lý và hiển thị kết quả đo; 9) Máy tính và chưong trình (PC & software);

10) Thư viện phổ MMS của các chất;

11) Các phụ tùng khác, các interface adapter system. Tất cả các bộ phận này được mô tả theo hình khối trong hình 4.9a và ví dụ về các loại hệ máy phổ khối khác nhau đã và đang dùng được chỉ ra trong các hình 4.1 Oa - 4.1 Oh ở trên.

4.3.2. Các loại máy phổ khối lượng Theo nguyên tắc của sự phân giải khôi m/z mà người ta chia máy đo phô khôi lượng thành các loại khác nhau, đó là: 1) Quatrupol Mass Spectrometer (1 tầng MS),

Máy phồ khối phân giải phổ bằng trường tứ cực. 2) Magnetic Mass Spectrometer (1 tang MS),

Máy phổ khối phân giải phồ bằng trường nam châm từ. 3) Electriostatic Mass Spectrometer (1 tầng MS),

Máy phổ khối phân giải phố bằng trường nam châm điện. 4) Magnetic/Electriostatic Sector Mass Spectrometry (2 tầng MS)

Máy phố khối phân giải phổ bằng 2 trường nam châm từ và điện.

5) Quatrupol/Time of Flight Mass Spectrometer (2 tầng MS), Máy pho khối phân giải phổ bằng 1 trường tứ cực và bộ TOF.

6) Trip-Quatrupol Mass Spectrometer (3 tầng MS), Máy pho khối phân giải phổ bằng 3 lần trường tứ cực (MS/MS/MS)

7) Cyclotroton Mass Spectrometer. Máy phổ khối phân giải phồ bằng trường lực ly tâm siêu tốc.

Ví dụ về các loại máy đo phổ khối này đã được chỉ ra trong các hình 4.1 Oa đến hình 4.1 Oh.

4.4. Cơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA sự PHÂN GIẢI PHỐ KHỐI LƯỢNG 4.4.1. Máy phổ khối dùng trường tứ cực, loại Q-MS Trường tứ cực là bộ phận phân giải khối (mass analyser) của máy phổ khối loại trường tứ cực, Q-MS (Quatrupole Mass spectrometer). Bộ phận trường tứ cực được cấu tạo như trong hình 4.15a, nó cỏ 4 thanh cực tròn (0 = 6 mm và L = 25 - 28 cm) làm bang Ceramic phủ vàng (Au) hay phủ Platin (Pt) kim loại, được đặt thành 2 đôi vuông góc với nhau và đối diện nhau làm thành hai cặp AA’ và BB’

320

(hình 4.15a). Như vậy không gian của trường tứ cực có dạng hình ông bán kính r, hình 4.15b. Nó là không gian đường bay của các ion M' sô khôi m/z.

Hình 4.15a1. cấu tạo trường tứ cực của bộ phân giải khối Q-MS. lon Beam: Chùm ion; Injector Hole: Lỗ vào của chùm lon (Ml, M2,M3,...);

Exiting Ions: Đường ra của các ion M\

Hình 4.15a2. Bộ trường tứ cực của ELan 9000.

Trong trường tứ cực (quadrupole assembly), các ion M+ chuyến động theo 3 hướng X, y và z theo dạng hai hình sin không gian trong hai mặt phang X và y vuông góc nhau và theo hướng trục z đến detector. Vì thế mà làm cho đường bay của các ion M+ trong trường tứ cực là khá dài (- 4 m), để các ion có số khối m/z khác nhau được tách ra khởi nhau trước khi đập vào detector. Kích thước của 4 thanh cực và không gian của ông tứ cực cân được chê tạo chính xác đên micromet, vì nó anh hưởng đên hiệu suất phân giải phô theo tỷ sô khối m/z của chât. Neu gọi bán kính của buồng tứ cực là r và không gian tứ cực được chế tạo chính xác đến ÌO 3r mm, thì máy Ọ-MS sẽ có: + Độ phân giải phổ R-Max = 50().(0,5r/l03r) = 250.000;

+ Tôc độ quét ion đạt đên 6000 amu/s.

321

---------------------- +(U+V cos (ớt) (b) Hình 4.15b1. Mặt cắt vuông góc và nguồn cấp thế xung cho 4 thanh trường tứ cực.

Cặp: AA’ được cấp thế: +(U + V.cosứẨ); Cặp: BB’ được cấp thế: -ịU + V.COSŨẮ).

Trong trường tứ cực, hai thanh cực AA’ được cấp nguồn thế +(U + v.coscot), còn hai thanh BB’

lại được cấp nguồn thế -(U + v.coscot), như hình 4.15b. Trong đó u và V là thế thay đổi được, như u

có thể từ 220 đến 1200V, V đến 6000 V và ômega (co) là tần số RF. Trong thực tế, người ta thường cố định giá trị tần số ômega (trong vùng l-2 MHz), còn t là thời gian bay cùa ion (giây).

322

Sự thay đối (biến động) của thế với mỗi cặp cực được mô tả như trong hình 4.15c, thế này tạo điện trường và nó gia tốc cho các ion M+I bay trong trường tứ cực theo 2 mặt X và y vuông góc nhau và đi về hướng trục z đế đến detector. Nghĩa là chính sự biến đối (thay đổi) thế này của 2 cặp thanh tứ cực AA’ và BB’ của trường tứ cực sè quét hút và gia tốc cho các ion M+ có tỷ số khối m/z khác nhau bay với tốc độ khác nhau trong trường tứ cực theo hướng trục z và đến đập vào detector.

Hỉnh 4.15c. Dao động thế của hai cặp thanh cực theo thời gian và sự chuyển động của ion khối m/z.

Trong trường tứ cực, phương trình tính lực chuyến động F (lực bay) của các ion dương M+ sô khối m/z được mô tả như sau trong 2 mặt (không gian) kích thước X và y theo biêu thức sau.

F = [(X2 - y2)/r2].[Ư + VCos(co.t)]

(4.9)

Như vậy theo hình 4.15b, trong buồng tứ cực có hai mặt không gian X và y vuông góc với nhau và sự chuyển động của các ion M+l có số khối m/z là chuyền động dạng hình sin trong 2 mặt phăng X và y vuông góc nhau (hình 4.15b và hình 4.15d) và tiến theo hướng trục z để đến detector, theo sự điêu khiến và gia tốc của lực F, được sinh ra do hai nguồn thế ±[Ư + Vcos(co.t)].

Do đó theo công thức (4.9), nếu X = y, thì F = 0 (lực từ trường quét F bằng 0), lúc này các ion M+ sè đứng yên. Còn với mọi giá trị lực F khác không (F # 0), thì các ion M+ có số khối m/z sè bị tác động và bay theo những tốc độ quét nhất định khác nhau tuỳ độ lớn của m/z để den detector và các ion có

323

cùng giá trị số khối m/z sẽ có cùng tốc độ bay V1 cùng đập vào Cell của detector tạo ra tín hiệu phố cùa nó (số m/Z) Cũng theo công thức (4.9), một ion khối \T không bay thăng theo hướng trục z trong trường tứ cực, mà lực quét F của 2 cặp trường tứ cực AA’ và BB’ sẽ quét và bắt các ion M+ với số khối (m/Z) phải bay theo kiểu dao động hình sin trong hai mặt X và y vuông góc nhau và theo hướng trục z đế đến detector. Tốc độ bay của các ion M+l có số khối m Z trong trường tứ cực này được tính theo công thức sau:

hay:

m/Z = (F2.r2.)/(2v)

(4.1 Oa)

v(m/s) = (F2.r2.z)/(2m)

(4.10b)

Với lực thế dẫn đường của ion M+1 theo hướng trục z là:

Vp(volt) = (z.E0)2/(4mco2) + zF

(4.10c)

Trong đó:

-co: Tần số dao động, RF; - Eo: Cường độ điện trường; - F, z, m, r: Như đã nói ở trên.

(b) - Diện tích đường bay ion khối m/z trong trường tứ cực

(a) - Trường tứ cực

Hình 4.15d. Đường bay của ion trong trong buồng tứ cực.

Power Supply

-DC RF VCos(ut)

-u ♦u ♦DC

Hình 4.15e. Ba hướng bay (x, y, z) của ion ivr trong trường tứ cực.

324

Như vậy trong một điện trường lực F nhất định, do nguồn thê quét ±[Ư + Vcos(co.t)] tạo ra, theo công thức (4.1 Ob) ion khối M+ nào có giá trị m (tức là ty số m/z) nhó nhất sẽ đen detector đầu tiên và các ion cua một đồng vị cua một nguyên tố sẽ tập trung thành một cụm và cùng bay với một tốc độ đến detector. Chính điều này đã làm cho các ion khối M+ có số khối m/z khác nhau sẽ bay den detector với tốc độ khác nhau và tạo ra sự phân giải phô khối. Ion khôi nào có sô khối m/z nhỏ nhất sẽ den detector trước tiên, ion có m/z lớn nhất sè đến sau cùng và tạo ra một dái phô khối ion M1' cua tất các chất (ion M ) có trong mẫu phân tích (hình 4.15e). Sự bay và diện tích đường bay của các ion M+ sô khôi m/z trong buông trường tứ cực bán kính r được quyêt định bởi hai thông sô đặc trưng a và q của trường tứ cực và nó quan hệ với nhau như sau:

với:

a/q = 2U/V

(4. lla)

a = (8zU)/(mrco2)

(8.1 lb)

q = (4zV)/(mr2co2)

(8.lie)

Trong đó: - Ư: Điện thế một chiều (DC) như đà nói ở trên; - V: Điện thế một chiều (DC) như đà nói ở trên; - Z: Điện tích ion (Z = 1); - m: Khối lượng ion; - r: Bán kính trường tứ cực; - co: Tần số dao động FR. Hai thông sô a và q sè xác định diện tích đường bay của ion khối (m/Z) trong buồng tứ cực và điêu này được mô tả trong hình 4.15d (b).

Do đó đường bay không gian của các ion Ml+ só khôi m/z trong buồng trường tứ cực sè có độ dài đen 4 m. Hình 4.lóa là sác phố khối của chất HOOC-CH(NH2)-CH2-CH2-COOH khi bắn phá nó bàng nguồn EI.

Hình 4.16a. Ví dụ một giải phổ khối của chất mẫu phân tích HOOC-CH(NH2)-CH2-CH2-COOH.

325

4.4.2. Máy phổ khối loại trường bay TOF Trong các máy phổ khối lượng loại TOF (Time-of-Flight) tốc độ bay của các ion dưong M+l số khối m/z được tính theo công thức.

mv2/2 = z.e.E

(4.12a)

Trong đó:

- E: Cường độ lực điện trường (Volt); - e: Điện tích của electron;

- Giá trị mv2/2: Động năng của ion dưong M+, số khối m/z. Như vậy tốc độ bay V của ion M+ số khối (m/Z) sẽ là:

V = ự(2.Z.e.E) / m

(4.12b)

Và đường bay của ion M1+ được mô tả như trong hình 4.17. Như trong hình 4.17, nếu đoạn đường bay của ion M1+ cỏ số khối m/z từ nguồn đến detector có độ dài là L (cm), thì thời gian bay t (giây) của ion khối này trong ống bay TOF sẽ là:

t(ms) = L/v = L/[(2.Z.e.E)/m)]1/2

(4.13a)

t(ms) = L.[(m/Z)1/2/(2.e.E)1/2l

(4.13b)

hay:

Nhưng vì đại lượng (2.e.E)1/2 = K = const. Nó được xác định bởi giá trị E. Nên chúng ta có: t(ms) = L.K.(m/Z)l/2

(4.13c)

Với K = (2eE)1/2

Mặt khác, chúng ta còn có: t(ms)

= [(m/Z)1/2.(l/2V)1/2J

với V là thế (lực) gia tốc cho ion M+1 bay trong trường TOF.

Hình 4.17. Đường cung bay của các ion khối m/z đến detector trong máy Q-TOF.

326

(4.13d)

Như vậy theo công thức (4.13c) và (4.13d), vì z = 1, nên trong buông bay phân giải khôi cúa máy TOF, ion nào có sô khôi m/z nhó sẽ có thời gian bay nhở, tức là ion khôi nào có sô khôi m/z nhở nhất sẽ đến detector trước, còn ion nào có m/z lớn nhất sẽ đến sau cùng và tạo ra một dải phô khối của các ion nguyên tô với sô khôi m/z khác nhau từ nhỏ đến lớn. Còn độ phân giải của hai số khối liền nhau m và (m+1) sè là:

(tm-t(m+D) = At = L.[(m/Z)1/2- ((m+l)/Z)l/2J.K

(4.14a)

hay ta có:

a = t(m+i)/tm

(4.14b)

Giá trị At và a này cho chúng ta biết độ phân giải của hai ion M1+ và M2+ có số khối m/z liền nhau. Hai đại lượng (thông so) At và a là hai tham số đặc trưng cho độ phân giải của một máy phổ khối

loại TOF. Khi At và a càng lớn thì máy MMS loại TOF có độ phân giải khối (m/Z) càng cao và ngược lại.

4.4.3. Máy phổ khối loại cung từ (Máy loại MS/ES/ICP-MS) Trong máy phồ khối loại cung nam châm từ (Magnetic Sector, MS) và nam châm điện (Electrostatic Sector, ES), sự phân giải phổ khối của các ion dưong Ml+ ờ đây là do sự bay của các ion khối m/z trong từ trường có bán kính cong khác nhau, tuỳ theo độ lớn, số khối m/z của mỗi ion M1+. Ion nào có số khối m/z nhở sẽ có bán kính cong của đường bay nhở và ngược lại với các ion có số khối m/z lớn (hình 4.1 Sa), các ion 1,2 và 3 có số khối lần lượt: IT11/Z < IT12/Z < ĨU3/Z. Tức là đường bay của ion M1+ có số khối mi/Z có bán kính cong nhỏ nhất, còn ion rnVZ có bán kính cong đường bay lớn nhất. Vì thế mà tạo ra sự phân giải phố theo số khối m/z của các ion M1+.

Sau đây chúng ta sè xem xét cụ thế trong mồi loại máy nam châm từ và nam châm điện. a) Trong cung nam chăm từ vĩnh cửu, MS (Magnetic Setor)

Trong cung nam châm từ, phưomg trình tính tốc độ bay của các ion dưong M1' số khối m/z được biêu thị theo công thức (4.15a).

Hay là:

zv = l/2(m.v2)

(4.15a)

= (2Z.V)/m

(4.15b)

Trong đó:

- Z: Điện tích cúa ion, z = 1; - V: Điện thế gia tốc cho ion khối, Volt; - (l/2(m.v2): Động năng chuyến động của ion M1+ có số khối m/Z; - v: Tốc độ bay của ion Mỉ+ số khối m/Z;

- m: Khối lượng của ion;

- H: Cường độ từ trường của cung từ. Mặt khác, trong cung từ các ion khối M1+ chuyến động theo đường cong, nên đường bay của mối ion sè có bán kính r nhât định và khi bay nó cũng có một lực ly tâm nhất định. Lực ly tâm được tính theo biểu thức sau:

mv/r = ZH

(4.15c)

Từ hai biêu thức (4.15b) và (4.15c), chúng ta tính được tốc độ bay của ion dưong M1+ số khối m/z trong buồng không gian cung nam châm từ là: 327

m/z = (H2.r)/(2V)

(4.15d)

hay ta có bán kính đường bay r của ion dương M+ so khối m/z sẽ là: r = [(2mV)/Z.H2]1/2

(4.15e)

Như vậy, theo công thức (4.15e), vì z = 1, nên các ion có khối lượng m khác nhau sẽ bay với bán kính cong r khác nhau (hình 4.18a), tạo ra sự tách của các ion dương M+ có số khối m/z khác nhau và tạo ra giải phố khối của các ion M+ có trong mẫu, từ số khối m/z nhò nhất đến số khối m/z lớn nhất. b) Trong cung nam châm điện (Electrostatic Sector Analyser)

Trong môi trường nam châm điện (hình 4.18b), động năng bay của các ion dương M+ số khối m/z

sẽ là: 1/2.(mv2) = zv

(4. lóa)

v = ự(2V.Z)/m

(4.16b)

hay là:

Như vậy theo công thức (4.16b) ion M1+ có số khối m/z nào có m nhò nhất sẽ có tốc độ V lớn nhất.

Bây giờ nếu chúng ta gọi: - E: Cường độ lực điện trường (Volt) giữa điểm đầu và cuối của buồng phân giải phồ, ESA (Electrostatic Sector Analyser).

- R: Bán kính cong của đường bay của ion M+ có số khối m/z, thì chúng ta sẽ có:

hay có:

ZE = (mv2)/R

(4. lóc)

R = (mv2)/(ZE)

(4.16d)

Như vậy từ biểu thức (4. ỉ 8b) và (4.18d) chúng ta thấy tốc độ bay V và đường bán kính bay R của ion dương M+ số khối m/z phụ thuộc vào các yếu tố sau: 4- Điện thế gia tốc V (Volt);

+ Cường độ lực điện trường E;

+ Khối lượng m của ion M,+. Tức là: R = (2V)/(E)

328

(4. lóe)

Gaseous sample

Hình 4.18b. Đường bay của các ion khối đến detector, máy ES (dùng nam chàm điện).

Vì thế ứng với mỗi cặp thông số này (V và E), thì mồi ion khối có số khối m/z nhất định sẽ có một bán kính đường bay R nhất định của nó trong trường ESA. Vì thế tạo có sự phân giải phố theo số khôi m/z mà tạo ra giải phô khối ion của các ion M+ cua chất mẫu.

Hình 4.18c. Máy phổ khối dùng 2 cung tử MSA và ESA.

Hình 4.18c là ví dụ bộ máy phô khối ghép (dùng cả nam châm từ vĩnh cửu và nam châm điện), đê có độ phân giải cao.

4.5. HỆ BƠM CHÂN KHÔNG Bơm chân không cao là một bộ phận rất quan trọng của hệ máy phố khối lượng, MS. Vì nếu không đạt được chân không ÌO 6 tor trong buồng phân giải khối thì không có được sự phân giải phố khôi tốt. Hệ bơm chân không cũa các máy MS gồm có 2 bộ bơm chân không cao, đó là:

329

1) Tầng 1. Hai bơm chân không cao không dầu (10 5 tor), 2) Tầng 2. Một bơm chân không cao, Topo phân tử (10 6 tor) đế tạo chân không cho hệ máy và

bộ buồng phân giải khối phải đạt được 2.1 o 6 tor, trường tứ cực (hệ phân giải phổ) và n.10'5 tor trong hệ

giao diện mẫu, để lọc lấy các ion M+ của chất phân tích và dẫn chúng vào buồng phân giải khối.

Ví dụ hệ bom này được bố trí và chỉ ra trong các mô hình cấu tạo của hệ máy MS đà nêu ở trên và trong hình 4.10, hình 4.19.

Các hệ bơm chân không cao này phải hoạt động liên tục và duy trì ốn định chân không cao (2.10 6 tor) cho buồng phân giải phổ khối (masen analyer system) Vì nếu không đạt chân không cao và

ồn định sẽ ảnh hưởng đến thời gian bay và tốc độ bay của các ion khối M1+ và ảnh hưởng đến độ phân giải khối theo m/z.

Hình 4.19. Hệ bơm chân không trong máy MS (máy MMS của Agilent).

4.6. VÍ DỤ PHỔ KHỐI CỦA MỌT SỐ HỢP CHÁT Sau đây là một số ví dụ về phô khối lượng của các chât hừu cơ:

l) Phổ khối của hydrocacbua thẳng n-hexan Trong nguồn EI phân tử n-hexan bị ion hóa và phân mảnh tạo ra các ion có số khối m/z là 86 (ion mẹ), các ion con có m/z là: 71, 57, 56, 42, 42, 39, 29 và 28 Da (hình 4.20a). Trong đó số khối 57, 43 Da là đặc trưng của chất này. Quá trình phân mảnh tạo ra các ion đó như sau:

4- lon phân tử: [CH3CH2CH2CH2CH2CH3] + e *

-► [CH3CH2CH2CH2CH2CH3]+ 4- 2e

(ỉon mẹ, ion phản tử) 4-

Các ion mảnh: -> [CH3CH2CH2CH2]+ + [CH3-CH2] *

(m/z = 57)

330

[CH3CH2CH2CH2CH2CH3]+ -> [CH3CH2CH?] * + [CH3CH2CH2]+ (m/z = 43) [CH3CH2CH2CH2J* + [CH2CH3]+

(m/z = 29)

Hình 4.20a. Sác đồ phổ khối của n-hexan.

2) Phô khôi của alkyl benzen

Trong nguồn EI phân tử n-propyl benzen bị ion hóa và phân mảnh tạo ra các ion có số khối m/z và pic phô tương ứng như trong hình 4.19b. Trong đó số khối chính thường xuất hiện có m/z là: 120, 91, 65 và 51 Da (hình 4.20b).

331

Hình 4.20b2. Phổ khối của alkyl benzen (n-propyl benzen).

3) Phổ khối của phenol Trong nguồn EI phân tử phenol bị ion hóa và phân mảnh tạo ra các ion có số khối m/z và pic phồ tương ứng như trong hình 4.20c. Trong đó số khối chính thường xuất hiện có m/z là: 94, 66 và 65 Da.

(b) - Các pic phổ khối của phenol

Hình 4.20c. Sự phân mành và Phổ khối của phenol.

332

4) Phố khối của xeton

Trong nguồn EI phân tư loại xeton bị ion hóa và phân mảnh tạo ra các ion có số khối m/z và pic phô tương ứng như trong hình 4.20d, là phổ của menthon (a) và (b). Trong đó m/z = 154 Da là ion mẹ.

(a) - Phổ khối của menthon

(b) - Cơ chế phân mảnh trong El Hình 4.20d. Phổ khối của xeton (menthon).

333

5) Phổ khối của axit cacboxylic Trong nguồn EI phân tử m-Methoxy -benzoic axit bị ion hóa và phân mảnh tạo ra các ion có số khối m/z và pic phổ tương ứng như trong hình 4.20e. Trong đó số khối chính thường xuất hiện có m/z

là: 152 (ion mẹ) và các ion con là: 135, 107 và 44 Da.

Cơ chê phân mảnh: Axit cacboxyiic

COOH

^COOH

mje

= 122

(b) - Cơ chế phân mảnh trong El

Hình 4.20e. Phổ khối của axit cacboxylic.

6) Phố khối của amin thẳng

Trong nguồn EI phân tử amin thẳng bị ion hóa và phân mảnh tạo ra các ion có số khối m/z và pic phố tương ứng như trong hinh 4.19f, phổ khối của N, N-Di-izo-Propyl-Amin với ion mẹ có m/z = 152 Da.

334

Hình 4.20f. Phổ khối của N, N-Di-izo-Propyl-Amin.

7) Phô khôi của amin thơm

Trong nguồn EI phân tử amin thơm bị ion hóa và phân mảnh tạo ra các ion có số khối m/z và pic phổ tương ứng như trong hình 4.20g. Trong đó số khối chính thường xuất hiện có m/z là: 107, 106, 77, 91 Da.

335

Hình 4.20g. Phổ khối của am ỉn thơm o-toluidin.

8) Phổ khối của sulfamethazine

Có 6 pic: 92, 124, 156, 186,213 và 279 Da, hình 4.21.

Hình 4.21. Phổ khối của sulfamethazine (nguồn El).

9) Phổ khối của Dibutylphthalate

Hình 4.22. Phổ khối của Dỉbutylphthalate (nguồn El).

336

10) Phô khối của Pentobarbitoal 156

OH Electron impact

Jy O

Pentobarbital

2Ọ7 197 173 I 1 Ị 227 247 i'Tn * I-T^ fLi 1 f-iLr t 1 I*T1 1 180 200 220 240 260

184

9|8 112 129

Hình 4.23. Phổ khói của Pentobarbitoal (trong nguồn El).

11) Phố khối của CH3-CH2-CH2-COOH 100 -

M - (H2O and CH2=CH2)

(CH2=OH+)

Base peak

M - (H2O and CH3) 50 -

M - (H2O) Molecular ion peak 88

“I—"h------ r 80

100

Hình 4.24. Phổ khối của CH3-CH2-CH2-COOH (M = 88) (trong nguồn El).

4.7. CÁC YÉU TỐ ẢNH HƯỞNG Trong phương pháp phân tích phồ khôi lượng, các yếu tố sau đây có thê ảnh hưởng đên kêt quả phân tích, nó cần được xem xét và lựa chọn cho thích hợp, cụ thế là:

4.7.1. Chọn số khối m/z đại diện để phát hiện và định lượng chất Việc này phải đảm bảo:

- Chọn được đúng số khôi m/z đặc trưng đại diện cho chât phân tích. + Đẻ phát hiện chất (định tính) phải chọn 2 số khối, m/z. + Sau đó lấy một trong hai số khối định tính để định lượng.

- Các số khối m/z này phải đảm bảo:

+ Đặc trưng đúng cho chất phân tích, + Có độ nhạy cao (cường độ lớn), + Không trùng hay bị chen bởi sô khôi của chât khác có trong mẫu.

337

Bảng 4.3. sau đây là ví dụ số khối m/z của một số hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV), đà được nghiên cứu và chọn để xác định (phát hiện và định lượng) nó trong nguyên liệu dược và cây thuốc đông y

nói chung ở Việt Nam. Bảng 4.3a. số khối m/z của một số hóa chất bảo vệ thực vật sử dụng để định tính và định lượng các oc bằng GC/MS (Mode Sim), phân tích dược liệu

STT

Tên chắt nhóm oc

Mảnh đặc trưng

Khối (m/Z) để định lượng

a-HCH

111, 181, 183

181

P-HCH

109, 111, 181

109

S-HCH

57, 71,85

y-HCH

111, 145, 181

181

Heptachlor

65, 100, 274

100

Aldrin

66, 79, 263

Heptachlor expoxid

81, 353, 355

Ỵ-Chlordan

373, 375, 377

373

4,4-DDE

159, 195, 241

241

Endosulfan I

373, 375, 377

373

a-Chlordan

246, 316, 318

246

Dieldrin

57, 79, 82

Endrin

67, 79, 81

4,4-DDD

165, 235, 239

235

Endosulfan II

195, 241, 339

241

Endrin aldehyd

67, 245, 345

Endosulfan sulfat

237, 272, 387

387

4,4-DDT

165, 199, 235

235

Endrin keton

67, 315, 317

Methoxychlor

152, 227, 228

227

Bảng 4.3b. Các mảnh ion và ion phân tử đặc trưng của các OP sử dụng để định tính và định lượng các oc bằng GC/MS, phân tích dược liệu

338

Khối (m/Z) để định lượng

Tên chất OP

Mảnh đặc trưng

0,0,0-Triethyl phosphorothioat

65, 93, 97, 121

Thionazin

68, 96, 97, 107

Sulfotep

93, 146, 202, 322

322

Phorat

75, 121, 131, 260

Dimethoat

59, 110, 156, 213

156

Disulfoton

60, 61, 88, 89

Methyl parthion

63, 79, 109, 125

109

Ethyl parathion

97, 109, 137, 291

Famphur

63, 93, 125,218

STT

Bảng 4.3c. Các ion phân tích và mảnh ion đặc trưng của OP và PY sử dụng để định tính và định lượng các HCBVTV bằng GC/MS, phân tích dược liệu Tên chất

m/z cho GC/MS

Chlorothalonil

264, 266, 268

Hexachlorobenzen

247, 249, 284

Azimphos-methyl

77, 132, 160

Diazinon

137, 179, 304

Dichlorvos

109, 145, 185

Dimethoat

110, 113, 156

Disulfoton

97, 125, 142

Ethion

97, 202, 231

Famphur

63, 93, 125, 218

Fenitrothion

109, 125, 277

Malation

93, 127, 173

Methamidôphos

111, 126, 141

Methidathion

85, 93, 145

Parathion Etyl

97, 139, 291

Parathion-Metyl

109, 125, 263

Phorat

97, 121, 260

Phosalon

182, 183, 367

Profenofos

139, 373, 374

Sulfotep

202, 238, 322

Thionazin

68, 96, 97, 107

T richlofon

112, 145, 185

Cypênmthrin

163, 165, 181

Deltamethrin

188, 253, 255

Fenvalerat

125, 167, 182

Permethrin

163, 183, 184

Fenpropathrin

181, 209, 265

Diphenylamin

141, 154, 169

STT

Trong bàng, các số khối bôi đậm là được dùng để định lượng chất đó.

4.7.2. Các thông số của máy đo phổ Các thông số của máy đo phố MS gồm có: 1) Các thông sô hoạt động của bộ thu, chọn số khối của chất phân tích và dẫn chúng vào hệ phân giải khối phổ.

339

2) Các thông số của hệ thấu kính điện tử. 3) Các thông số hoạt động của hệ phân giải phồ.

4) Các thông số hoạt động của hệ bom chân không. 5) Các thông số hoạt động của hệ detector thu nhận khối m/z.

Các thông số này, nếu chọn không thích hợp sẽ có kết quả phân tích một chất có độ nhạy kém và sai số lớn. Đây là công việc không đơn giản, đòi hỏi người sử dụng máy phải có sự hiêu biết đây đủ. Trong các thông số này, một số thông số đà được hãng chế tạo máy chuẩn hóa rồi, ví dụ thông số hệ thấu kính điện tử,... chúng ta chỉ cần kiểm tra lại để xác nhận và sử dụng, hoặc đế chế độ Auto để máy tự chỉnh.

4.7.3. Các điều kiện nạp mẫu Việc nạp mẫu vào máy đo MMS có thể theo nhiều cách khác nhau, tuỳ nguồn mẫu phân tích. Ví dụ nạp trực tiếp từ dung dịch mẫu, hay lấy từ đầu ra của cột tách sắc ký. Đây là cách đã và đang được dùng nhiều nhất, vi máy MMS thường được dùng làm detector cho hệ tách sắc ký, để phát hiện và định lượng chất. Song dù cách nào thì trong quá trình nạp mẫu cần phải chú ỷ: 1) Chọn kỹ thuật và cách tiến hành nạp mẫu cho phù hợp nhất; 2) Lượng mẫu được nạp vào buồng ion hóa chỉ vừa đủ, tránh quá tải; 3) Nhiệt độ buồng mẫu phải chọn phù hợp với mỗi loại chất phân tích.

4.7.4. Điều kiện hóa hơi và ion hóa chất tạo ra ion M1+ Trong nhóm yếu này, cần quan tâm là các thông số:

1) Nhiệt độ hóa hơi mẫu, để hỏa hơi mẫu tốt nhất; 2) Loại nguồn năng lượng ion hóa thích hợp, ví dụ EI, ESI, hay CI; 3) Năng lượng ion hóa chất, để có hiệu suất ion hóa cao và ổn định;

4) Theo thành phần, chất nền và trạng thái của chất mẫu.

4.7.5. Ảnh hưởng của phổ Nhóm ảnh hường này gồm các vấn đề:

1) Sự trùng số khối, hay chen lấn với số khối của các chất khác có trong mẫu, do không chọn được đúng số khối m/z đặc trưng riêng cho chất phân tích. Vi thế phải làm phân tích nhiều thì sẽ có kinh nghiệm; 2) Phổ của chất nền mẫu, 3) Độ phân giải của máy MS (bộ SA) không đủ lớn, nên các số khối có m/z khác nhau nhỏ, ví dụ dưới 0,2 Da, mà máy không tách ra khỏi nhau được, khi phân tích các mẫu có thành phần phức tap.

4.7.6. Ảnh hưởng của thành phần mẫu Trong vấn đề này, có hai yếu tố cần phải quan tâm:

1) Phổ chất nền của mẫu (matrix effect);

2) Phổ của các chất thứ ba trong mẫu. Để phát hiện và loại trừ khi thấy có ảnh hường xuất hiện. Bằng phương pháp thêm chuẩn sẽ giúp chúng ta phát hiện loại yếu tố ảnh hường này.

340

4.7.7. Ảnh hưởng của quá trình chuẩn bị mẫu Trong vấn đề này có ba yếu tố cần phải quan tâm: 1) Do chọn cách chuẩn bị mẫu không phù hợp với đối tượng phân tích, như dùng hóa chất,

axit,... đà làm cho mẫu phức tạp thêm và đưa thêm chât ảnh hưởng vào mầu.

2) Làm mất chất phân tích khi chuân bị mẫu, do không chọn được dung môi và cách xử lý đê hòa tan được hết chất mẫu và lấy được chất cần phân tích đạt hiệu suất cao vào dung dịch. 3) Làm nhiềm bấn thêm chất phân tích khi chuấn bị mẫu, do môi trường phòng thí nghiệm, hay do dùng hóa chất không đảm bảo đủ độ sạch.

4.7.8. Quá trình ghi phổ và đánh giá phổ Vân đề đánh giá sắc phô đà thu được đê chọn đúng pic m/z mong muôn cũng không đơn giản. Nó đòi hởi người làm phân tích phải học hỏi và làm thực nghiệm nhiều.

4.8. TỐI ƯU HÓA CÁC ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH Tối ưu hóa là gì?

Muốn có được kết quả phân tích tốt và đúng của một loại mẫu của các chất nhất định nào đó,

chúng ta phải có một quy trình phân tích phù họp. Quy trình này là tất cả các thông sô và điêu kiện phù hợp nhất của các vân đề đà nêu trong mục sô 4.7. Vì thế chúng ta phải nghiên cứu tối ưu hóa các vân đê đà nói trên, nhằm mục đích tìm ra các điều kiện thích hợp nhất đế xây dựng một quy trình phân tích cho

đôi tượng mong muôn của chúng ta. Đó là nhiệm vụ của công việc tối ưu hóa. Vì thê tôi ưu hóa là nghiên cứu, xem xét chọn các điều kiện thích họp đế có được một quy trình phân tích xác định một hay nhiều chất đạt kết quả mong muốn. Vì đê có một quy trình phân tích tốt đạt tiêu chuẩn, một hệ máy ghi đo phổ khối có đến trên 20 thông số cần phải được tối ưu, để chọn ra các điều kiện phù họp nhất cho mồi đối tượng và mỗi loại mầu phân tích. Cụ thế trong phương pháp phân tích phổ khối lượng phân tử chúng ta phải xem xét các vấn đề sau đây.

1) Chọn số khối m/z cùa chất phân tích Đẻ đánh giá một chất theo phố khối cùa nó chúng ta phải theo nguồn năng lượng ion hóa mà chọn ion sô khôi m/z cho phù hợp và đại diện đúng cho chât phân tích, cụ thê là:

+ Đê phát hiện (định tính): Phái chọn hai sô khôi m/z đặc trưng, ví dụ với các HCBVTV, trong nguồn EI, được chỉ ra trong báng 4.3 ở trên.

+ Đe định lượng: Phải chọn một trong các số khối m/z đã dùng đế định tính, nhưng phải lấy số khôi có độ nhạy cao (cường độ lớn) Ví dụ như trong bảng 4.3c ở trên khi xác định các HCBVTV, các sô khối in đậm là được dùng đế định lượng chất đó và bảng 4.3a và 4.3b là cột cuối của bảng. 2) Chọn các thông số của máy đo phổ

Các yếu tố hay thông số nhóm này gồm có: 4-

Chê độ cung cấp thê quét phô của hệ phân giải khôi;

+ Thế của hệ thấu kính điện tử;

+ Thế quét phổ;

341

Các thông số của detector;

+ Các thông số và điều kiện chân không cùa máy; + ...

3) Chọn các điều kiện nạp mẫu Với yếu tố này cần được xem xét là:

+ Cách nạp mẫu nào, nạp trực tiếp hay gián tiếp; 4-

Nguồn mẫu từ đâu (trực tiếp, hay từ GC hay HPLC, hay HPCE);

+ Lượng mẫu cần nạp, có chia dòng hay không;

+ Nhiệt độ buồng mẫu,... 4) Chọn các điều kiện hóa hoi và nguồn ion hóa chất

Trong vấn đề này cần phải chọn: + Loại nguồn ion hóa;

+ Năng lượng của nguồn ion hóa; 4-

Các điêu kiện hóa hơi mẫu tốt nhất cho các chất phân tích;

+ Có cần hóa hơi trước mẫu hay không, nếu dùng thì cần chọn các điều kiện thích hợp của nó cho chất mẫu phân tích.

5) Chọn các điều kiện thu lọc lấy các số khối của chất phân tích

Trong vấn đề này cần phải chọn các điều kiện làm sao thu được hết các ion khối m/z của các chất phân tích, nhưng lại phải loại bỏ hêt các phân tử không điện tích và các photon, vỉ các phân tử này làm khó khăn và ảnh hưởng đến sự phân giải khối. Mặt khác, các phần tử này còn làm bân buồng phân giải phổ. Như thế sẽ có dòng ion khối sạch dẫn vào buồng phân giải phổ. Đây là các điều kiện của hai bộ Cone và hệ thấu kính điện tử lọc ion khối m/z. 6) Chọn các điều kiện phân giải phổ

Đây là bộ phận làm nhiệm vụ chính của máy đo phổ khối, vấn đề cần xem xét là: 4-

Chọn vùng phổ;

Chế độ và kiểu quét phổ;

Các điều kiện quét phố, thế quét và tốc độ quét;

Điêu kiện chân không của hệ SA.

7) Các điều kiện thu và phát hiện số khối của chất phân tích Đây là các thông số và điều kiện làm việc của senser hay detector. Ỏ đây cần xem xét và chọn:

342

Thế làm việc của detector;

Chế độ làm việc;

Vùng thu nhận phô;

Nhiệt độ làm việc.

8) Chọn các điều kiện chuẩn bị mẫu Đây là công việc đầu tiên của một quy trình phân tích. Vì nếu xử lý và chuấn bị mẫu không tốt chúng ta có thê làm mât chât phân tích, hay đưa thêm vào (làm nhiễm bân) và do đó sè làm sai sự thực cua hàm lượng chất trong mẫu phân tích, vấn đồ này cằn xem xét: + Chọn kỹ thuật và cách chuân bị mẫu, cách hòa tan mẫu; 4-

Chọn dụng cụ và hóa chât phái có độ sạch thích hợp;

+ Môi trường phòng thí nghiệm xử lý chuẩn bị mầu phải phù hợp;

+ Tay nghê của người làm phân tích; 4- ...

4.9. PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH 4.9.1. Nguyên tắc chung Trong phép phân tích theo phô khối lượng phân tử, mỗi chất cần chọn và ion hóa bàng một nguôn và điêu kiện ion hóa nhât định phù hợp de ion hóa chất mẫu, đê có được những số khối m/z đặc trưng cho nó, ví dụ trong nguồn ion hóa EI: a) Phân tử Metanol

Có khối lượng phân tử M = 32, khi bị ion hóa sẽ có: 1 ion phân tử có m/z = 32 (ion mẹ) và 4 mảnh ion có m/z lằn lượt là: 15, 28, 29 và 31 Da. h) Phân tử Acetaminophen

Có M = 151 sè có: 1 ion phân tử có m/z =151 (ion mẹ) và 3 mảnh ion có m/z khối lượng là: 60, 80 và 109 Da. c) Phân tử Bromobutane

Có M = 136 sẽ có: 1 ion phân tứ có m/z = 136 (ion mẹ) và 3 mảnh ion có m/z là: 41,57 và 107 Da. d) Phân tử Chloramphenicol

Có M = 321 và sè có: 1 ion phân tư có m/z = 321(ion mẹ) và 10 manh ion có m/z làn lượt là: 127; 152,1; 164,3; 176; 194; 206,9; 219,1; 237; 249; 257,1 Da.

Do đỏ dựa theo các pic phô khỏi đặc trưng (m/Z) của mồi phân tử chât xuât hiện ở trong phô khôi cúa mẫu phân tích chúng ta có the phát hiện được chúng theo sự so sánh với phố của chất chuấn, hay bán atlas phố khối có trong thư viện phô của máy MMS do nhà chế tạo máy cung cấp, vì thế nếu trong phô cua mẫu phân tích mà chúng ta: 1) Tìm được 2 pic pho MS (m/Z) đặc trưng của một phân tứ chât cần phân tích trong phổ của mẫu, thì chúng ta được phép kết luận nó có mặt trong mẫu phân tích.

2) Ngược lại, nêu như không tìm được pic phô khối m/z nào của chất phân tích trong phô của mẫu, thì có thê có 2 khả năng:

2a) Thực tế hoàn toàn không có chất đó trong mẫu phân tích. Kết luận này không sai, nhưng không logic và không khoa học. Bời vì mỗi phương pháp phân tích chi phát hiện được hàm lượng cùa chất cằn tìm ơ một hàm lượng nhỏ nhất định, tức là giá trị LOD của nó, còn nếu nhỏ hơn giá trị LOD này thì không có pic của nó nữa. 2b) Hay ta nói là chất đó có nồng độ (hàm lượng) của nó nhỏ hơn giới hạn phát hiện (LOD) cúa phương pháp phân tích này và như thế là đúng đắn nhất và khoa học.

343

4.9.2. Cách tiến hành - Đe phân tích định tính (tìm một nguyên tố hay một chất trong mẫu phân tích), chúng ta phải làm các công việc theo thứ tự như sau: 1) Chuẩn bị mẫu phân tích theo một quy trình phù hợp, đề có được dung dịch mẫu đế ghi đo phố khôi của mẫu phân tích và cùng với các mẫu của chất chuân tương ứng. 2) Chọn các điều kiện hóa hơi, ion hóa các chất phân tích và các thông số máy ghi đo phố phù hợp nhất để ghi đo phổ của các mẫu chuẩn, sau đó ghi lại các pic phổ số khối m/z đặc trưng đã được chọn của mỗi chất đó làm thành phố chuẩn phục vụ định tính (phát hiện chất) sau này. 3) Khi phân tích định tính các mầu, chúng ta cần:

- Ghi phố của mẫu phân tích theo các điều kiện đà chọn (quy trình) - Tìm các pic phố khối đặc trưng m/z của các chất trong phô ghi được của mẫu phân tích, xem có những pic khối m/z nào và so sánh chúng với các pic phô khối trong mẫu chuân (m/Z), từ đó sẽ tìm ra được trong mẫu phân tích có những sô khôi m/z của chât nào, theo pic phô khối m/z của nó có trong phổ của mẫu phân tích. Hình 4.24a là ví dụ một phố khối của chất mẫu. Trong phổ này có hai pic có số khối m/z = 151 và 109 Da là đại diện cho hợp chất Acetaminophen và nó được chọn để định tính và định lượng chất này.

Hình 4.25a. Phổ của mẫu để phân tích định tính.

- Việc quan sát phổ MMS định tính một chất có thể được thực hiện theo một trong các cách sau đây:

1) Cách đơn giản là ghi phổ mẫu chất chuấn và mẫu phân tích song song cùng trên băng giấy, sau đó quan sát và tim pic đặc trưng cua chất phân tích (m/Z) trong phố của mẫu phân tích xem có

344

những số khôi m/z nào cùa mẫu phân tích trùng với pic khôi của mẫu chât chuân. Đây là cách làm cua những hệ thiết bị hay máy phổ MMS thế hệ đầu tiên (1982).

2) Hiện nay các hệ máy đo phô MMS đều có máy tính và thư viện pic phô khôi đặc trưng m/z cùa các chất đê phục vụ cho việc phát hiện các chất (cả định tính và định lượng). Vì thế công việc làm định tính hiện nay rất dễ dàng, nhờ thư viện phô cửa các chất và chương trình giúp chúng ta tìm các chất cân xác định theo sô khôi m/z đặc trưng đê phát hiện nó và còn cho biêt sơ bộ cả hàm hượng của nó (bán định lượng), ngay sau khi ta ghi phô của các mẫu phân tích. Ví dụ, các hình 4.25a là phổ khối của mẫu có chat Acetaminophen, hình 4.25b là phổ khối của mẫu chất 1-Bromobutane và hình 4.25c là phô khối của mẫu chat methanol và methylen-dichloride. Còn hình 4.25d là phố khối cùa mẫu Pentobarbital. Hiện nay, phương pháp phân tích phô khối lượng phân tử, là một phương tiện phân tích định tính (phát hiện chât) rất ưu việt của ngành hóa học, môi trường, thực phâm và y dược. Vì ngoài việc phát hiện chất, nó còn cho biết sơ bộ hàm lượng cùa mỗi chất có trong mẫu và theo sự phân mảnh sinh khối chúng ta cũng có thê dự đoán được cấu trúc phân tử của chất. 100

57 *M

80 —

41 60 — M+- CH4Br

Peak 2 1-Bromobutane

40136 * M

20-

I I I I I |-I I^ru|-1-| I Ị I I I' 30

90 100 110 120 130 140 150

Hình 4.25b. Phổ của mẫu phàn tích để phát hiện 1-Bromobutane.

Hình 4.25c. Phổ của mẫu phân tích để định tính. A: Phổ của Methanol. B: Phổ của Methylene-Chloride

345

Hình 4.25d. Phổ khối của Pentobarbital.

4.10. PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG 4.10.1. Nguyên tắc chung và phương trình cơ bản Như đà được chứng minh ở trên, với một pic phổ MMS đặc trưng của chất phân tích chúng ta có

phương trình cơ bản tính cường độ (độ lớn) Ims của nó (m/Z) được chỉ ra ở trên là:

Hay dạng chung khi k = 0:

Ims = k + a.cb

(4.17a)

Ims = a.cb

(4.17b)

Trong một vùng nồng độ Cx nhất định của chất phân tích nhỏ, thì hằng số b = 1, nên chúng ta có

Ims

= a.c

Mối quan hệ này được minh họa trong hình 4.62a và 4.26b.

346

(4.17c)

Hình 4.26b. Vùng tuyến tính giữa cường độ pic phổ và nồng độ chất.

4.10.2. Các phương pháp phân tích 4.10.2.1. Phương pháp đường chuẩn a) Nguyên tắc

Dựa theo phương trình cơ bản của phép đo phố khối phân tử EI-MMS (m/Z) như đã chỉ ra ở trên là:

Hay dạng chung:

Ims

= a.cb

(4.l7d)

Ims

= k + a.cb

(4.l7e)

Trong một vùng nồng độ chất phân tích nhở, b = l, và k = 0, ta có Ims

a.c

(4.l7f)

Đây là phương trình cơ bán cùa phương pháp phân tích định lượng theo phô khôi (MMS) cùa các chất. h) Cách tiến hành

Như vậy theo nguyên tắc, muốn xác định nồng độ Cx chưa biết của một chat X trong một mẫu phân tích chúng ta phải:

+ Hòa tan các mẫu cần phân tích trong dung môi thích hợp đê đưa nó về dạng dung dịch đông nhât;

+ Pha một dày mẫu chuẩn cua các chất cần xác định và các mẫu phân tích cùng điều kiộn (bảng 4.4); + Chọn các điêu kiện (quy trình) ghi đo phô MMS cua tât cả các mẫu; + Nạp mẫu, chạy máy và ghi phô khối của dãy mẫu chuân và các mẫu phân tích theo một quy trình tiêu chuân nhất định đà chọn cho các chất cần xác định. + Dựng đường chuân các chất cân phân tích (tọa độ I-Cx), hình 4.26.

+ Phát hiện nông độ Cx của chât phân tích theo đường chuân. Đảng 4.4. Dãy chuẩn của nguyên tố phân tích Nồng độ dãy chuẩn chất phân tích (ppb)

Các chất

Axit HNO3(%)

Chất phân tích Xi (ppb)

100

1.000

5.000

10.000

Các chất khác

Cường độ Ims

Như nhau tất cả 0,00

Ỉ2

347

c) ưu và nhược đỉếm của phương pháp đường chuấn

+ Phân tích hàng loạt mẫu của cùng một đối tượng, nhanh và dề dàng thực hiện. Vì chỉ cần một đường chuân là có thể xác định được rất nhiều mẫu có nồng độ Cx chưa biết. + Nhưng phải bảo đảm là các mẫu phân tích và mẫu chuấn phải cùng thành phần nền, trạng thái liên kết hóa học của các chất, môi trường axit của mẫu. + Vì thế nếu mẫu phân tích có thành phần và nền phức tạp, mà chúng ta chưa biết, thì khó có thế pha chế được một dãy mẫu chuẩn thoả mãn đầy đủ các điều kiện của phương pháp phân tích, như thế sẽ có thế mắc sai số do sự không đồng nhất về thành phần các chất và nền gây ra. Đó chính là nhược điếm của phương pháp này. + Đe khắc phục nhược điểm này, người ta thường sử dụng một trong hai cách sau đây:

1) Trước hết dùng phương pháp biến đổi nền (cải biến hóa học nền: chemical modify of matrix) của mẫu phân tích sang nền khác do chúng ta có thể pha chế chính xác được. Nghĩa là mẫu phân tích và các mẫu chuân cùng pha trong nền tông hợp mới của chúng ta. 2. Nhưng cũng có nhiều trường họp không thể loại trừ được hoàn toàn ảnh hường của matrix theo phương pháp biến đối nền, lúc này người ta phải sử dụng phương pháp thêm chuẩn chất phân tích (mục 4.10.2.2). 4.10.2.2. Phương pháp thèm chuẩn

a) Nguyên tắc chnung

Nguyên tắc của phương pháp thêm chuẩn là dùng (hay chọn) ngay một mẫu phân tích đại diện đế làm nền chuẩn bị một dãy mẫu chuẩn, bằng cách lấy một lượng chính xác mẫu phân tích đó (ví dụ, nếu là mẫu rắn hay bột ta lấy a mg, hay là mẫu lỏng ta lấy Vo mL.), để có tất cả là 6 mẫu của dãy chuẩn có cùng khối lượng vào trong 6 cốc (hay 6 bình định mức), sau đó thêm lần lượt vào các mẫu đó những lượng phù họp (nồng độ AC) của chất phân tích X theo từng bậc, ta sẽ có dãy chuẩn như bảng 4.5.

Trong đó: ACi, AC2, AC3, AC4, AC5 là nồng độ của chất phân tích X được thêm vào dưới dạng một họp chất có dạng liên kết phù họp như nó ở trong mẫu phân tích và theo cấp số cộng, ví dụ các giá trị của AC: 50, ÌOO, 200, 400, 800, 1200 ppb. Tất nhiên các giá trị này tuỳ thuộc vào mỗi chất và nó phải nằm trong vùng tuyến tính của phương pháp, tức là của của hàm Ims = f(Cx), có dạng y = ax. Bảng 4.5. Dãy chuẩn của phương pháp thêm

Mẩu dãy chuẩn

Nồng độ (ppb)

IMS

Cx +0

Cx + AC1

Cx + AC2

Cx + AC3

Cx + AC4

Cx + AC5

Các mẫu PT khác

348

ỈX1

Ix2

Ix3

Ixn

Ghi chú Không thêm

Tiêp đó cũng tiên hành ghi đo phô MMS của dày mầu chuân và các mẫu phân tích theo nhưng điêu kiện phù hợp cua quy trình phân tích đà chọn. Tiêp đó chọn một pic khôi phô đặc trưng (m/Z) cúa chất cần phàn tích (cần tìm), đo các giá trị cường độ ỈMS tương ứng của nó trong tất cả các mẫu chuẩn và mẫu phân tích, chúng ta thu được ví dụ chắt phân tích ở các mẫu Xi, X2,... Xn có cường độ pic phố khối

(m/Z) là: Ixi, 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, ... , Ixn (bảng 4.5). Sau khi đà có được các giá trị Ims của dày chuân, chúng ta dựng đường chuân theo hệ tọa độ Ims - AC. Đường chuấn này là một đường thăng cắt trục tưng tại điếm có nồng độ chat X thêm vào là 0 (không thêm, AC = 0), đường này được gọi là đường chuân gốc. Đên đây chúng ta dùng phương pháp ngoại suy tuyến tính đế xác định nồng độ Cx trong mẫu đà chọn làm nền để pha dãy chuấn, hình 4.27(a), đường chuân gôc.

Hỉnh 4.27. Đồ thị chuẩn của phương pháp thêm chuẩn.

349

Bây giờ muốn xác định các nồng độ: Cxi, Cx2, Cx3,... trong các mẫu phân tích còn lại, từ đường

chuân gốc như trên (Ims - AC, hình 4.27(a), chúng ta chỉ việc tịnh tiến trục tung về giá trị ở chồ nồng độ Cx vừa tìm được, như thế chúng ta sẽ có một đường chuẩn mới trong hệ tọa độ I - c (hình 4.27b). Rồi từ đường chuẩn này chúng ta dễ dàng tim được các nồng độ Cxi, Cx2, Cx3, từ các giá trị IXJ, 1x2, 1x3,1x4, 1x5,..., Ixn như phương pháp đường chuẩn đã trình bày ở trên. Hình 4.28 là một ví dụ xác định Pb-etyl trong một mẫu môi trường (trầm tích) bằng phương pháp

Hình 4.28. Đường chuẩn xác định Pb-etyl bằng phương pháp thêm.

Phương pháp thêm chuẩn cũng đơn giản, dễ thực hiện, phục vụ phân tích tốt hàng loạt mẫu của cùng một đối tượng, nhưng lại loại trừ được ảnh hưởng của chất nền (matrix) và thành phần của mẫu. Vì vậy nó thích hợp trong việc xác định lượng vết và siêu vết các chất trong các mẫu có thành phần phức tạp mà chúng ta chưa biết. Đây là ưu điểm của phương pháp thêm chuấn. 4.10.2.3. Phương pháp một mẫu chuẩn

Như chúng ta đã biết, vùng tuyến tính của phương pháp MS là rất rộng, nên trong nhiều trường hợp chúng ta cũng không nhất thiết cần phải dựng cả đường chuẩn, vì mẫu chuẩn rất đắt và tốn thời gian công sức. Mặt khác khi chỉ cần phân tích một vài chỉ tiêu trong số mẫu ít, hay kiểm tra nồng độ (hàm lượng giới hạn cho phép) nên chỉ cần một mẫu chuẩn đê tính toán nồng độ của chất phân tích X trong mẫu phân tích, để nhanh và đỡ tốn kém chất chuẩn và hóa chất đắt tiền. Cụ thể trong các trường hợp này

chúng ta có hai cách sau đây: a) Dùng một mẫu chuẩn (khi có mẫu chuẩn)

Neu mẫu chuẩn có nồng độ là Cch, và mẫu phân tích là Cx, thì chúng ta có: Với mẫu phân tích ta có: Với mầu chuẩn ta cũng có:

Ix = k.Cx

Ich = k.Cch

(a) (b)

Do đó từ (a) và (b) chúng ta có: Cx

=(Ix/Ich)Cch

(4.18)

Như vậy sau khi đo phồ sẽ thu được giá trị Ix và Ich, và chúng ta dễ dàng tính ngay được nồng độ Cx của chat X trong mẫu phân tích theo biểu thức (4.18).

350

Cách này đơn giản và nhanh chóng cho kết quả, nhưng có khó khăn là khi thành phần và nền phức tạp và không biết chính xác, thì khó chuấn bị (pha chế) được thành phân và nền giống như mẫu phân tích, nên nhiêu khi thường măc sai sô lớn, thành phần và nền (matrix) của mẫu. Trong các trường hợp này ta làm theo cách hai mẫu chuẩn).

mầu phân tích có một mẫu chuẩn có do ảnh hưởng của sau đây (không có

b) Dùng cách thêm chuân (khi không có mâu chuẩn)

Nếu chất phân tích có nồng độ chưa biết là Cx, chúng ta lấy hai lượng mẫu phân tích Cx như

nhau (có 2 mẫu), một mẫu đê nguyênvà một mẫu thêm mộtlượng chính xác ACxcủa chất phân tích X, rồi xư lý trong cùng điều kiện, sau đó đo phố MMS, làm như cách một và chúng ta sẽ có: Với mẫu không thêm:

Ix = k.Cx

Với mẫu có thêm chat X:

Itch = k.(Cx + ACx)

Từ biểu thức (a) ta có:

k = Ix/Cx

(a) (b)

Rồi thay k vào biểu thức (b) chúng ta tính được Cx. Cx = (ACx.Ix)/(Itch - Ix)

(4.19)

Như vậy sau khi đo phổ sẽ thu được giá trị Ix và Itch chúng ta dễ dàng tính được nồng độ Cx của chat X trong mẫu phân tích theo biếu thức (4.19) Cách này có ưu điềm hơn cách 1 là nó loại trừ được ánh hường cũa thành phần và nên của mẫu. c) Điều kiện áp dụng

Khi ứng dụng phương pháp này, nồng độ cúa chắt phân tích trong mẫu chuân (hay thêm chuân) và mẫu phân tích phải nằm trong vùng tuyên tính của phương pháp, vì trong phương trình tính toán nồng độ cx của nguyên tố phân tích chúng ta đà đặt điều kiện giá trị hằng số b của phương trình tính cường độ pic phố Ims là b = 1.

4.11. CÁC ỨNG DỤNG CỦA PHỐ KHỐI LƯỢNG Hiện nay phố khối lượng phân tư là một phương pháp phân tích trong trong lình vực phân tích các chất hừu cơ và phức chât, phân tích thuốc, nguyên liệu dược phâm, thực phâm,..., nó không những là công cụ phục vụ phân tích định tính và định lượng, mà còn là công cụ đế nghiên cứu xác định cấu trúc phân tứ của các chất hữu cơ và phức chất. Nên phương pháp phân tích phố khối phân tử đà và đang

được sử dụng trong các lĩnh vực sau đây: Xác định cắu trúc phân tử các chất hừu cơ và chất sinh học; - Xác định khối lượng phân tử của các chất hữu cơ, protein, peptit; - Phát hiện các chât cho săc ký bản mỏng (sắc ký phăng); - Trong phân tích các sản phấm dược, thuốc các loại;

Trong quan trắc phân tích môi trường; - Phân tích các hóa chất BVTV trong nông nghiệp;

Trong phân tích định dạng các chất; Hệ máy MMS được dùng làm detector chuyên dụng trong phát hiện, định tính, định lượng các chất trong các hệ máy tách sắc ký như: HPLC, GC, HVCE và HVCEC;

351

4.12. GHÉP NỐI MÁY PHỎ KHỐI VỚI CÁC HỆ TÁCH SÁC KÝ Trong ngành phân tích hiện nay, nhất là trong 10 năm qua, các máy đo phố khối lượng (MS), cả máy đo phổ khối nguyên tử (AMS) và phổ khối phân tử (MMS), đều đà và đang được sử dụng như là một loại detector có độ nhạy cao của các kỹ thuật tách sắc ký để phát hiện và định lượng các chất sau khi đi qua cột tách, như các sự ghép nối máy đo phổ khối, hệ MS sau hệ tách sắc kỷ, ví dụ ghép nối với:

1) sấc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC, ƯHPLC), được hệ HPLC/MMS và ƯHPLC/MMS; 2) Sắc ký khí cột mao quản (GC), được hệ GC/MMS; 3) Điện di mao quản hiệu năng cao (HVCE), được hệ HVCE/MMS.

Như thế nghĩa là cần có sự ghép nối máy đo phố khối lượng MMS với các hệ tách sắc ký HPLC, GC, hay HVCE. Nguyên tắc chung cùa sự ghép nối này được mô tả như trong sơ đồ của hình 4.29. Trong sơ đồ ghép nối này chúng ta thấy có ba phần chính:

+ Phần I: Các hệ máy tách chất, như HPLC, ƯHPLC, GC, HVCE;

+ Phan II: Bộ adapter ghép nối (được gọi là bộ interface adapter system) đế nối hệ máy tách chất với hệ máy phổ với nhau;

+ Phần III: Các detector phát hiện chất phân tích, như loại máy ICP-MS, EI-MMS, hay ESI-MMS, hoặc CI-MMS.

Hình 4.29. Sơ đồ nguyên tắc ghép nối máy MS với các hệ tách chất.

Trong đó phần I là các hệ máy tách sắc ký, ví dụ: - Hệ HPLC và UHPLC được trình bày trong sách Phương pháp phân tích sắc ký và chiết tách;

- Hệ GC; - Hệ HVCE và HVCEC. Trong phần III là các máy đo phố đã được trình bày trong và sách Phương pháp phân tích phô nguyên tử, AES, AAS và ICP-MS và phổ phân tử ƯV/VIS và HQ. Vì thế vấn đề chính ở đây là chỉ nêu thêm về các kiểu adapter ghép nối của các hệ tách sắc ký với máy phổ khối MMS mà thôi. Như thế với detector phổ khối phân tử (MMS) chúng ta sè có ba loại hệ ghép nối trực tiếp (online) là:

a) Với sắc ký lỏng hiệu năng cao, chúng ta có các hệ:

352

Hệ HPLC/EIMMS, hay UHPLC/EI-MMS; Hệ HPLC/ESI-MMS, hay UHPLC/ESI-MMS;

Hệ HPLC/CI-MMS, hay UHPLC/CI-MMS. b) Với sắc ký khí, chúng ta có các hộ:

Hệ GC/EI-MMS, hay GC/ESI-MMS; Hệ GC/CI-MMS, hay GC/CI-MMS.

c) Với điện di mao quản hiệu năng cao, chúng ta có các hệ: Hệ HVCE/EI-MMS, hay HVCEC/EI-MMS; Hệ HVCE/CI-MMS, hay HVCEC/CI-MMS. Ba loại ghép nối này hiện nay là những hệ thống máy cần thiết và phục vụ rất tốt trong phân tích định dạng các chất và các nguyên tố. vấn đề này đà được trinh bày kỹ trong sách giáo trình phân tích định dạng các nguyên tố cúa GS. TS. Phạm Luận [11].

Các loại interface adapter ghép nối online hệ máy tách sắc kỷ với các hệ máy phô MMS làm detector để phát hiện chất sau cột tách, hiện nay các hàng chế tạo hệ máy tách sắc kỷ và máy đo phô MMS đều đà có chế tạo các kiểu adapter ghép nối tưcmg ứng của họ và cung cấp ra thị trường. Vì thế việc ghép nối hệ máy tách sắc ký với hệ máy đo phố làm detector hiện nay không có gì quá khó khăn như 10 năm trước đây. Hình 4.30 là ví dụ một số bộ adapter đế ghép nối trực tiếp các máy sắc ký (HPLC, GC) và điện di mao quản (HVCE, hay HVCEC) với các máy đo phổ khối lượng EI-MMS hay ICP-MS hiện đang được cung cấp và sử dụng của các hãng Agilent, Perkin-Elmer, Waters,...

Ji fiatoMF »1 •Fww

Cwc»o«r

Mli u,. a

Iulrrfacr Carbiu

PMnợtapb ol Mir a Mc$J l.'E

MNtec* wtodtooi by OMk

4 1W6

iilac»oMri

to aUt

•-------

Hỉnh 4.30. Ví dụ một số bộ interface adapter ghép nối.

353

(a) - Ghép nối HPLC/ICP-MS và HPLC/FSL-MS đồng thời Má.v IIVCE

(b) - Hãng Finingan, USA (hệ HVCE/MMS)

NQH <;< --M.S 1'1-24» I I

Hình 4.31. Ví dụ một số hệ ghép nối hệ sắc ký với máy EI-MMS.

354

Các ví dụ về các hệ ghcp nối của máy sắc kỷ với máy đo phô khối MS đà được sử dụng trong phân tích định dạng các chất cụ thể là:

+ Hộ IIPLC/EI-MMS đề định dạng các hợp chắt của As; + Hệ HPLC/EI-MMS đe định dạng các hợp chất cua Hg;

+ Hệ HPLC/EI-MMS đe định dạng các hợp chất cúa Cd; + Hệ GC/EI-MMS để định dạng các hợp chất của Pb; + Hệ HVCE/EI-MMS để định dạng các họp chất họ Beta-Lắctam; + Hệ GC/EI-MMS đế định dạng các hợp chất thuốc BVTV;

Ví dụ về các sơ đồ ghép nối được mô tả trong các hình 4.31.

4.13. SÁC KÝ KHỐI PHỐ PHÂN TÍCH CÁC HÓA CHẮT BẢO VỆ THỰC VẬT Trong khoảng hai chục năm trở lại đây, nhất là từ sau năm 2000 các hệ máy sắc ký khí khối phô

(GC/MMS) là một phương tiện phân tích công cụ vô cùng quan trọng trong phân tích xác định lượng tôn dư các HCBVTV trong nhiêu đôi tượng khác nhau, như sinh học, thực phâm, rau quâ, nguyên liệu dược, đât trông trọt và nước. Sau đây sẽ giới thiệu một số ứng dụng có hiệu quá ở nước ta trong phân tích các HCBVTC trong lình vực nguyên liệu dược, đất trồng trọt và phân tích môi trường. Đốn nay trên cả nước chúng ta đã có

trên hai chục phòng thí nghiệm phân tích đà được trang bị các hệ GC/MMS điện đại. a) Ví dụ ỉ: Xác định HCBVTV trong dược liệu

- Các chat BVTV, số khối và điều kiện phân tích Các kết quả nghiên cứu phân tích các chất BVTV trong đối tượng này được trình bày trong các

bang 4.6 và 4.7 sau đây. Bảng 4.6a. Các mảnh ion và ion phân tử đặc trưng các chất họ oc. Sử dụng đề định tính và định lượng các oc bằng GC/MS (Mode Sim).

Phân tích dược liệu thuốc Đông y [10] STT

Tèn chất oc

Mảnh đặc trưng

Khối (m/Z)

a-HCH

111, 181, 183

181

P-HCH

109, 111, 181

109

Ổ-HCH

57, 71,85

y-hch

111, 145, 181

181

Heptachlor

65, 100, 274

100

Aldrin

66, 79, 263

Heptachlor expoxid

81,353, 355

355

Bảng 4.6a. Các mảnh ion và ion phân tử đặc trưng các chất họ oc. Sử dụng để định tính và định lượng các oc bằng GC/MS (Mode Sim). Phân tích dược liệu thuốc Đông y [10] (tiếp)

Ỵ-Chlordan

373, 375, 377

373

4,4-DDE

159, 195, 241

241

Endosulfan I

373, 375, 377

373

a-Chlordan

246, 316, 318

246

Dieldrin

57, 79, 82

Endrin

67, 79, 81

4,4-DDD

165, 235, 239

235

Endosulfan II

195, 241, 339

241

Endrin aldehyd

67, 245, 345

Endosulfan sulfat

237, 272, 387

387

4,4-DDT

165, 199, 235

235

Endrin keton

67, 315, 317

Methoxychlor

152, 227, 228

227

Bảng 4.6b. Các ion phân từ và mảnh ion đặc trưng của các OP. Sử dụng để định tính và định lượng các oc bằng GC/MS. Phân tích dược liệu [10]

356

STT

Tên chat OP

o,o,o-Triethyl phosphorothioat

65, 93, 97, 121

Thionazin

68, 96, 97, 107

Sulfotep

93, 146, 202, 322

322

Phorat

75, 121, 131,260

Dimethoat

59, 110, 156, 213

156

Disulfoton

60, 61,88, 89

Methyl parthion

63, 79, 109, 125

109

Ethyl parathion

97, 109, 137, 291

Famphur

63, 93, 125, 218

Mảnh đặc trưng

Khối (m/Z)

Bảng 4.6c. Các ion PT và mảnh ion đặc trưng của họ OP và PY. Sử dụng đẻ ĐT và ĐL các HCBVTV bằng GC/MS. Phân tích dược liệu [10]

Tên chắt

STT

m/z cho GC/MS

Chlorothalonil

264, 266, 268

Hexachlorobenzen

247, 249, 284

Azimphos-methyl

77, 132, 160

Diazinon

137, 179, 304

Dichlorvos

109, 145, 185

Dimethoat

110, 113, 156

Disulfoton

97, 125, 142

Ethion

97, 202, 231

Famphur

63, 93, 125, 218

Fenitrothion

109, 125, 277

Malation

93, 127, 173

Methamidophos

111, 126, 141

Methidathion

85, 93, 145

Parathion Etyl

97, 139, 291

Parathion-Metyl

109, 125, 263

Phorat

97, 121,260

Phosalon

182, 183, 367

Profen ofos

139, 373, 374

Sulfotep

202, 238, 322

Thionazin

68, 96, 97, 107

Trichlofon

112, 145, 185

Cypermethrin

163, 165, 181

Deltamethrin

188, 253, 255

Fenvalerat

125, 167, 182

Permethrin

163, 183, 184

Fenpropathrin

181,209, 265

Diphenylamin

141, 154, 169

357

Bảng 4.7a. Các điều kiện chạy GC/MS xác định HCBVTV. (Ba nhóm oc + OP + PY). Phân tích dược liệu [10] STT

Thông số

Chỉ tiêu GC/MS

Nhiệt độ nguồn ion hóa

230 °C

Nhiệt độ vùng tương tác (interface)

280 °C

Nhiệt độ detector

200 °C

Nhiệt độ cổng bơm mẫu

250 °C

Khí mang

Cột GC

MQ DB5-MS

Kích thước cột

30 m. 0,32 mm. 0,25 pm

Tốc độ dòng khí qua cột tách

0,96 mưph.

Chế độ bơm mẫu

Không chia dòng

Chế độ chạy GC

SIM và SCAN

Điện thế detector

1,2 kV

Thể tích mẫu bơm

1 nL

Áp suất đầu cột

60,0 kPa

Hệ bơm mẫu

Tự động

Bảng 4.7b. Chương trình nhiệt độ cho ba nhóm (OP + OP + PY)

STT

358

Nhiệt độ cột GC

Tốc độ tảng nhiệt độ

Thời gian duy trì

(°C)

(phút)

270

280

Bảng 4.7c. Các điều kiện chạy GC/MS xác định HCBVTV họ oc. Phân tích dược liệu [10] Thông số

STT

Chỉ tiêu GC/MS

Nhiệt độ nguồn ion hóa

230 °C

Nhiệt độ vùng tương tác (interface)

280 °C

Nhiệt độ detector

200 °C

Nhiệt độ cổng bơm mẫu

230 °C

Khí mang

Cột GC

MQ DB5-MS

Kích thước cột

30 m. 0,32 mm. o,25um

Tốc độ dòng khí qua cột tách

1,08 mL/ph.

Chế độ bơm mẫu

Không chia dòng

Chế độ chạy GC

SIM và SCAN

Điện thế detector

1,2 kV

Thể tích mẫu bơm

1 PtL

Áp suất đầu cột

71,0 kPa

Hệ bơm mẫu

Tự động

Bảng 4.7d. Chương trình nhiệt độ cho nhóm oc

Nhiệt độ cột SK

Tốc độ tảng nhiệt độ

Thời gian duy trì

(°C)

(phút)

120

200

270

280

STT

359

Bảng 4.7e. Các điều kiện chạy GC/MS xác định HCBVTV nhóm OP. Phân tích dược liệu [10] STT

Thông số

Chỉ tiêu GC/MS

Nhiệt độ nguồn ion hóa

230 °C

Nhiệt độ vùng tương tác (interface)

280 °C

Nhiệt độ detector

200 °C

Nhiệt độ cổng bơm mẫu

230 °C

Khí mang

Cột GC

MQ DB5-MS

Kích thước cột

30 m. 0,32 mm. 0,25 pm

Tốc độ dòng khí qua cột tách

1,08 mL/ph.

Chế độ bơm mẫu

Không chia dòng

Chế độ chạy GC

SIM và SCAN

Điện thế detector

1,2 kV

Thể tích mẫu bơm

1 hL

Áp suất đầu cột

71,0 kPa

Hệ bơm mẫu

Tự động

Bảng 4.7Í. Chương trình nhiệt độ cho nhóm OP STT

360

Nhiệt độ cột GC

Tóc độ tăng nhiệt độ

Thời gian duy trì

(°C)

(phút)

190

280

- Chuãn bị mãu dược liệu và nông sản

Cho xác định các HCBVTV nhóm oc, OP và PY bằng GC/MS

/. Phương pháp siêu ảm

1.1. Chuẩn bị mẫu - Mầu dược liệu: Xay nhở (0,1 mm);

- Dung môi chiết: Aceton/n-Hexan tỷ lệ 1/4 (V/V), Dl; - Dung môi rửa giai: Dichlomethan/n-Hexan tý lệ 1/2 (V/V), D2;

- Cột làm sạch: 1,5 - 2 g SilicaGel 0,062 - 0,2 mm (SK cột, Merck) có trọn thêm 10% than hoạt tính (Merck). 1.2. Chiêt siêu âm

- Cân 5,00 g mẫu đâ xay nhỏ vào bình chiết có 50 mL dung môi Dl; - Lắc trong 25 - 30 phút, chiết siêu âm 20 phút; - Ly tâm lây dịch lỏng; - Lặp lại sự chiết bă 2 lần, mỗi lần 15 mL dung môi chiết nữa; - Gộp dịch chiết 3 lằn lại;

- Cất quay chân không ở dưới 40 °C, đến còn 1 mL (M1).

1.3. Làm sạch và loại tạp chất - Lấy dịch chiết M1 đem làm sạch qua cột (Silica Gel và c hoạt tính); - Dội dịch chiết M1 qua cột và đế yên 5 phút; - Rửa giải băng 12 mL dung môi rửa giải D2 (chia làm 3 lần); - Thu dịch rửa giải (M2) để xác định các chất bằng GC/MS.

2. Phương pháp chiết Soxhlet 2.1. Chuẩn bị mẫu

- Mầu dược liệu: Xay nhỏ (0,2 mm);

- Dung môi chiêt: Aceton/n-Hexan tỷ lệ 1/1 (V/V), D3; - Dung môi rửa giải: Dichlomethan/n-Hexan tỷ lệ 1/2 (V/V), D2;

- Cột làm sạch: 1,5 - 2 g SilicaGel 0,062 - 0,2 mm (SK cột, Merck)) có trọn thêm 10% than hoạt

tính (Merck). 2.2. Chiết Soxhlet

- Lấy 5,00 g mẫu, chiết trong 80 mL dung môi D3 trong 3 giờ;

- Lọc lây dịch chiết; - Cất quay chân không dịch chiết N1 ở dưới 40°C đến còn 1 mL; - Thu được dịch còn lại, N1.

361

2.3. Làm sạch và loại tạp chất

- Lấy dịch chiết NI đem làm sạch qua cột (Silica Gel và c hoạt tính); - Dội dịch chiết N1 qua cột làm sạch và đế yên 5 phút; - Rửa giải bằng 12 mL dung môi rửa giài D2 (chia làm 3 lần);

- Thu dịch rửa giải (N2) đề xác định các chất bằng GC/MS. Sau đây là các sắc đồ của ba nhóm HCBVTV oc, OP, NC và PY đã phân tích trong các mẫu

dược liệu của khu vực miền Bắc (2001/2006), hình 4.32.

362

PC 04--------------------------------- 2.4’ DDE, O.D1 DDE InttnXxlOO)

31800

363

364

365

366

367

368

369

370

OP 1 ì------------------------------------------------- Parathion ethyl Infn(xlOO)

371

372

373

OP 09--------------------------------------- Malathion IntenXxlOO)

OP 12----------------------------- Parathion methyl hrttn/xian

374

375

376

Bảng 4.8a. Giá trị tồn dư tối đa (MRL) cho phép của các HCBVTV trong dược liệu và nông sản (theo USP-26.2003)

Tên hóa chất

STT

MRL (mg/kg)

Alaclor (OC)

0,02

Tổng aldrin và dieldrin (OC)

0,05

Azinphos-methyl (OP)

1,0

Bromo-propylate (khác)

3,0

Tổng chlordan (OC)

0,05

Chlorfenvinphos (OP)

0,5

Cympermethrin (OP)

1,0

Tổng DDT (OC)

1,0

Delta-methrin (PY)

0,5

Diazinon (OP)

0,5

Dichlorvos (OP)

1,0

Dithiocarbamate (Carb.)

2,0

Tổng Endosulfan (OC)

1,0

Endrrin (OC)

0,05

Ethion (OP)

2,0

Fernithrothion (OP)

0,5

Fenvalerate (PY)

1,5

Fonofos (OP)

0,05

Tổng Heptachlor (OC)

0,05

HCB (OC)

0,1

HCH (OC), trừ y-HCH

0,3

Y-HCH (Lindan), (OC)

0,06

Melathion (OP)

1,0

Methidathion (OP)

0,2

Parathion (OP)

0,5

Methyl-Parathion (OP)

0,2

Ethyl-Parathion (OP)

0,3

Permethrrin (PY)

1,0

Phosalon (OP)

0,1

Pirimiphos-methyl (OP)

4,0

Tổng Pyrethrins (PY)

3,0

Quintozen (khác)

1,0

Ghi chú

377

Bảng 4.8b. Giá trị tồn dư tối đa (MRL) cho phép của các HCBVTV trong dược liệu (theo Việt Nam đề nghị, 2000) SĨT

Tên hóa chất

/WRL (mg/kg)

Alaclor (OC)

0,02

Azinphos-methyl (OP)

1,0

Chlorfenvinphos (OP)

0,5

Chlorpiriphos (OP)

0,2

Chlorpiriphos-Methyl (OP)

0,1

Cypermethrin (tổng các đp)

1,0

Delta-Methrin (PY)

0,5

Diazinon (OP)

0,5

Dichlorvos (OP)

1,0

Dimethoat (OP)

1,0

Disulfoton (OP)

0,05

Dithiocarbamat

2,0

Endrrin (OC)

0,05

Ethion (OP)

1,5

Fenitrothion (OP)

0,5

Fenvalerat (PY)

1,5

Fonofos (OP)

0,05

Methamidofos (OP)

0,01

Methidathion (OP)

0,2

Melathion (OP)

1,0

Methoxychlor (OC)

0,01

Permethrin (PY)

0,5

Phosalon (OP)

0,1

Ethyl-Parathion (OP)

0,3

Pirimiphos-methyl (OP)

3,0

378

Ghi chú

Bảng 4.9. Liều ADI (D50) của một số HCBVTV (OC-OP-PY) (theo USP-26.2003)

STT

Tên hóa chất

Ghi chú

ADI (mg/kg)

Aldrin

0,0001

Nhóm oc

Endrrin

0,005

Chlordan

0,001

HCH

0,01

DDT

0,005

Lindan

0,01

Dieldrin

0,0001

Heptacholor

0,0005

Endosulfan

0,0008

Methoxychlor

0,005

Chlorpyrifos

0,01

Nhóm OP

Malathion

0,02

Diazinon

0,005

Methidathion

0,005

Diclorvos

0,005

Phenthoat

0,003

Dicrotophos

0,05

Phoszlon

0,001

Dimethoat

0,002

Pirimiphos-Methyl

0,01

Ethoprofos

0,0003

Profenofos

0,01

Fenitrothion

0,003

Tricorfon

0,01

Fenthion

0,001

Alfa-Cypermethrin (II)

0,05

Nhóm PY

Fenpropathrin (II)

0,003

Cypermethrin (II)

0,05

Fenvalerat (II)

0,02

Delta-Methrin (II)

0,01

Lamda-Cyhalothrin (II)

0,02

Esfenvalerat (II)

0,0

Permethrin (III)

0,05

379

b) Ví dụ 2: Xác định HCBVTV trong mẫu đất

Trong phần này sẽ có các vấn đề sau đây:

* Chuẩn bị mẫu

Theo sơ đồ trong bảng 4.10 sau đây: * Điều kiện chạy sắc ký GC/MS/MS

Hệ máy GC/MS Shimadzu Model 2010/MS hay loại tương đương. Theo các điều kiện:

- Nhiệt độ nguồn ion: 260 °C - Nhiệt độ bộ kết nối: 280 °C - Chế độ scan theo m/Z:

+ Bắt đầu ở số khối 50 + Kết thúc ở số khối 700 + Tốc độ quét 1420 (m/Z)/s. - Chế độ SIM:

+ Dùng mảnh chính để PT-ĐL + Dùng mảnh chính và phụ để PT-ĐT - Thời gian lưu và các mảnh khối m/z được chỉ ra trong bảng 4.11. Bảng 4.10. Sơ đồ chiết xử lý mẫu đất lấy các HCBVTV (cả bốn nhóm: oc, OP, CB và PY)

380

Chú giải: PSA: Primary Secondary Amine. GCB: Graphite Carbon Black

OC: Organochlorines. OP: Organophosphorous CB: Carbamate. PY: Pyrethroide * Chọn khôi của chat đê xác định Bảng 4.11. Bảng các mảnh m/z chính và phụ của 100 HCBVTV STT

Tên chất

t (phút)

Mảnh chính

Mảnh phụ

Alachlor

12,064

188

160, 146

Aldrin

13,357

263

265, 293

Benalaxyl

19,780

148

206, 234

HBC-alpha

9,881

219

181, 109

HBC-beta

10,341

182

219, 109

HBC-gama

10,441

109

109, 181

Bifenthrin

23,118

181

166

Bitertanol

27,325

170

112, 141

Bromacil

12,790

207

164, 190

Buprofezin

17,224

105

172, 305

Cadusafos

9,674

159

127, 305

Captan

14,938

149, 117

Carbofenothion

19,919

157

342, 199

Chlordane-cis

15,959

373

377, 272

Chlordane-trans

15,461

373

272, 237

Chlorfenapyr

17,626

247, 408

Chlorfenvinphos

14,690

267

323, 295

Chlorobenzilate

18,333

251

139, 111

Chlorpropham

9,413

127

213, 171

Chlorpyrifos

13,218

197

314, 258

Chlorpyrifos-Methyl

11,874

286

125, 199

Cyflutrin

28,569

163

226, 206

Cyhalothrin

25,481

181

208, 180

Diazinon

10,692

179

137, 304

Dichlofluanid

12,953

123

224, 167

Dichlorobenil

7,131

171

173,136

Dichlorvos

6,379

109

185, 145

Dimethenamid

11,735

154

230, 203

Dimethipin

10,323

118

124, 76

381

Bảng 4.11. Bảng các mảnh m/z chính và phụ của 100 HCBVTV (tiếp) 30

Diniconazole

18,470

268

281,232

Dithiopyr

12,401

354

286, 237

Edifenphos

20,060

173

109, 310

Endosulfan-alpha

15,459

241

195, 265

Endosulfan-beta

15,961

241

195, 265

Endosulfan-sulfate

20,065

272

387, 229

Endrin

17,863

263

265, 245

EPN

22,841

157

185, 141

Esprocarb

13,005

222

162, 91

Ethion

18,768

231

153, 97

Etrimfos

11,074

292

277, 181

Fenamidone

23,448

238

268, 281

Fenitrothion

12,737

277

125, 260

Fenobucarb

8,796

121

150, 207

Fensulfothion

18,350

293

308, 141

Fenthion

13,360

278

169, 125

Fipronil

14,447

367

369, 213

Fludioxonil

16,551

248

127, 182

Flusilazle

17,176

233

206, 165

Flutolanil

16,445

173

281, 145

Folpet

15,147

260

295, 262

Hexaconazole

16,485

214

234, 175

Iprobenfos

11,135

204

91, 123

Isoprocarb

8,454

121

136, 103

Isoprothiolane

16,626

118

162, 189

Kresoxim-Methyl

17,331

116

206, 131

Malathion

13,011

125

'173, 158

Mepanipyrim

16,086

222

223, 111

Methidathion

15,405

145

85, 125

Methoprene

15,334

111, 153

Metolcab

7,945

108

106, 90

Mevinphos

7,668

127

192, 109

Molinate

8,546

126

187, 98

Myclobutanil

17,052

179

150, 206

Napropamid

16,303

128, 100

O.p’-DDD

17,135

235

281, 165

O,p’-DDT

18,755

235

165, 199

382

Bảng 4.11. Bảng các mảnh m/z chính và phụ của 100 HCBVTV (tiếp) 67

Oxadiazon

16,983

175

258, 302

Parathion

13,350

291

139, 109

Parathion-Metyl

12,041

263

125, 109

Penconazole

14,535

248

159, 213

Pendimethalin

14,312

252

191, 162

Pemerthrin

27,547

183

163, 127

Phenamiphos

16,286

303

288, 154

Phosalone

24,555

182

367, 121

Pirimicarb

11,269

166

328, 72

Pirimiphos-Ethyl

13,941

318

333, 304

Pirimiphos-Methyl

12,658

290

305, 276

pp-DDD

18,681

235

236, 165

pp-DDE

16,887

246

318, 176

pp-DDT

20,406

235

165, 199

Prelilachlor

16,635

238

262, 202

Probenazole

12,867

130

159, 103

Procymidone

15,005

238, 67

Profenophos

16,739

339

374, 208

Prometryn

12,348

241

226, 184

Propanil

11,789

161

217, 162

Propoxur

8,993

110

152, 81

Piridaben

27,726

147

117, 309

Pyridaphenthion

22,430

340

199, 188

Quinozene

10,439

237

249, 295

Tebuconazole

21,063

250

125, 163

Terbuphos

10,519

231

153, 186

Terbuthilazine

10,579

214

173, 130

Tetraconazole

13,563

336

171, 101

Thiobencarb

13,277

100

257, 125

Tokuthion

16,554

309

267, 162

Tolclophos-Methyl

12,074

265

250, 125

Tridimethol

15,332

112

168, 128

Triíluralin

9,397

306

264, 290

100

Vamidothion

15,957

145, 109

* Các sãc đô khôi của các chât Sau đây là một số sắc đồ cùa một sô họp chất HCBVTV đà được phân tích trong các mẫu đất của khu vực Tây Nguyên (theo phương pháp thêm chuân) đà được nghiên cứu tại Việt Nam và sau đó có sự kiếm tra lại của hai phòng thí nghiệm MMS của Hà Lan và Hàn Quốc.

383

Ví dụ 2 này là trình bày các kết quả nghiên cứu hệ thống phân tích đồng thời 100 HCBVTV hiện có trên thế giới và đang được dùng. Nhưng không nước nào cũng dùng cà 100 chất đó, mà mỗi nước thường chi dùng dưới 50 chất trong bảng 4.11. Với Việt Nam, trong hơn hai chục năm qua, trong lĩnh vực nông nghiệp và dược liệu, chúng ta đã sử dụng khoảng 40 chất trong danh sách đó, như các ví dụ

trong lĩnh vực liệu liệu đã được chi ra trong ví dụ 1 ở trên. Mảnh phân tách chính và phụ cho định lượng và định tính các HCBVTV

Tên

Sắc đồ phổ khối (Scan)

Mảnh chính

Mảnh phụ

Alachlor

188

160, 146

Aldrin

263

265, 293

Benalaxyl

148

206, 234

219

181, 109

BHC-

384

alpha

183

219, 109

181

109

109, 181

181

166

BHC-

7 gamma

Bifcnthrin

385

Inten.(xl.OOO) 1.00^

0.75^

Bitertanol

170

112, 141

Bromacil

207

164, 190

Buprofezin

105

172, 305

Cadusafos

159

127, 270

0.50^

lnten.(x 1,000)

386

Captan

Carbofen

149, 117

157

othion

Chlordane cis

373

377,272

373

272, 237

Chlordane-

trans

387

17 Chlorfenapyr

100

200

300

247, 408

267

323, 295

40(

lnten.(x 1,000)

Chlorfen vinphos

lnten.(x 1,000)

Chlorobenz ilate

251

139, 111

Chlorpropham

127

213,171

388

389

lnten.(x 1,000)

25 Diazinon

179

137,304

26 Dichlofluanid

123

224,167

27 Dichlorobenil

171

173,136

109

185,145

lnten.(x1,000) 1.00^ 199 0.75^

390

Dichlorvos

29 Dimethenamid

154

230, 203

118

124, 76

268

281.232

354

286, 237

Inten.(x1.000)

30 Dimethipin

Diniconazole

lnten.(x 1.000)

Dithiopyr

391

Edifenphos

fcnten.(x 1,000) 1.00-=

392

173

109,310

241

Endosulfan alpha

241

195,265

Endosulfan beta

241

195,265

Endosulfansulfate

272

387,229

lnten.(x 1,000)

37 Endrin

263

265,245

157

185,141

39 Esprocarb

222

162,91

40 Ethion

231

153,97

EPN

lnten.(x 1,000)

393

41 Etrimfos

292

277, 181

42 Fenamidone

238

268, 281

Fenitrothion

125,260

44 Fenobucarb

150, 207

394

lnten.(x 1,000)

45 Fensulfothion

293

308, 141

278

169, 125

367

369,213

248

127, 182

Inten (X 1,000)

46 Fenthion

lnten.(x 1,000)

47 Fipronil

Inten.(x1,000) 24£L

1.0Ơ-' 0.75-

Fludioxonil

0 50-

127 0.25„■5,0,? |1?°1" 1161 0 00^ A 100

182 226 L 2Ỏ0 ’ nVz

395

lnten.(x 1,000) 1.0Ơ-’ 0.75^

396

49 Flusilazole

233

206, 165

50 Flutolanil

173

281,145

Folpet

260

295,262

52 Hexaconazole

214

234,175

Iprobenfos

204

91,123

213

121,185

121

136, 103

-, Isoprothiolane JO

118

162, 189

lnten.(x 1,000) 1.00-^ 5j8 0.75^

Isofenphos

0.5Ơ-"

Isoprocarb

397

Kresoximmethyl

116

206, 131

125

173,158

222

223,111

145

85,125

Malathion

Mepanipyrim

Methidathion

398

Inten (x 1,000) 1.00^ 73 0.75-Ị

Methoprcne

111,153

62 Metolcarb

108

106, 90

Meviphos

127

192, 109

64 Molinate

126

187,98

0.50^

399

lnten.(x 1,000)

Myclobutanil

179

150, 206

128,100

67 o, p'-DDD

235

281,165

68 o, p'-DDT

235

165,199

66 Napropamid

400

Inten.(xl.OOO)

69 Oxadiazon

175

258,302

70 Parathion

291

139,109

263

125, 109

248

159,213

Inten.fx 1,000)

Parathionmethyl

In ten . (X 1,000)

Penconazolc

401

73 Pendimethalin

252

191,162

274

320,246

183

163,127

303

288, 154

1250^

Penthoate

75 Permethrin

76 Penamiphos

402

Phosalone

182

367, 121

166

238, 72

79 cthyl

318

333, 304

Pirimiphos80 methyl

290

305,276

Pirimicarb

lnten.(x 1,000)

Pirimiphos-

403

lnten.(x1,000)

pp'-DDD

1.0(^

235

0.7S-

/„

0.50-^

165

235

236, 165

246

318, 176

235

165, 199

238

262, 202

0.25-

ẠD.|

. 1Ĩ

ha____ 3?0 0.002 Mil I a I I I I I I_ I„I 'nỹz 1Ố0 2Ố0

Inten.(xl.OOO)

82 pp'-DDE

lnten.(x1,000) 1.00^

235

0.7&-

83 pp'-DDT

0.50-^

165

0.25O.OCk-4

Inten.(xl.OOO)

84 Pretilachlor

404

Inten.(xl.OOO)

Probenazole

130

159, 103

283, 67

87 Profenofos

339

374,208

88 Promctryn

241

226, 184

86 Procymidone

hten.(xl.OOO)

405

Propanil

161

217,162

Propoxur

110

152,81

Pyridaben

147

117,309

340

199, 188

lnten.(x 1,000)

Pyrida

92 phenthion

406

In ten. (x 1,000)

Quintozene

237

249,295

94 Tebuconazole

250

125,163

95 Terbufos

231

153,186

214

173, 130

96 Tcrbuthylazine

407

97 Tetraconazole

336

171, 101

98 Thiobencarb

100

257, 125

99 Tokuthion

309

267, 162

265

250, 125

lnten.(x 1,000) 1 .OO-^

2S5|

0.75-3

100 Tolclofosmethyl

O.5O3

0.25^

1?5

000--4Tj jj? .HI 1ft

v-vvr- ,

I , 100

215

I < 200

• m/z

Hình 4.33. sắc phổ của một số HCBVTV trong mẫu đất

408

4.14. MÁY KHỐI PHÓ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH ĐỊNH DẠNG Sau việc ứng dụng máy đo phô khôi lượng đê xác định lượng tôn dư của các HCBVTV trong các đối tượng khác nhau như thực phẩm, rau củ quả, dược liệu, đất trồng trọt, hiện nay máy đo phố khối lượng (cả loại ICP-MS và EI-MMS) đều đà được ứng dụng rất hiệu quả trong phân tích định dạng các nguyên tố và hợp chất hữu cơ và dược. Nó làm nhiệm vụ như một detector có độ nhạy cao và độ chọn lọc cao trong việc phát hiện và xác định các chất sau khi chúng được tách ra khoi nhau bởi cột tách sắc

ký (hệ tách HPLC hay GC) Quá trình định dạng các nguyên tố được mô tả theo các bước tuần tự như trong bảng 4.12. Bảng 4.12. Các bước định dạng các nguyên tố

l. Sample collection

(Lấy mẫu)

2. Sample pretreatment (Xử lý mẫu) ị

Liberation of MeHg from its matrix (Acid leaching, alkaline dissolution, volatilization, distillation, superfluid extraction, microwave assistance)

(Xử lý mẫu tách lấy các dạng Hg tù’ Matrix mẫu) _________________ T 3. Extraction/clean-up/preconcentration

(Solvent extraction, derivatization such as ethylation, buthylation, hydration and iodination; cryogenic trapping; preconcentration on solid phases)

4. Separation of mercury species of interest

(Gas chromatography; HPLC; ion-exchange)

5. Quantification (CV AAC, CVAFS, GC-ECD, AED, MS, ICP-MS) (Định lượng mỗi dạng sau khi tách) Trong đó, sau bước xử lý mẫu và làm sạch chất mẫu phân tích là bước 4 và 5 bước, nó được mô tá như trong bảng 4.12. a) Bước 4 (Step 4) Quá trình tách chất và các kỹ thuật tách đà được sử dụng là: HPLC, UHPLC,

GC, HVCE.

409

b) Bước 5 (Step 5) Các kỹ thuật phát hiện và định lượng chất đà được dùng là: VAG-AAS, VAG-AFS, ICP-MS, EI-MMS, ESI-MMS, được mô tả như trong hình 4.34. Trong các kỹ thuật tách chất (hình 4.34), nhóm N2, N3 và N4 thường được ghép nối với ba loại detector phổ khối là IE-MMMS, ESI-MMS và Q-TOF. Các kỹ thuật tách sắc ký (HPLC và UHPLC) đã được sử dụng được chỉ ra trong bảng 4.13.

Sơ đổ 2: Bước 4 và 5 của quá trình phân tích định dạng

Bước 4: Tách chất (Separation) có 4 nhóm phương pháp (Nl, N2, N3 và N4) Bước 5: Phát hiện (Detection) có 5 nhóm phưong pháp (5a, 5b, 5c và 5e) Hình 4.34. Bước 4 và bước 5 trong phân tích định dạng.

Sau đây là vài ví dụ cụ thể.

4.14.1. Phân tích định dạng thuỷ ngân (Hg) Thuỷ ngân (Hg) là một nguyên tố kim loại có tính độc hại cao (thuộc nhóm I). Trong thực tế, các loại rau, củ, quả, thực phẩm và đồ uống, Hg có thể tồn tại ờ cả các dạng hợp chất vô cơ của Hg hóa trị 2 và Hg hóa trị 1 (HgCb, HgSƠ4, Hg(NƠ3)2, Hg2Ơ2,...) và hợp chất Hg hữu cơ, có dạng chung R-Hg-X và RlHg-R2. Trong đó R, RI và R2 là các gốc alkyl (như metyl, etyl, propyl), còn X là các anion Halogen hay nitrat. (như metyl-thuỷ ngân-clorua, CHaHgCl, hay metyl-etyl-thuỳ ngân, CH3HgC2H5). Các ví dụ họp chất của thuỳ ngân (Hg), chì (Pb), thiếc (Sn) được chỉ ra trong bảng 4.14 và 4.15.

410

Bảng 4.13. Các kỹ thuật tách HPLC trong phân tích định dạng

C2áe mode IIPLC3 X dùng trong phân Lích dinh dang

Size-exclusion! 7 HPLC

polysaccharides metallothioneins phytochelatins

metalloenzymes transport proteins

metallodrug-protein adducts Reversed-phase J

v Anion-exchange

IIPLÓ

HPLC

Ậ polypeptide sub-isoíorms • polypeptide isoforms • redox States I organoselenium

HPLC - ICP MS

e metallodrug hydrolysis products

• metalloporphyrins and corrinoids • organoselenium

I organoarsenic

e organoarsenic

Catlon-exchange

lon-pairing

HPLC

Bảng 4.14. Các dạng hợp chất của thuỷ ngân Hợp chất

Công thức hóa

Liều Ũ50 (mg/kg)

A. Hợp chất vô cơ:

Hg kim loại

Thuỷ ngân (II) oxit

HgO

Thuỷ ngân (I) oxit

Hg2O

Thuỷ ngân (II) clorua

HgCh

Thuỷ ngân (I) clorua

Hg2CI2

Thuỷ ngân (II) sulíua

HgS

Thuỷ ngân (I) sulfua

Hg2S

Thuỷ ngân (II) sulphat

HgSCU

Thuỷ ngân (II) nitrat

Hg(NO3)2

41 l

Bảng 4.14. Các dạng hạp chất của thuỷ ngân (tiếp) Hợp chất

Liều Dso (mg/kg)

Công thức hóa

B. Họp chất hữu cơ:

Thuỷ ngân (ll)-metyl-clorua

CHaHgCI

Thuỷ ngân (ll)-di-metyl

(CH3)2Hg

Thuỷ ngân (11)-etyl

C2H5Hg

Thuỷ ngân (II)—di—etyl

(C2H5)2Hg

Thuỷ ngân (II)—etyl—metyl

CH3C2H5Hg

Thuỷ ngân (ll)-propyl-clorua

CsH/HgCI

về tính độc hại, mỗi loại hợp chất thuỷ ngân có mức độ khác nhau, bảng 4.15 và 4.16. Những hợp chất hữu cơ thuỷ ngân thường được cơ thế người và động vật hấp thu dễ và hiệu suất cao hơn các hợp chất thuỷ ngân vô cơ. Trong đó Etyl-Hg là dạng độc nhất, sau đó là Metyl-Hg. Vi thế, hiện nay phân tích định dạng các hợp chất của Hg trong các đối tượng sinh học, thực phẩm, nguyên liệu dược phẩm và đồ uống là hết sức cần thiết nhằm bảo vệ sức khoẻ người dân mọi nước trên thế giới. Bảng 4.15. Giới hạn cho phép của hợp chất thuỷ ngân

Loại sản phẩm

Giới hạn tối đa cho phép (ppm)

Tiêu chuẩn của Việt Nam

Tiêu chuẩn thế giới

Nước và đồ uống ngay

0,005

0,003 (EU)

Nước còn phải đun sôi

0,010

0,005 (EU)

Nước quả ép

0,005

0,002 (EU)

Nước sinh hoạt

0,010

0,010 (EU)

Thịt, cá tươi sống

0,015

0,010 (EU)

Sữa tươi các loại

0,010

0,005 (EU)

Sữa bột các loại

0,005

0,002 (EU)

Rau, củ, quả tươi phải nấu

0,015

0,010 (EU)

Quả chín ăn ngay

0,010

0,005 (EU)

Bánh ngọt các loại

0,010

0,005 (EU)

Nước thải công nghiệp

0,020

0,015 (EU)

Từ thực tế nói trên, trong mười năm qua, sau khi xác định hàm lượng tổng của một nguyên tố như đã làm lâu nay, việc phân tích định dạng các dạng hợp chất của các nguyên tố độc hại như Hg, As, Cd, Pb, Sb, Sn,... trong các đối tượng thực phâm, thức ăn, đồ uống và nước sinh hoạt đã được nhiều nước quan tâm, nhất là từ sau năm 2000.

412

Bảng 4.16. Dạng tồn tại của các nguyên tố As, Hg, Pb, Sn

fiber type

Analytical technique *

Matrix

Mode®

MethylButylButylButylButyl-

Seawater Sediment Urine Sediment, sludge Fresh. 9ea and waste waters

H H H D H

PDMS. 100p.ro PDMS. IOOp.ro PDMS. lOOjjLm PDMS-7, 100 pm Silica fiber

Butyl-

Sediment

Pnetmated by HF PDMS. 100 p.m

Phenyl-, hexyl-

Mussel, potato

PDMS. 100 |im

Sediment Urine Sediment Blood, urine

H H H H

Waters, gasoline

PDMS. 100 p,m PDMS. I00p.ro PDMS. 100 |im PDMS 100 p.m PDMS/DVB PDMS. 100 urn

Mercury compounds MethylMethyl-. Hg2-* Methyl-, ethyl-, phenylMethyl-. Hg2* MethylMethylMethyl-

Sediment Urine Soil Waters, fish Gas condensate Soil Fish

H H D HJ) H H H.D

PDMS. 100p.ro PDMS. 100 p.m PDMS. l00p.ro PDMS. 100 p.m PDMS. 100 p.m PDMS. I00p.ro PDMS/DVB. 65 pm

Et-GC-ICP-MS Et-GC-MS-MS nd-GC-MIP-AES Et-GC-MS. GC-FAS nd-GC-MIP-AES Et-GC-MS nd-TD/ICP/MS

Selenium compounds Sc(IV)

Drinking water

H.D

PDMS. 100p.ro

Et-GC-MS

Arsenic compounds Methyl-. PhenylMethylMethyl-, organ 0-

Waler, soil Urine Drinking water

D D

PA. 65p.m POMS. I00p.ro In-tube SPME

d-GC-MS d-GC-MS nd-HPLCESI-MS

Compound Tin compounds

Lead compounds MethylMethylMethyl-, ethylEthyl-. Pb2* Ethyl-

Et-GC-FPD Et-GC-ICP-MS Et-GC-MS-MS Et-GC-AES Hy-GC-QSn^FPD Et-GC-(HC)-GDOES Et-GC-ICP-MS Et-GC-ICP-MS Et-GC-MS-MS Et-GC-(HC)-AES Et-GC-FID

nd-TD-QF-AAS

•H. headspace; D. 'tmmerâon. *Et ethylation. Hy. bydridatioo; nd. OM derivatized. d. derivaúatkm.

Đê phân tích định dạng các hợp chất của một nguyên tố như Hg , As, Cd, Pb,... chúng ta càn phải ghép nối hệ tách sắc ký các hợp chất với máy khôi phô MMS hay AMS làm detector đê phát hiện. Nguyên tãc ghép nôi này đà được chỉ ra trong hình 4.29 ở trên. Đê định dạng các hợp chât của Hg người ta đà sử dụng ba loại hệ ghép nôi đã chi ra trong hình 4.31 và 4.35 là:

1) Hệ ghép nối HPLC/MMS, hay ƯHPLC/MMS.

2) Hệ ghép nối MGC/MMS. 3) Hệ ghép nối HVCE/MMS. 4) Hệ ghép nối HPLC/VHG/F-AAS.

5) Hệ ghép nối HPLC/1CP-MS.

413

(a) - Mau máu bệnh nhân

Hình 4.35. sắc đồ định dạng Hg trong mẫu sinh học.

414

Với các hệ ghcp nối này, đến năm 2013 đà có trên 55 công trình được công bố về việc định dạng các hợp chất của Hg như McHg, MeHg, Et2Hg,... trong các mẫu sinh học, nước tiếu, mẫu thực phâm và mẫu môi trường. Chi tiết về vân đề này mời đọc trong tài liệu [7, 8, 9, 10]. Sau đây là ví dụ sãc đô định dạng Hg trong các mẫu sinh học và thực phẩm, hình 4.35 [11].

4.14.2. Phân tích định dạng Pb Sau thuỳ ngân, chì (Pb) cũng là một kim loại độc hại thuộc nhóm I. Trong hơn chục năm qua ở các nước tiên tiến châu Âu, châu Mỹ và ở châu Á, như Nhật Bản, Singapo người ta đà nghiên cứu và định dạng các hợp chất của Pb trong các đối tượng sinh học, thực phấm, đồ uống và môi trường khí. Vì trong thực tế, Pb cũng tồn tại ờ nhiều dạng khác nhau cả họp chất vô cơ và họp chất hữu cơ (bảng 4.19). Bảng 4.17. Các dạng hợp chất của chì (Pb)

Đối tượng Nước tự nhiên

Dạng hợp chất MePb, Me2Pb, Et-Pb, Et2Pb

Phương pháp phân tích định dạng GC/AAS, LC/ICP-MS GC/MMS

PbCI2, Pb(NO3)2, PbSƠ4

Nước sông hồ

MePb, Me2Pb, Et-Pb, Et2Pb,

GC/AAS, LC/ICP-MS GC/MMS

EtaPb, Et4Pb PbCI2, Pb(NO3)2, PbSƠ4 Thịt, cá

MePb, EtPb, PrPb

GC/AAS GC/MMS LC/ICP-MS

PbCI2, Pb(NO3)2

Không khí

MePb, Me2Pb, Et-Pb, Et2Pb,

GC/AAS GC/MMS LC/ICP-MS

Et3Pb, Et4Pb Hơi PbCI2

Nước tiểu người

MePb, Me2Pb, Et-Pb, Et2Pb

GC/AAS GC/MMS LC/ICP-MS

PbCI2 Thực vật nước, rau, củ, quả

MePb, Me2Pb, Et-Pb, Et2Pb

GC/AAS GC/MMS LC/ICP-MS

PbCI2

Trầm tích

MePb, Me2Pb, EtPb, Et2Pb,

GC/AAS GC/MMS LC/ICP-MS

PrPb

PbCI2, Pb(NO3)2, PbSƠ4

Chú giải: Me: Gôc Metyl. Et: Góc Etyl, và Pr: Góc Propyl. Trong các họp chất dạng vô cơ và dạng hữu cơ của Pb, hai dạng độc nhất của Pb là Et2Pb và MePb. Giới hạn hàm lượng tông cho phép của các họp chât của Pb được chỉ ra trong bảng 4.18.

415

Bàng 4.18. Giới hạn cho phép của hợp chất Pb

STT

Đối tượng

Giới hạn tối đa

MePb, Et2Pb

(pg/kg)

Nước uống

0,010

0,005

Nước tắm rửa, sinh hoạt

0,100

0,010

Nước quả ép

0,010

0,005

Sữa tươi uống

0,010

0,005

Sữa bột

0,010

0,005

Sữa tươi trẻ em dưới 6 tuổi

0,005

0,003

Thịt, cá tươi sống

0,100

0,020

Thịt, cá đóng hộp

0,010

0,005

Bánh ngọt các loại

0,050

0,020

Rau, củ, quả phải nấu

0,100

0,020

Quả chín ăn ngay

0,010

0,005

Để phân tích định dạng Pb trong các hợp chất khác nhau, cả vô cơ và hợp chất hữu cơ, các kiểu ghép nối sau đây đã và đang được sử dụng.

1) Ghép nối HPLC/ESI-MMS và HPLC/ICP-MS.

2) Ghép nối VGC/ESI-MMS và VGC/ICP-MS. 3) Ghép nối HVCE/ESI-MMS và HPCE/ICP-MS.

4) Ghép nối HPLC/Q-TOF.

5) Ghép nối HVCE/Q-TOF.

Sau đây là sắc đồ một số ví dụ định dạng các hợp chất của Pb.

Hình 4.36. (a) sắc đồ định dạng hợp chất Pb trong máu bệnh nhân.

416

Hình 4.36. (b)- sắc đồ định dạng hợp chất Pb, Hg và Se trong nước tiểu bệnh nhân.

Hỉnh 4.36. (c)- sắc đồ định dạng hợp chất Pb trong khí quyển khu công nghiệp.

417

4.14.3. Định dạng Sn Cùng với As, Hg, Pb, thiếc (Sn) cũng là một kim loại độc hại, nhất là trong thực phẩm đóng hộp thường hay có Sn do nguyên liệu vò hộp và ở mối hàn bằng Sn tan vào. Người ta cũng đã định dạng các hợp chất Sn trong một số đối tượng thực phẩm tươi sống, thực phấm đóng hộp. Để phát hiện và định lượng họp chất Sn được tách ra, máy EI-MMS cũng đã được ghép nổi với các hệ tách sắc ký, như: 4- Hệ ghép nối HPLC/EI-MMS hay HPLC/ICP-MS.

+ Hệ ghép nối GC/EI-MMS hay GC/ICP-MS.

Hình 4.37a. sắc đồ định dạng họp chất thiếc (Sn) (Trong hải sản).

MBT: Mono-butyl-thiếc

DBT: Dibutyl-thiếc DBT

TBT: Tributyl-thiếc

Hình 4.37b. sắc đồ định dạng họp chất thiếc (Sn) (Trong không khí khu công nghiệp)

(trong hai mẫu: 118 và 119).

418

4.14. CÂU HỎI ÔN TẬP 1.

Phố khối lượng là gì? Có mấy loại phố khối lượng? Đặc điếm của mồi loại phố khối lượng?

Sự xuất hiện của phố khối lượng phân tử (MMS)?

Sự phân mảnh, cơ chế phân mảnh, sự ion hóa, các loại ion khối của phô khối lượng?

Cường độ của pic phô khôi?

Nguyên tắc cua phép đo phố khối lượng phân tử?

Cấu tạo và các bộ phận của máy đo phô khối phân tử. Nhiệm vụ của mồi bộ phận đó?

Các nguôn ion hóa trong MMS, đặc điêm và ứng dụng của nó?

Các kiểu và cơ chế phân giải phố khối lượng của máy đo MMS. Sự giống nhau và khác nhau của mồi loại?

Các cách nạp mẫu trong phép đo phổ khối lượng phân tử?

10. Phân tích định tính và định lượng của phô MMS và phạm vi ứng dụng cua pho MMS? 11. Sự ghép nôi máy đo phô MMS với các hệ tách sắc kỷ, điện di mao quản,... đà có và được ứng dụng như thê nào, đê làm gì, cho vài ví dụ?

419

TAI LIỆU THAM KHAO 1.

Phạm luận, Giáo trình “Phương pháp phân tích phổ khối lượng phân tử”, Chương trình đào tạo thạc sỹ chuyên ngành Hóa Phân tích. ĐHTH. Hà Nội, 2004.

Christopher G. Herberrt & Robert A.w. Johnston, Mass Spectrometry Basics, NXB. CRC. Press. London-New York - Washington. 2005.

Douglas A. Skoog, F.James Holler and Stanley R. Crouch, Principles of Instrument Analysis, NXB. Thomson. United Kingdom, United States Canada.

Perkin Elmer, MS Instrument Performance Specifications), Publ. Perkin Elemer, 1997.

Agilent Company, Agilent Technologies on MS, Agilent Publ. 1999 - 2000.

Christopher M. Barshik, Douglas c. Duckworth and Davi H. Smith, Inorganic Mass Spectrometry, Marcel Dekker, Inc. New York. Basel. 2000.

Nguyễn Đình Triệu, Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý, NXB. ĐHQG. Hà nội. 2001.

Rita Cornells, Joe Caruso, Helen Crewws and Klaus Heumann, Hanbook of Elemental Speciation, Part I. Techniques and Methology, NXB. John Wiley & Sons, Ltd. 2003.

Rita Cornells, Joe Caruso, Helen Crewws and Klaus Heumann, Hanbook of Elemental Speciation, Part II. Species in the Environmental, Food, Medicine and Occupational Health, NXB. John Wiley & Sons, Ltd. 2005.

10.

Tran Việt Hưng, Luận án Tiến sỹ. 2007. Nghiên cứu xác đinh hàm lượng tồn dư của các HCBVTV trong dược liệu khu vực miềm Bắc Việt Nam bằng GC/MMS.

11.

Phạm Luận, Nguyễn Thanh Phương và Chu Đình Bính, Nghiên cứu định dạng As trong đối tượng sinh học và thực phấm. Phần I. Xác định dạng tồn tại của As trong mẫu môi trưòng. Tạp chí Hóa, Lý, Sinh. T14 (2009), số 3 trang 83. Phần II. Xác định dạng tồn tại của As trong mẫu sinh học và thực phẩm. Tạp chí Hóa, Lý, Sinh. T14 (2009), số 4 trang 18.

420

Chương 5

PHỤ LỤC 5.1. PHẢN CHUNG Bảng 5.1. Khối lượng nguyên tử của các nguyên tố theo đơn vị Cacbon, mới nhất và chính xác trên 5 số lẻ (Atomic Weights of the Elements Based on the Carbon 12 standard) Symbol H 1 H2 He 3 He 4 Li 6 Li 7 Be 9 B 10 B 11 c 12 c 13 N 14 N 15 o 16 o 17

o 18

F 19 Ne 20 Ne 21 Ne 22 Na 23 Mg 24 Mg 25 Mg 26 Al 27 Si 28 Si 29 Si 30 p 31

s 32 s 33 s 34 s 36 Cl 35 Cl 37 Ar 36 Ar 38 Ar 40 K 39 K 40 K 41 Ca 40 Ca 42 Ca 43 Ca 44

Ca 46 Ca 48 Sc 45 Ti 46 T 47

T' 48 Ti 49

Ti 50 V 50 V 51 Cr 50 Cr 52 Cr 53 Cr 54 Mn 55 Fe 54 Fo 56 Fe 57 Fe 58 Co 59 Ni 58 N' 60 Ni 61 Ni 62 Ni 64 Cu 63 Cu 65

Amu 1.007825037 2.014101787 3.016029297 4.00260325 6.0151232 7.0160045 9 0121825 10 0129380 11 0093053 12 00000000 13 003354839 14 003074008 15.000108978 15.99491464 16 9991306 17 99915939 18.99840325 19 9924391 20 9938453 21 9913837 22 9897697 23 9850450 24 9858392 25 9825954 26 9815413 27 9769284 28 9764964 29 9737717 30 9737634 31 9720718 32 9714591 33.96786774 35 9670790 34 968852/29 36.965902624 35 967545605 37 9627322 39 9623831 38 9637079 39 9639988 40 9618254 39 9625907 41 9586218 42 9587704 4 3 9554848 45 953689 47 952532 44 9559136 45 9526327 46 9517649 47 9479467 48 9478705 49 9447858 49.9471613 50 9439625 49 946463 51 9405097 52 9406510 53 9388822 54 9380463 53 9396121 55 9349393 56 9353957 57 9332778 58 9331978 57 9353471 59 9307890 60 9310586 61 9283464 63 9279680 62 9295992 64.9277924

Abundance 99.985 0.015 0 00013 100.00 7 52 92.48 100 00 18.98 81.02 98.892 1.108 99.635 0.365 99.759 0 037 0 204 100.00 90.92 0257 8.82 100 00 78 60 10 11 11.29 100 00 92.18 4.71 3 12 100.00 95.018 0.750 4.215 0 107 75.4 24.6 0.337 0 063 99.600 93.08 0 012 6 91 96.92 0 64 0 13 2 13 0 003Í 0 179 100.00 7 95 7 75 73 45 5 51 5.34 0 24 99.76 4.31 83.76 9 55 2.38 100.00 5.90 91.52 2 25 0 33 100 00 67 76 26 16 1 25 3 66 1 16 69.09 30.91

Symbol Zn 64 Zn 66 Zn 67 Zn 68 Zn 70 Ga 69 Ga 71 Ge 70 Ge 72 Ge 73 Ge 74 Ge 76 As 75 So 74 Se 76 Se 77 Se 78 Se 80 Se 22 Br 79 Br 81 Kr 78 Kr 80 Kr 82 Kr 83 Kr 84 Kr 86 Rb 85 Rb 87 Sr 84 Sr 86 Sr 87 Sr 88 Y 89 Zr 90 Zr91 Zr 92 Zr 94 Zr 96 Nb 93 Mo 92 Mo 94 Mo 95 Mo 96 Mo 97 Mo 98 Mo 100 Ru 96 Ru 98 Ru 99 Ru 100 Ru 101 Ru 102 RU 104 Rh 103 Pd 102 Pd 104 Pd 105 Pd 106 Pd 108 Pd 110 Ag 107 Ag 109 Cd 106 Cd 108 Cd 110 Cd 111 Cd 112 Cd 113 Cd 114 Cd 116 In113

Amu 63.9291454 65.9260352 66.9271289 67 9248458 69.9253249 68.9255809 70.9247006 69.9242498 71 9220800 72.9234639 73.9211788 75.9214027 74.9215955 73.9224771 75.9192066 76 9199077 77.9173040 79.9165205 81 916709 78.9183361 80 916290 77 920397 79.916375 81.913483 82 914134 83.9115064 85 910614 84 9117996 86.9091836 83.913428 85 9092732 86.9088902 87.9056249 88 9058560 89.9047080 90.9056442 91 9050392 93.9063191 95 908272 92 9063780 91 906809 93.9050862 94 9058379 95 9046755 96.9060179 97 9054050 99 907473 95.907596 97 905287 98.9059371 99 9042175 100 9055808 101 9043475 103.905422 102 905503 101.905609 103.904026 104 905075 105.903475 107.903894 109.905169 106.905095 108 904754 105 906461 107 904186 109 903007 110 904182 111.9027614 1 12.9044013 113 9033607 115 904758 112.904056

Abundance 48 89 27 81 4.11 18 56 0.62 60 2 39 8 20.52 27 43 7.76 36 54 7.76 100.00 0.96 9.12 7 50 23 61 49.96 8 84 50.57 49 43 0 354 2.27 11 56 11 55 56.90 17.37 72 15 27 85 0.56 9 86 7.02 82 56 100.00 51 46 11 23 17 11

17 40 2.80 100.00 15.05 9.35 14 78 16 56 9.60 24 00 9.68 5.68 2.22 12.81 12 70 16 98 31.34 18.27 100.00 0.80 9 30 22 60 27.10 26.70 13 50 51.35 48.65 1 22 0.89 12.43 12 86 23 79 12 34 28 81 7.66 4.16

421

Bảng 5.1. Khối lượng nguyên tử của các nguyên tố theo đơn vị Cacbon, mới nhất và chính xác trên 5 số lẻ (tiếp)

(Atomic Weights of the Elements Based on the Carbon 12 standard) Symbol In 115 Sn 112 Sn 114 Sn 115 Sn 116 Sn 117 Sn 118 Sn 119 Sn 120 Sn 122 Sr» 124 Sb 121 Sb 123 Te 120 Te 122 Te 123 Te 124 Te 125 Te 126 Te 128 Te 130 1 127 Xe 124 Xe 126 Xe 128 Xe 129 Xe 130 Xe 131 Xe 132 Xe 134 Xe 136 Cs 133 Xe 130 Xe 132 Xe 134 Xe 135 Xe 136 Xe 137 Xe 138 La 138 La 139 Ce 136 Ce 138 Ce 140 Ce 142 Pr 141 Nd 142 Nd 143 Nd 144 Nd 145 Nd 146 Nd 148 Nd 150 Sm 144 Sm 147 Sm 148 Sm 149 Sm 150 Sm 152 Sm 154 Eu 151 Eu 153 Gd 152 Gd 154 Gd 155 Gd 156 Gd 157 Gd 158 Gd 160 Tb 159 Dy 156 Dy 158

Amu 114.903875 111.904823 113.902781 114 9033441 115.9017435 116.9029536 117.9016066 118.9033102 119.9021990 121 903440 123.905271 120.9038237 122.904222 119.904021 121.903055 122.904278 123.902825 124.904435 125.903310 127.904464 129.906229 126.904477 123.90612 125.904281 127.9035308 128.9047801 129.9035095 130.905076 131.904148 133.905395 135.907219 132.905433 129.906277 131.905042 131.904490 134.905668 135.904556 136.905816 137 905236 137.907114 138.906355 135.90714 137.905996 139.905442 141.909249 140 907657 141.907731 142.909823 143.910096 144.912582 145.913126 147.916901 149.920900 143.912009 146.914907 147.914832 148.917193 149.917285 151.919741 153.922218 150.919860 152.921243 151.919803 153.920876 154.922629 155.922130 156.923967 157.924111 159.927061 158.925350 155.924287 157.924412

Abundance 95.84 0.95 0.65 0.34 14.24 7.57 24.01 8.58 32.97 4.71 5.98 57.25 42 75 0.089 2.46 0.87 4.61 6.99 18 71 31.79 34.49 100.00 0.096 0.090 1.919 26.44 4.08 21.18 26.89 10.44 8.87 100.00 0.101 0.097 2.42 6.59 7.81 11.32 71.66 0.089 99.911 0.193 0.250 88 48 11.07 100 00 27.09 12.14 23.83 8.29 17.26 5.74 5.63 3.16 15.07 11.27 13.84 7.47 26.63 22.53 47.77 52.23 0.20 2.15 14.73 20.47 15.68 24.87 21.90 100.0 0.0524 0.0902

Symbol Dy 160 Dy 161 Dy 162 Dy 163 Dy 164 Ho 165 Er 162 Er 164 Er 166 Er 167 Er 168 Er 170 Tm 169 Yb 168 Yb 170 Yb 171 Yb 172 Yb 173 Yb 174 Yb 176 Lu 175 Lu 176 Hf 174 Hf 176 HI 177 Hf 178 HI 179 Hf 180 Ta 180 Ta 181 w 180 w 182 w 183 w 184 w 186 Re 185 Re 187 Oa 184 Os 186 Os 187 Os 188 Os 189 Os 190 Os 192 Ir 191 Ir 193 Pt 190 Pt 192 Pl 194 Pt 195 Pl 196 Pl 198 Au 197 Hg 196 Hg 198 Hg 199 Hg 200 Hg 201 Hg 202 Hg 204 Tl 203 Tl 206 Pb 204 Pb 206 Pb 207 Pb 208 Bi 209 Th 232 U234 U235 U238

Amu Abundance 2.294 159.925203 160.926939 18.88 161.926805 25.53 162 928737 24.97 163.929183 28.18 164.930332 100.00 161.928787 0.136 163.929211 1.56 165.930305 33.41 22.94 166 932061 27 07 167.932383 169.935476 14.88 168.934225 100 00 167.933908 0.140 169 934774 3.03 170 936338 14.31 171.936393 21.82 172.938222 16 13 31 84 173 938873 175 942576 12.73 174 940785 97.40 175 942694 2.60 173.940065 0.199 175.941420 5.23 176.943233 18.55 177.943710 27.23 178.945827 13.79 35 07 179 946561 179.947489 0.0123 99 9877 180.948014 179 946727 0.126 181.948225 26.31 182 950245 14.28 30 64 183.950953 185.954377 28 64 184.952977 37.07 62 93 186.955765 183.952514 0.018 185.953852 1.59 186 955762 1.64 187 955850 13.20 188.958156 16.10 189 958455 2640 191 961487 41 00 190 960603 38.50 192 962942 61 50 189.959937 0.012 0.78 191.961049 193 962679 32.80 194.964785 33.70 195 964947 25.40 197 967879 7.23 196.966560 100.00 195.965812 0.146 197.966760 10.02 16.84 198.968269 199 968316 23.13 13.22 200.970293 210.970632 29.80 203.973481 6.85 202.972336 29.50 204.974410 70.50 203973037 1.37 205 974455 25.15 206.975885 21.11 207.976641 52.38 208 980388 100.00 232.03805381 100.00 234.04094740 0.0058 235.04392525 0.715 238 05078578 99.28

Con sô bên phải kỷ hiệu nguyên tô là khôi lượng nguyên tử làm tròn Symbol: Kỷ hiệu tên nguyên tố hóa học.

Abundance: Hàm lượng % trong tự nhiên. Amu: Khối lượng nguyên tử.

422

Bảng 5.2. Các hằng số vật lý quan trọng

Velocity of light, c = 2.9979 X 108 m/s (in vacuum) Planck’s constant, h = 1.05457 X 10-34 J.S Rydberg constant, RH = 2.17991 X 10"18 J Boltzmann constant, k = 1.3807 X 10-16 erg/K Acceleration of gravity, g = 980.6 cm/s Electron mass, me = 9.1094 X 10“3lkg Proton mass, mr = 1.6726 X 10'27 kg Neutron mass, mn = 1.6749 X 1027kg Proton-electron mass ratio = 1836 Atomic mass unit (amu) = 1.6605 X 10"27kg Electron charge, e = 1.60219 X 10_19C Faraday constant, F = 9.648456 X 104C Avogadro constant = 6.022 X 1023/mol Molar volume at STP = 22.41384 L Molar gas constant, R = 0.08026 L. atm/mol. K = 8.3145 J/mol. K = 1.9872 cal/mol. K

Hình 5.1. Hằng số của phức Me-EDTA.

423

Hình 5.2. Các quy luật thống kê dùng trong Hóa Phân tích.

424

Hình 5.4. Ví dụ phổ không gian 3D của 4 mẫu.

425

5.2. PHỔ HẤP THỤ QUANG UV-VIS Bảng 5.3. Giới hạn truyền qua của một số dung môi vùng tử ngoại

426

Dung môi

cm 1

Axetonỉtrỉl

52600

190

Pentan Hexan

52600

190

51300

195

Heptan

50800

197

hooctan

50800

197

Xiclohexan

50500

198

Xiclopcntan

50500

198

Metanol

49500

202

Isopropanol

49300

203

Etanol

48800

205

Dietylete

47600

210

Dioxan

47400

211

Diclometan 1,12 - Trỉclotriíloetan

43500

230

43300

231

Tetrahỉdroíuran

42600

235

Clorofom

40800

245

Axỉt axetic

39800

251

Elylaxetai

254

Dimetylsunfoxit

39400 37700

Tetracloruacacbon

37600

266

Dimetylfomamit Benzen

37000

270

36000

278

Toluen

35100

Tetracloetylen

345Ọ0

285 290

Pridin

32800

305

Sunfuacacbon

26300

380

Nỉtrometan

26300

380

265

Bảng 5.4. cấu tạo của các thuốc thử UV-VIS

ch3

Ợ-C-C-Ợ

XC—CH

x==/

N—OH

HO—N

2,2'-Furildioxim

l-Phenyl-2,3-đimethylpyrazolon-(5)

V ơ

yo=j/ CHs

CI8H12N.

Mol.-Gew.: 312,33 2.4,<»-'l'ripyri<lyl-(2)- 1 ,3.5-trỉuz.in

CH3

Mol.-Gew.: 2

C14H,jNt ■ 1/2 H.o

2,9-I>l methyl- 1,1 O-Phcnanthrolln

r\ NI Ỉ2

\=N

N=z

ch3

NH2

ch3

C26H2oN2

Mol.-Gew.: 360,46

2,9-Dime! hy 1-4,7-dipheny 1-1,1O-phenunthrolin

• 4 HC1 • 2 H2O

NHa

c12h,8ci4n( • 2 H2O

Mol.-Gew.: 3

3,3'-l)iarninobenzidintctruhydr(>chlorld

s /CH3

H.N-Ợ-Ọ-NH. ch3

Ci4H16N2

-n(

xch3

ch3

VV-DInwIhylben/ldln

Mol.-Gew.: 212,30

4,7-Diphenyl-l,10-phenanthrolindisulfonsaure Dinatriumsalz NaOaS-

4,4'-Bis(dimethylamino)-thiobenzophenon

5-(4-Dimethylaminobenzyliden)-rhodaiiiii

^>|-SO3Na w

HN—CO

1H'°

C24HuN2Na.O8S'2 • 3 H2O

Mol.-Gew.: 590,54 Mol.-Gew.: wasserfrei: 536,50

C12H12N2OS

c = c— H

(CH3)2

Mol.-Gew.: 264

427

ọ

?VOH SO3Na

£J-NH-CH-OiNJ

V00CH3

7-[a-(o-Carbomethoxyanilino)-benzyl]8-hydroxychinoỉin

0 Alizarinsulfonsaure Natriumsalz (Alizarin S)

2,7-Bis(2-arsonophenylazo)-l,8-dihydroxynaphthalindisulfc siiurc-(3,6) Dinatriumsalz

Alizarin-3-methylamin-N-N-diacetic acide

Arsenazo III

Ọ OH oộ5=x-<,-“oh

O-N

'CHa-COOH

AsOsHi

AsO3Ha

NaOaS^^-^^^SOaNa

C19H15NO8 • 2 H2O

Mol.-Gew.: 421,36

H3 C ọ

C22Hl8O14N4S2Na2As2

Mol.-Gew.: 8^

01 ỉ 0

O-J-O-Ntc.H,). hso4° ộ

0=c

CmHjoO.j

earmin aeỉdc

® N(C2H5)a Mol.-Gew.: 492,40

G27Hj4N2O4S

Mol.-Gcw.: 48

Briliantgrecn

COONa

Ộ-OHHO-Ộ

>c-0-° /“b' CH» M SOsNa Cl Brenzcatechinviolett

Chromazurol s

xXk HaC

CHa

H2C

CH2

H2C c = N—NH—CO—CO—NH—N = c CHa ^C" Ha Ha

C14H22N4O2

Cuprizon

Mol.-Gew.: 278,36

(Bis-cyclohcxanonoxaiyldihydrazon)

428

CJu proin M=256,31

.— .

/—\

Q-N

^18^12^2

-Bichinolin) * (2,2

.— \—X n=Q>

C2H5\

@ /C.2Ỉ is

.. /N“

lhNC'G2Hs

CJ1/

C9H22NoS2

1,5-Diphenylcarbazon

Mol.-Gew.: 222,42

(I>A!>!)<:>

Diet hyhiiTimonluni-N.N-dlcthy Id It hiocnrbiìĩìintc

^N-O”NH,'2HC1^E^

ch3 -> [(CH3)2N® =0 = N_O-N(CH3)21

HCl

Cl-

II2S

Toluoldithiol-(3,4) (Dithiol)

[(CH3)2N® = ClIVlet tiy ler* blue

NH-NH—

c=s C9H22NtS2

Mol.-Gew.: 222,42

(DAIỈDC)

Die (11 y 11 * an mon ill m- N.N-dlcthy Id It hlocur till mute

Dilhyzon ( 1,5-IJIplicny Itiliocurliuz.on)

CJ3Hl2N4S

Mol.-Gew.: 25

= N(CH3)2 1 ®

Malachitgrun

COON.I

I HO

\OONa

V cu3 I~'\^ Vz

><• = ; / = ° L CII3

SO3Xa

G-jsHjjN.IjOjS

Eriochromcyanin R

Mol.-Gcw.: 536,40

429

2\3,4',5.7-Pentahydroxyflavon

(Morin)

NO ipi“OH

C13H10Oj

C'lf |-°H NaO3S -VU- -SO3Na

2 H2O

LAX OH 1 Ĩ OH OH o

Mol.-Gcw.

■ 2 HoO

2-Hydroxy-l-nitrosonaphthalindisulfonsaure-(3,6) Dinatriumsalz (Nitroso-R-Salz)

M-338.2X

/SO3H

HO3S.

OH OH

Q—N = Nq^-Ỵ-^-N = N—

HO3S^^X^SO3H CuH7NaO7S • H2O

Mol.-Gew.: 360,28

Alizarin s

Sulfonazo III och3 / Tctru-Eth V l-Rlioclu 111 ill-cil loti vdrutc

HOOC—

N=N—\ \=/

Ì +

/ OH

iY"l

(C2Hs)2

(C2H&)2 n

ChHj.N.OjCI

Mol.-Gew.: 479,02

•h2o NaOaS^^-^SOaNa Tiron

O=C—NH II

HN—c=o II

OH X/OH

C0H4Na2OfiS2 • H2O

4-Methoxy-2-[thiazolyl-(2)-azo]-phenol (TAM)

c c IB

.......- N------- ------ c c — o II

HN—c—ONH4

Mol.-Gew.: 332,22

Mu rex id

Bren/.catcchlndisulf'oniite Natrium

CHa NaOOC- CH2

HN—c=o

o=c— NH 1 1 1 1 r' M ------------- r' o —' C" V. V. 1\------------c, c = o 1 II 1 1 HN—c—ONH4 o = c— NH

CHa J^-OH

1J0 i

aS—so3e

NaOOC-CH2

CH2-COONa

CH»—COONa

Xylenolorange (3',3"-Bis[bis(carboxymethyl)-aminomethyIJkresolsulfonphthalein Tetranatriumsalz)

Mu rex id

lly<lroxy-S-Muir<>phenylMXo>-tM. * 2-((HirM-<2

o = c—NH

’n%yll<tvn l-hydnaxlnol-iK'nzoutc Natrium

OH rV"1

OH HOOC NaOaS-^^-N

-n.o

NaOaS'^'^SOaNa II 1 N\C^N

• 2 I42O

CồH4Na2O8S2 • H,o

Tlron

Mol.-Gcw.: 332,22

Brcn/.culcchlndhuironiitc Nutrlum

A C20H16N4NaOflS • 2 HjO

430

Zincon

Mol.-Gew.: 498,43

CHg

ụ ì c=s >iaPĐC

1 _

s ’ Na

Pyrrolidindithiocarbonsãure-(l) Natriumsalz

Toluoldithiol-(3,4) (Dithiol)

Bàng 5.5. Tính chát cùa một số dung mói

Solvent

Refractive * Index

Viscosity, * cP

Bolling Point, °C

Polarity Index, R

Eluent Strength/ e°

Fluoroalkanes^

1.27-1.29

0.4-2.6

50-174

<—2

-0.25

Cyclohexane

1.423

0.90

0.04

-0.2

n-Hexane

1.372

0.30

0.1

1^0.01

1-Chlorobutane

1.400

0.42

1.0

0.26

Carbon teưachloride

1.457

0.90

1.6

0.18

/-Propyl ether

1.365

0.38

2.4

0.28

Toluene

1.494

0.55

110

2.4

0.29

Diethyl ether

1.350

0.24

2.8

0.38

Tetrahydrofuran

1.405

0.46

4.0

0.57

Chloroform

1.443

0.53

4.1

0.40

Ethanol

1.359

1.08

4.3

0.88

Ethyl acetate

1.370

0.43

4.4

0.58

Dioxane

1.420

1.2

101

4.8

0.56

Methanol

1.326

0.54

5.1

0.95

Acetonitrile

1.341

0.34

5.8

0.65

Niưomethane

1.380

0.61

101

6.0

0.64

Ethylene glycol

1.431

16.5

182

6.9

1.11

Water

1.333

0.89

100

10.2

Large

431

Bảng 5.6. Sóng hấp thụ của một số dung môi

Analytes

Wavelength, am

2-Amino-4-methyl-5-nitropyridine

Proteins, oligonucleotides

355

2-Amino-5-nitropyridine

Oligonucleotides

355

Proteins, glycoproteins, oligonucleotides

266,220-290

2,5-Dihydroxybenzoic acid

Proteins

266,337,355,2940

Vanillic acid

Proteins

266

2-Aminobenzoic acid

Proteins

266,337,355

2-(4-Hydroxyphenylazo) benzoic acid

Proteins, gangliosides, polymers

266,377

2-Pyrazinecarboxylic acid

Proteins

266

3-Aminopyrazine-2-carboxylic acid

Proteins

337

Ferulic acid

Proteins, oligonucleotides

266,337,355,488

Sinapinic acid

Proteins, industrial polymers

337,355

Caffeic acid

Proteins, oligonucleotides

266,337,355,10600

ữ-Cyano-4-hydroxy cinnamic acid

Proteins, oligosaccharides

337

3-Nitrobenzyl alcohol

Proteins

266

3-Nitrobenzyl alcohol with rhodamine 6G

Proteins

532

3-Nitrobenzyl alcohol with l,4-diphenyl-l,3-butadiene

Proteins

337

3-Hydroxypicolinic acid

Oligonucleotides, glycoproteins

266,308,355

Succinic acid

Proteins

2940,10600

Matrix Nitropyridines:

Nicotinic acid Benzoic acid derivatives:

Cinnamic acid derivatives:

432

Bảng 5.7. Phức PAR-Kim loại

M:PAR

Au(III) Bi Cd Co(III?) Cu(II)h Ga

Hí In Mn Nb Pb

Pd Pt(II) Rare earths Sc Ta Th Tl(III)1 Ư(VI) V(V) Zn Zr

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 2 2 1 (pH 2.3-5) 2 (pH >5) 1 (pH 1.5-3) 2 (pH 3-5) 4 (pH 2.5) 1 2 1 (0.1-0.2 N H2SO4) 1 (pH -6) 1 2 1 (H2SO4 solution) 1 2 1 (pH 2) 1 4 1 1 1

1 1 (pH 4)

€ X 10 3

^max (nm)

540 515 495 510 522 505-510 490-95 500-505 510 500-510 496 530 555 512 522 440 450, 660 515 505 (515) 515 500 520 510(530) -550 495 535

8.3 (rert-butanol 4- xylene) 10.7 57.8 5.5 12.1 58.9 21.2 9.9 37.5 (isoamyl alcohol) 32.8 86.5 18 38.7, 31.2 10.8 50.2 18.4 22.9 — 16 to 50 14.7 (22.1) 20.4 38.9 18-19.4 38.5 81 21

Bảng 5.8. Phức PAN-Kim loại

M:PAN

Bi Cd Co(II) Co(III)

1:1 1:2 1:2 1 :2

Cu(II)

1 :2(CHC13) 1:1 (H2O)

Fe(III) Ga Hg(II) In Ir Mn(II) Ni Os Pd Pt(Il) Rare earths Rh Tl(III) U(VI) V(V) Y Zn Zr

1: 1, 1:2

1:2 1:2 1:2 1:2

1 :1 1: 1 1:2 1:2 1:1 (H2O)

1:1 1:1

€ X 10

(nm) 580 -550 525 580 630 -550 -550 775 550 560 560 550 550 575 -560 620 (675) 626,678 460, 690 530, 560 598 560 570 615 560 515,514 550 555

21 50 -30 23.1 19.6 45 -22 16 21.7

19.6 10.3 40 51 11 16 14.1 (678 nm) 4.9 57-80 19.5 21.7 23 (dichlorobenzene) 16.9

22.6, 20.8 32

433

Bảng 5.9. cấu trúc phân tử của họ các Tetracyline

434

Bảng 5.10. cấu trúc phân tử của họ các Aflatoxins

Structure of Bl, B2, Gị, G2

50 ng/kg - in milk

Metabolite

ofB]

of G2

435

Bảng 5.11. cấu trúc phân tử của một số Sulfamit

450

Hình 5.5. Ví dụ phổ hấp thụ uv 3D

436

5.3. PHỐ HÒNG NGOẠI Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất

Cường độ

Loại

dao động

Ấ,/<m

2.66

3760

hi-kđx

N ước

2,72

3675

hi-kdx

Oil

M eland

2,74

3650

hi - dx

N ước

2,75

3635

Oil

Axil axelic

2,80

3570

Axil locmic

Axil propionic

Chat

Nhóm chức

2,88

3470

ht-kđx

nh2

Mcly lamin

2,89

3460

Axil cixelic

2,9 I

3435

hi-kdx

Ure

2,92

3425

ht-kdx

NILL nh2

2,93

3415

hi-kđx

nh3

Guanidonium Amoniac

ht-dx

nh2

Ure

nh nh

Pyrol Triborin triamin

Mclylaxciilen

2,94

3400

2,95

3390

2.96

3380

hi-dx

NH2

lire

2,97

3367

hl-kdx

HDO

ht - dx

Axetllen

nh2

Foma m it

hi-đx

nh2

Mclylamin

nh2

Thiourc

nh2

l’lylamin

y -

hl-dx

nh2

Hidrazin El anol

nh2

Axeiamil

hi-dx, kđx

nh2

Diaxetilen Fomamit

ht, dx

C^HD

hi, dx

nh3

Axit hidrazoic Amoniac

ht, kdx

Hidroxianua

nh2

Etylamin

1-Butyn

2,98

2,99

3,00

3,02

3356

3345 3333

3311

437

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

3,03

3300

R m

Vinylaxctilcn

hi ht-kđx

OH CH

Hidroxipropionic Axelilen

ht-kdx

NH?

hi -ht-dx

NH?

Hidrazin Thioure

NH2

Guanidine Xỉanamỉt

NH?

Thỉoaxctamit

3.04

3,05

3290

3280

NH2

3,06

3268

hi - kdx

CH2

Etỉlcn

3.07

3257

hi - kdx

nh2

3.I0

3225

nh4

Hidrazin Amoni sunfal

3.I3

3195

nh2

Axciamii

3,14

3185

nh2

3.L5

3175

R -

3,16

3165

ht-kdx

ch3 ch

Thỉourc Axit axelỉc c/s-Dicloetylen

y m

ht-đx

nh2

Hidrazin

Furan

nh4

Amonỉ nitrat

3,17

3155

3,18

3145

nh4

Amonỉ clorua

nh4

Amoni bromua

3135

hi-kdx

O-H-O

3125

m -

O-H-O

Pyrol Axỉt propionic Axit axetic

ch3

Axil axclỉc (/))

ht-kđx

CHỎ

Etilen

CH (vinyl)

Vinylaxctilcn

hi ht-dx

O-H-O

/Yxit D-axelic

Pyrol Benzen /ran-Dicloetylen

3,19 3,20 3,22

3105

ch!

3,23

3095

3,24

3085

ht - kdx

m R

ht - dx

nh2

R -

CH, 2 CH CH

m -

ht - kđx

3,25

3,26

438

3077

3067

Xiclopropan

c/s-Dicloetylen Thìoaxetamit 1,3-Butadien Xyclopentadien

Ị3r5-tri D-benzen Metylxỉanua

ht ht-kdx

CHS nh’ CH_;

Piridin

hi - dx

NH4

Z/'í7/7-Dicloetylen Amoni clorua

Amoni nỉtrat Propilen

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

3,27

3058

111

ht-kdx

Cll3

Melyl broniua

hi - kdx

cu3

hl hi - kdx

nii4

Metyl iodua Anioni hroniua

3049

CI l2

Cl I

Alen Piridin

m -

hi - kdx ht

CJI2

Melilen clorua

Nll4

Anioni nil nil

Ill

hi - kđx

CII3

Niirometan

Mclyl clorua

R R

3,28

3,29

3040

ht-kđx

CH3

3,30

3030

111

ht - kdx

ch2

Metyl florua

Clorofoc

rni

ch2

I’lilen oxil

Axil ax die

nil Ib

ch3 ch3

CH2.3

Axil propionic

ht - kdx

Mdan

hl - dx

C114 Cil2

CH X.

Xiclopropan

cn3

Axciyl clorua

3,31

302 l

Azometan

Hlilen

3.32

3012

111 hl - kdx

3,32

3012

CH (vinyl)

CIi2

Propilen

rni

CH1.2

1,3-Butadien

hl - kdx

ch£7 CH

Axil D-fomic

CI13

Mclyl isoxian ua

hl - kdx hl - kdx

ch3

Mclylazit

hi-kdx

ch3

rni

ht-kdx

ch3

Axeiamil Mery laxdilen

hl - dx

ch2

ht-kdx

ht - kdx

CH3 ch3

hi-kdx

ch3

1 dan

ch2

hl-kdx

ch7

Hidroxipropionitril Xiclobutan

Ill

hl - dx

CI12

Melilen clorua

hi-kdx

ch3

Meiilen fkirua

hl - dx

ch2

Etilen

ch3

Axeton

CH2,3

Propionyl clorua

c:h2

Dixianonietan

hi-kdx

C1I3

Metanol

hi-dx

CH?

Propyle n

3,33

3,34

3.35

3,36

3003

2994

2985

2976

Vinylaxdilcn

Alen Melyl isoxianal Axetyl clorua

439

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

337

338

3,39

3,40

3,41

3,42 3,43

3,44

440

2968

2959

2950

2941

2933

2924 29 L5

2907

ht-kdx

Cl l3

«>3

R tb

«>2

ht-kdx

«'2

Propan

tó

ht-đx

hl-dx

«>!,3 ch2 Clin

rram-Buten-2

hi-dx

CH3

Metyl của F, CỊ Br và 1

hl-kdx

CH3

D- Mclanol

hl-kdx ht-dx

CI I3

ht-kdx

ch3

Meiylamin Nilromctan Axetandehit

ht-kdx

C113

«>2,3 Cll3 «>2.3 CH3

Dimetyl sunfua Dimetylaxetilen Hidroxipropionitril

Mciilcn florua

Etylmecaptan 'Ihloaxeiamỉl Etylamin Propan

«>1.2.3 ch2

tt-Bulylen

ht-kđx

CU3

Propilen

ht-kdx

CH3

Propan

ch2

Xiclobutan

ht-dx

CII3

Metylisoxianua

ht-kdx

CH3

MetylLsoxianat

ht-dx

C1I3

Etan

m R

ht ht-dx

C1I

CI13

Axil tbmic Mctyl xỉanua

ht-dx

CI l3

Mctylaxctỉlen

Propionyl clorua

«'2.3 ch2

ht-dx

R rm R

«>3 CỈI3

A len

Dixianoetan Melylazil

Axetyl clorua

Etanol

«>2.3 CH2.3 CII3

Axelamỉl

ch2

Hidroxipropionitril

1-Butyl

ht-dx

«>2.3 ch’

Mcian

hl-kđx

CII3

Axetandehit

ht-kđx

ch3

Propilen

ch3

Dimetylete

Cll2 3

Ely lamin

CII3

Thioax elamỉl

ht R __________

Etyỉmccaptan

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

3,45

2899

hi -dx( *)

(H,

Metylamin

hi - dx

CH3

Dimetyl suníĩt

hl - dx

ch2

Xiclohulaii

R R

hl - dx

CH2 3 CH;

I omamit Propionyl clorua

CH23

Propan lừylmecapian

'■Hl,

cô- Bulen-2

lừy lamin

m Ih

hl - dx

CH23 c:H;

/)-Mel anol

hi - dx

ch3

Propi len

ch3

Melanol

CH2.3

I ilylamin

3.47

3.48 3,49

3.5 l

2882

2874 2866 2849

3,52

2841

hi - dx

3.53

2833

3,54

2825

R rm

hi-kdx

ch2

3.55

2817

hl - dx

ch3

Fomandehit M elv la min

3.58

2786

rin

hl-kdx

l)?o

3.60

2778

hi - dx

ch2

Axetandehit Fomandehit

3,68

27 I7

ht-dx hi

OI)

I IDO

OI)

/)-melanol

3.69

27I0

ht - dx

(•II,

Axetandchii

3.7 l

hl-dx

/)-axclilen

3.72

2695 2688

Sỉl2

I lidro sunl ua

3.75

2667

hl-kdx hl - dx

I)2O

R m

Ax it /)-fomic

Axit /?-propionic

3.76

2660

OI)

Axil Dy /)-axetic

3.77

2655

OI)

Axil /)—iixelic

3.80

3,83 3.84

2632 26II

hl-dx

(’I) Sl l2

Dcteri xianua Hidro sunfit

2604

hl-kdx

NI)2

/J-Ure

3.87

2584

hl - kdx

Cl)

C2IIl)

3,89 3.9 I

257 I 2558

SIl

Flylmccaplan

hi - kdx

3.93 397

2544

hi-kdx

/)-Amoniac Z)-Guanidonium

25 |9

NI)3 ndỊ

Bll

Trihorln iriamin

4.07

2457

NI)

Axit D-hidrazoic

4. II

2433

Nl)2

/)-Guanidoni

2421

hỉ - dx

4.L3

hi - kdx

/)-Axetilen

hl - dx

nd2

/)-Ưre

ht - dx

nd3

D~ Amoniac

4.I4

2415

441

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

4,26

2347

hi-kdx

CD2

D-Elilcn

430

2326

CI).

Axit /)3-axclỉc

O-D-O

Axit /)3, /9-axetic Xianogen

C=N CsC CD?

Dimetylaxetilen /> — I ítilcn

431 433

2320

434

2304

hl-kdx

435 436

2299

0- D-O

Axil D-propionic

2294

D-Bcnzcn

1,35-Tri /)- Benzcn

rni

hl - kdx

C=o

Qicboii subox it

O-D-O

ht - kdx

Cl)3

Axil D-Axctic 1) - Nilronician

CsN

Mclylxianua

437

2309

2288

R R

43« 4,41

2283

y m

2268

CD3

Axil D3, D-axclic

4,43

2257

hi - kdx

CD4

I) - Mcian

D-Clorofoc

R -

hl-đx

cd2

D - Etilen

C=N

Tricloaxetonilrin Dixianoetan

C=N

Hidroxipropionitril

2237

hi-kdx

CD3

D-Etan

2232

m -

C=N

N=c=o

Xiananiii Melyl isoxianat

N=N=O

Nitty ox it

4,44

4,47

4,4«

2252

£>-Axetandehit

430

2222

hl - kdx

431 454

2217

CsC

1-Brom- l-bulin

2203

CsN

hl hl-dx

c=o

Xianogen clorua Cacbon subox ii D-IUilcn

435

2198

ht-dx

cd2

437 45«

2188

R R

hl hi-dx

c=c

1- Iodo— 1-butin

CsC

Diaxetilen

ht-kdx

cd2

£>-Fomandehit

C=N

Mctyl isoxianua

4,63

2183

2160

4,63

2160

ht-đx

cd3

D - Nitrometan

4,64

2L55 2150

Metylaxelilcn

111

h( - kdx

ChC ChN

Xianogen

4,65

4,67

442

hi hi - dx

2141

(N3)

Axit hidrazoic

Melylazil

4,70

2128

hl-kdx

(N3) cõ3

4,71

2123

111

c=c

£>3, £)-Axetandehit Axil propiolic

4,72

2118

ill

C=C

1- Butin

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

4.74

4.75

21I0 2 105

hi - dx ht

4.77

2096

4.79

2088

R rm

ht ht - kđx

C=N

Hidroxianua

cđ3

4,80 4,80

2083 2058

ht - đx

cđ4 ht - dx

cđ4

cd2

£>3, £)-Axetandehit 1)- Melan £)-Fomandehit

4,88

2049

hi-kđx

()=c=s

Cacboncxisunfit

4.92 4.94

2033

rni

ht-dx

2024

ht - kdx

c=c

5,00 5,05

2000 1980

hi - kdx

hl-kdx

SDọ c=c=c

£>3, £)-Axetandehit Diaxetilen Deteri suníĩt

5,07

1972

hi-dx

0=0

525

1905

0=N

529

1890

hi - dx

sd2

Axetilen Deteri xianua Deteri suníìt

539

1855

0= 0

benzen

5,40

I852

0.HD

5.42 5.47

1845 1828

0=0 o c

£) - Benzen

0=0

Pholgen

5,48

I825

ht - kdx

o=c

1,3-Butadien

5,56

1793

0=0

Axetyl clorua

5,60

1786 1776

R R

0=0

Propionyl clorua

1770

ht ht

0=0 C=O

Oxalyl clorua Axil axctic

C=O

Axil D-axetic

c=o

Axil propionic

5,63 5,65

(N3) (:=('

/)- I’tan Axit £)-Hidrazoic

Vinylaxctỉlcn

A len

5,67

1764

roi

0=0

Axit D - foniic

5,68

I76l

ht-đx

0= c

£)-axelilen

m m

0=0 0=0

Axil £>Ạ-Axclic

0=0

Axil propionic

0=0

Axil ĩ)-propionic

5.70

1754

Axil Dy. O-axetic

5,73

1745

0=0

5,74

1742 1739

rni

0=0

Fomandehit

5,75

roi

c=o

Axil fomic

rni

0=0

Axit andehit

C=O

Axil axetic

0=0

Axil £>3, £)-axetic

5,76

1736

0= 0

Ax it D-axctic

5.78

1730

C=O

c=0

£>3, £)-axetandehit Axil /Jj-axetic

roi

C=O

Axeton

5,80

1724

443

Bàng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

0=0

ht(l)

0=0

hi hi hi

0=0

Axil D- propionic Piridin

5,83 5,88 5.93

1715 1700 1686

y '<o rni -

5,94

1683

O=N

Crotonandehit Axetoxim

-5,95

1681

0=0

Ure

Nik

0=0

Foniamil

nh2

Guanidoni

5.98

0=0 0=0

Axil propiolic £)-Fomandehit

5,99

1672 1669

6,02 6,06

1650

R R

hi ht(‘)

0=0 C=O

Axel a mil Axil propiolic

6,07

1647

0=0

propilen

0=0

Buten- 1 và butcn-2

1661

6,ll

1637

c=c

u - Bullion

6,15

1626

bcl-kdx

nh3

Amoniac

bd '

nh2

Mety lamin

6,16

1623

0=0

(ìlỉlen

6,17

1621

ht-kdx

no2

Niiropcroxil

6,20

1613

0= C)

n-Ure

nh2

Tricloaxetaniii

6,21

1610

R Ib

bd hi

Nik

Axcianiii

B-N

Trỉboriniriamin

hi - kdx

NƠ2

nh2

Olopỉcrin Ure

R ni

ht ht

0=0

Fomamii

0=0

Vỉnylaxetỉlen

0=0

Piridin

6,23

63-5

1605

1600

6,26

L597

hi-đx

6,27

rni

6,29

1595 L590

0=0 Oil

c=c

1,3-Butadien Nuức czs-Dicloetyl

631

L585

bd-kđx

nh2

Hidrazin

0=0

Benzen

632

1582 1580

ht-kđx

NO2

Nỉtrometan

nh2

Xiananiỉl

ht-kđx

0=0

Furan

rrans-Dicloetyl Azonieian

633 634

1577

0=0

6,35

1575

N=N

0=0

L57O

g rni

ht-kdx

637

444

= C=(CO)

135 - 1 ìỉ - D - benzen Cacboasuboxỉi

0=0

Tetracloetylen

ht-kđx

no2

D - Niiromeian

Bảng 5.12. Tằn số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

639

L565 1558

hd hỉ

NI12 C=C

R ni

ht - kdx ht - kđx

no2

6,55

I555 1529 1527

ch4

6.57

1522

ht - kđx

C=s

Melan Cacbon disuníìt

6,58

1520

Bcnzcn

6,60

1515

y ht

c=c

D- lÀtilen

6,63

1508

C1 12

6,65

1504

m R

bd-kdx

ch2 CllJ

Mctilen tlorua Fomandehit

6,42 6,43 654

6.69

hd-dx

6,71

1495 1490

6.72

1488

ht-dx bd

bd-kdx

y m

6,73

I486

6.76 6.77

6,78 6.79

1481 1479

1477

1475

Guanidine

ỉ)- Bcnzen Nilroetan Pỉrol

Xỉcloprupan

C1I2 Vòng

Etylenoxil

C112 CII3

Metilen í lorua Nitrometan

C1 ụ

1,3-Butadien

bd-kdx

ch3

c-c

Elan Benzcn

ht hd

CH3

Metylazil

C=C

Piridin

Cll3

Ị)- Metylancol

y bd

ch3

ỉ) - Bcnzen Metyl

hl-kdx

cn7

Ure

rn lh

bd-dx

Mctyl ílorua

bd-kdx

CH3 c:i I ’

hd-kdx

CII3

Mclyl florua

Propan Dimetylaxctilcn

m 6.75

Furan

6.80

1473 1471

6,81

1469

rm m

bd-kdx bd - kdx

6,82

1466

hd-dx, kdx

cll2.3 Cll3 Cl I3

hidx

Vòng

Pỉrol

B-N

Triborin triamin

Guanidoni /)-Melyl

Propỉlen

Dimetyl ete

6,84

1462

ht - kdx

6.85

1460

CN3 C1 í3

CII3

Mety lamin

1“ Butin

hd-kdx

CH2.3 ch3

CHj.3

6,86

1458

m Ih

6,87

1456

R R

hd-kdx

y. hd-kdx

bd-kđx

6,88

1453

CI-I3 C113

CH2.3 ch2

Metyl clorua

Nỉlroctan Metyl Lsoxianua Mctanol 1 Àianol

Etilen oxit

445

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

CH3

Melyl Lsoxỉanat

C1L CH3 CII^

Xiclobuian Nitromctan ư-Bulyỉen

cn;

Propìlen

6,90

1449

y -

6,91

1447

Ill

bd bd-dx, kdx bd-kdx bd bd-kdx

6,92

1445

CI12

bd- kdx

01 í3

Metyl bromua

bd-kdx

C113

bd-kdx

ch3

c= 0

Axetandehit Dimetyl sufua Piridin

ni tb

bd-kđx

CIÌ2

bd-kdx

C1I3

bd-kdx

Metyl xỉanua Melylaxeiilen

6,93

1443

6,94

1441

Ely len Metyl Iodua

6,95

1439

6,96

1437

CH3 ch3 cn'23 C113

Mctylazli

Nitroclan

6,97

1435

6,98

1433

bd-đx

ch2

A len

bd-kdx

0112

Xiclopropan

y rm

OII2

1,3-Butadien

Cll3

Azo - mclan

ch3

Axeton

m -

Cl-12

Metilen clorua

N114 C1I3

Amơnỉ nìtrat Mety lamin

6,99

7,00

1431 1429

7,02

1425

bd bd

7,05

1418

nh4

R -

ch3

Amoni sunfat Axelyl clorua

ch3

Axỉt axelic

ht-kdx

Pirol

y -

bd bd

7,06 7,07 7,08

7,09

446

1416 1414

1412

1410

ch2

Propỉlen

a-Bullion Metyl-lsoxỉanua

Axetandehit Amonl clorua Mctyl Lsoxianua

bd-đx

CH2.3 ch3

rni -

bd-kđx

CH3

N1I4 N=c=o

bd-đx

ch3

nh4

Amonỉ bromua Vinylaxctỉlen

y R

ch2

Axetamit

ch3

13,5-Tri-D-benzen

7,10

1408

C-C

Propionyl clorua

7,13

1403

ch2

11 DO

7,14

1401

D-O-II

Propylcn

7,15

1399

bd-đx

CI l3

Nitroetan

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

7,17

7,20

1395 1.391 1389

ch2

1387

l-’uran 1,3-Butadien

1383

bd hl-dx bd

CII3

7.23

IT) Ib Ib

bd-kđx

7.21

Cll

Niiromclan

hi - dx

NO,

ỉ)- Nilromeian

hi - dx

NO2

Pirol

hl-đx

ch3

R m

Cl k

I'lilcn oxii

bd-dx

ch3

bd-dx

C113

1 -lan Dimetyl axetilen

C113

Mciyl isoxianai

CI I3

Axil /9-axctic

7,19

7.24

7,25

L38I 1.379

CH2.3

6 Axctamlt A len Axií /9-axclìc

Axil axclic

7,26

1377

7,27

1376

C1 ỉ3

Mciyl xlanua

1374

R m

bd-dx

7.28

bd-dx

CIỈ3

l ù an

7,30

1370

732

1366

bd-dx hl - dx

ch3 N(^

Axetandehit Nitroctan

7.35

1361

hl-kdx

so2

Lưu huỳnh dioxit

7.36

L359

CH,

Axclyl clorua

7.38

1355

Metyl clorua

1351

N1I4 Clỉ3

Amoni nil rai

7.41

1349

Ixl

bd-dx bd

CII3

7.40

7.45 7.46 7,50 7.56 7,57

7.58

7.62 7.65 7.66

Mclylazil

('113

Axelamil

1342 1340

R Ib

Ixl - dx bd

C112 011

lìilcn

133.3

c= c

ỉ)- Bcnz.cn

1323

1321 1.319

bd-dx bd

CH3 CI U 3

Dimetylsunfua 1-Butin

hl-dx

1312 1307

ch3

Mciy lamin

ht-dx

Nơ,

Cll4

Cloroplcrỉn Melan

bd - đx

a I3

Mciyl bromua

cis-Dicloetilen Mcivlazil

1305

Mclanol

Niiropcoxii

7.67

1304

7.72

1295

7.73

1294

(N3) cn2

Ixl

a I2 3

(í- Bulilcn

hi bd

N=o

Axil nitric

CI1

Hidro sunfua Vinylaxelilcn

7.74 7,76

1292 1289

Mctllcn lìorua

447

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

7,77 7.78

1287

1285

mi tb -

7,80

1282

hl-đx

Propilen Nitrooxỉi

bcỉ-dx

nh2

Hidrazin

ht bd

CO ch2

Axil ax die Fomandehit

ND2

£)-Guanidoni

bd bd

CH 2

Propan

7,81

1280

Ill

7,82

1279

7.85

1274

bd-đx

CI12

7,86

1273

C11

7.87

1271

7.88

1269

7,90

1266

nil

(N3) Clí2

7,90 7,91

7,92 7,94

1266 1264 1263 1259

CH N=N = O

■

y hi

1 ’tanol 1,3-Butadien rrans-Dicloetylen Axit hidrazoic

Metylen clorua Axil axclic

y -

hl Ixl bd

Nitroetan

Cll2.3 ch"

hl-kđx

y -

CII3

1‘lilcn oxil Dimetyl sunfua

7,95

1258

y ht

7,96

1256

7,99

1252

bd-đx

8,00

1250

8,08

1238

8,14

1229

8,17

1224

y bd

8,27

1209

830

1205

rni

ht-kđx

ch2 co

Cll2.3 CH,

Axil D-axelic Furan

Metilen florua

Xidobuian Axil-/)-axciic rz-Butilcn Metyl iodua 1-Butin

£»2,3 CH

Pirol

ch2

Xiclobutan

£»2 ch2 CH

Propilcn Xiclobutan

CF,CCI

Clorotrifloromctan 1,3-Butadien Axeton

Clorolom

8,31

1203

C=C-C

832

1202

ch3

y -

bd bd

CH CH2

Piridin rrazis-Dicloetilen Xiclobutan

833

1200

836

1196

ch3

Melyl florua

838

1193

Metylazit

£»3 nd2

Z)-Guanidoni

bd kdx

nd3

/) - Amoniac

Benzen

8,40

448

1190

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

8,41

Ị189

8,47 8,48

8,49

hi - đx

c_ c

1181

CH.

1179

m R

bd bd

1178

CH, CH3

Xỉclopropan 1 'uran Mciyl isoxianat Dimetylete /)-Meianol

R Ib

CH?

cís-Dicloetilen Propan

D?o

Benzcn

8,50

1176

Axil ax die

854

1171

1170

CH3 c:i 1 ’

Meianol

8,55

bd bd

8,57

1167

CII2

8,58

1166

y -

ch2

Propỉlen

ND2

/)-lJre

Benzen

CN->

Urc

Cỉl2 cd;

Mclilcn clorua

£>3, £)-Axetandehit

CỈI3

Niiromctan

Axit hidrazoic

hi - đx bd

C1 l23 S()2’

Propan Liru huỳnh dioxit

ch2

F.lilcn oxit

ch2

Mulilen clorua

<s,59

1164

8,62

1160

8.64

1L57

bd ht-kđxl1)

8,66

1L55

8,66

1L55

8,67

1L53

8,68

1152

y -

bd kđx hd

8.69

1L51

Elan Fomandehit

8,70

1149

872

1147

hi-kđx

Freon

8,73

1145

Bcnzen

Nil

Pyrol

8.74

1144

(

m i (br)

8,80

1136

8,85

1130

c-c

y Ib

Pyridin

bd-kđx

CH,

CI12 ,

£>3, £)-Axetandehit Nilroctan Axetandchit

8.87

1127

Cll

8,88 8.89

1126

nii2

1125

8.9 1

1122

hi - kđx hi-kđx

CnO

Mely lamin Dimetylaxctilen Dimetylete

8.92

1121

nh2

Tricloaxetamil

8.93

1120

N = C=N

Xianamit

ch2

Elilcn ox it

y bd

NH?

Axeiamil

C1L,

Mclviazil

R 8,94

1119

449

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng cùa các chất (tiếp)

9,01

1110

ht-kđx

f2o

ht-kđx

Flo monooxít Azometan

ch2

Xiclobutan

Axetandehit

9,02

1109

9,03

1107

Clỉ3

Metyl Lsoxianat

9,04

1106

cd2

£)-Fomandehit

9,07

1103

CD3

/)-Etan

9,09

1100

% Ib

Nitroctan

txl

CH23 CH

13,5 - Tri - D - Benzen

9,10

1099

Tribozintriamin

9,12

1096

ch3

Nitrometan

hl-kđx

9,15

1093

9,17

1091

9,18

1089

9,24

1082

C-C-0

Etanol

Axit íomic

CF ốc CCI

Clorotriflometan

rm -

ht-kđx

c-c-c

Vinylaxetilen

/S X H D

1IDS

CF & FCCI

Freon

Hidrazin

c2n ^2.3

Dimetylamin

ht-kđx bd

y R

ht-kđx

9,25

1081

926 9,28

1080 1078

1-Butin 1,3-Diclobenzen

bd-kđx

cd2

D- EUlen

9,29

1076

Oxalyl clorua

929

1076

m R rm

Pyrol

932

1073

Furan

9r34

1071

ht-đx

c=c

Alen

cd3

D-Etan

y R

ht-kđx

CF & CCI

Flotriclomctan

c-c-c CD

Axeton D - Benzen

Piridin

c= c-c

Vinylaxetilcn

9,35

;

1070

ht-đx

y 9,42

1062

9,45

1058

y bd

C1I2

Xiclobutan

ch3

Metanol

cđ4

D-Metan

9,47

1056

9,49

1054

9,50 9,51

1053

ch3

Propan

1052

bd bd

CH2.3 cd3

Etanol

Cl U

952 9,54

450

ch3

Etllen Dimetylaxetilen

hí

Flometan

1050

1048

Í)-Nỉtrometan

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng cùa các chất (tiếp)

9.55

1047

9.56

1046

R -

hi hi

9,59 9,61

9,64

1043 1041

1037

5 cc

CN C1I

l-ty lamin Mcty lamin

Pirol

Cll, Cll3

Propilen Mctylxianua

Melyl isoxianua

CH3 co

/9-Meianol

CH,

Mctylaxelỉlen

bd bd

Cll3 c-c-c

Dimetylsunfit Piridin

Benzcn

ry -

9,67

1034

Melanol

9.70

1034

Cll2

A len

9.71

('()

Axil /)-fomic

9.72

1030 1029

hi-kđx

C?N

lon dimciylamoni

9.73

1028

ch2

Xidopropan

C-C-C

Piridin Dimetyl sunfua

9.77

1024

CIl3

9,78

1022

đx

ch2

Etilen oxil

9,80

1020

1,2-Diclobenzen

9,85

1015

CH,

Meiyl clorua

hi - đx

Cll

Guanidonỉ Pirol

c=c-c

9,86

1044

9,87

1013

9.90

1010

m -

bd bd-đx

CH 3

1,3 -Butadien Azomeian

1,4-Diclobenzen

Xỉdobutan CN2

Ure Niiroctan

hi - k dx

Tclraclociilcn

nh2

Axetamit

9.92 9,94

1008

hi - dx

1006

10.00

1000

10.01 10,03

999

Furan

997

hl-dx

cn2

10,04

996

cd4

D-Ưre /)- Mctan

C1I3

Propilen

995

y tb

lừilen

993

CH,L cc

10.05 10,07

10,08

992

10,10

999

1 ừan

Bcnzen

CD?i.

R -

£)-Fomandehit Piridin

bd-đx

Xidobutan

1,3-Diclobenzen

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

bd bd ht

11,78 11,79

849

848

11,83 11,85

845 844

R -

hi - kdx

11,86

843

ht-kđx

ht ht

11,89

841

11,93

838

12,00

833

y m -

12,05

830

12,12

825

1220

820

m m -

5 CH CH

1,2-Diclobenzen Benzen

NC-CN

Xianogen Photgcn

ca CCl = c=co

Cacbon suboxỉt Nỉtroetan

aopỉcrin

bd ht-kđx

Pyrol Flotriclometan

bd ht-đx

CD FO

133 “ I ri -ỉ)- benzen Florin monooxil

C1 i2

1,4-Diclobenzen 1 ’ tilcn

trans-

Clí2

A len

CH3

Etan

hi bd

ca CD

1,2 và 1,3- Diclobenzen I) - Benzen

cci

816 815

Nil

Hidrazin

12,29

814 8L3

bd bd

Cll23

Etanol D-Benzen

812

m -

CD NO

Axetoxim

0 / X c - c CCI4

y -

bd ht-kdx

ht-đx

(Nj) CF ốc cci

ITO

ht-đx

CCI2

12,82

782 780

12,92

774

y bd

CD2 nh2

ht-kđx

1238

808

1235 12,66

797

12,77

783

1279

790

•

trans-

1225 1227 1230 1232

452

12,99

769

m th -

1.302

768

ht-k đx

13,11

763

m m

13,16

760

y ht-kđx

Etilenoxil Cacbon tetraclorua

Melylazil

Clotniiometan Tetracloetilen D - EUlen Mety lamin

C-C-C

Axeton

CCI

1,3-Diclobenzen Cacbon tetraclorua

bd NH & CH CH

Pyrol Furan

Clorofom

CH3 Â

Axetandehit

trans - Dicloetilen £>3, Z)-Axetandehit 1,3-Diclobenzen

13,19

758

1325

755

cd3

1333

750

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

13.35

749

Ixl - kdx

NI)

txl Ixl bd

NIUX. CH,

13.37

748

1339 135 1

747

y R -

740

5 D- Amoniac Hidrazin

ITopan Piridin

txl txl

ch2

Xiclopropan

1,3-Diclobenzen Axit Hidrazoic

13.54

739

1X1

13.5(> 13,57

738

hl - kdx

(N3) CCI

737

rrn

hi - kdx

(Xì

Meiilen clorua

13.66

732

(Xì

Cloroloni

13.70

730

CCI

Xianogcnclorua

1x1

D-Cloroíix’

1,4-Diclobenzen

= C11

Axelilcn

cd2

l'uran l) -1 ừỉlen Triborintrỉamin ('loropicrin

13,72 13.79

729

txl

725

txl-dx

1.3,89

720

txl

13,95 14,04

717

712

14,05

712

1X1

Hidroxianua

txl

co2

D-ỉừilcn

hi - kdx

CCI

c/5-Dicloetilen

R (b

Ixl Ixl

Pyrol

('11

c?s

Pyridin Dimetyl sunfua

704

ht - dx

CCI

Melylen clorua

697

ht-dx

Dimetylaxetilen

14.41 14.47

694

111

Ixl

cc C / ỉ1 C1

691

txl

cA-Dicloetilen 135 - Tri -D- benzen

14,60

685

ch2

Etilcn CKlt

ht - dx

C2S

Dimetyl suntủa

CH & CD

CIO

C2DH Clorinmonooxỉt

14.06

14.08

14,16 14.20 14.34

14.64

14,71

711

710 706

683 680

txl

ht-dx

txl

14.75

678

txl

1,4-Diclobenzen Vỉnylaxetilen

14.90

671

Ill

Benzen

14,92

670

Ixỉ Ixl

14,95

669

14,99

667

ht-dx

CCI

15,06

664

y -X

Pyridin Clorofoc

hi-đx

Cl ' & CC1

Freon

15.12

661

15.20

658

15.22

657

111

(N3) cs

D- Benzen Axit hidrazoic

1,3-Diclobenzen

1 Aylmecaptan

453

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

454

15,24

656

hi-đx

15,29

754

1534

652

c=s

Cacbon disunfua

(N-0 N = c=o

Mclylaz.it

bd Ixl lxl-dx

c-c-c ('('1

Meiyl isoxianat Pyridin

15,36

651

hl-đx

15,38

650

15,43

648

nì

Ixl

NO.

Nitro peoxit

15,46

647

txl

no2

Nỉtromcian

15,53

644

15,58

642

CsC-11 0=0-11

Diaxetylen Mctylaxctilcn

D-Oloroíom

1,2-Diclobenzen

15,60

641

bd hi

15,80

633

15,82

632

CsC-il NO.

15,90

629

Nlỉ

15.95

627

16.03

624

Ixl txl Bll

1- Butin

1,4-Diclobenzen 1- Pent in

D-Nitromctan Mely lamin Xiclohutan

1 ìiran

16,07

622

Ixl

16.13

620

Ixl

16,21

617

Ixl

1630 1635

6L3

Ixl

612

NŨ2 0=0-H

16.37

611

CBr

16,47

607

Ixl

N=C-O

Metyl bromua Metylisoxỉanal

1631 16,64

606

Benzcn

601

m R

bd txl

16,66

600

1X1 Ixl

16.68

600

Ixi

ON.£ cc 0-N=N-C

16,70

599

16,80

595

Ixl Ixl

16,90

592

Ixl

16,95

590

coi

133 -- '1 ri - ỉ) - benzcn Axetyl clorua

16,98

589

N-N-O

Nitơ oxit

17,04

587

17,06

£)-Hidroxianua Oacbon suboxll

17.24

586 580

bd Ixl bd

0D.

17,30

578

0=011.

/9—lùilcn lYopilcn

17,34

577

Ị)- Bcnzen

17,36

576

ht-đx

CCI

Phot gen

Triboiinưiamin

rrarts-Dicloetilen

Vinylaxelilcn

no2

Nỉiroetan Axetilen

D - Etan Urc Pyridin Azometan Nitromctan

Xiclobutan

0=0

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc tru ng của các chất (tiếp)

17,54

570

ni tb

Ixl

CĐ; Nil

ã.s-Dicloetilen

£h,£)-Axetandehit Pyrol

17,7

565

17,8

562 560

R -

bd bd

Axetamỉt Clotriflometan

NO.

D-Nỉtrometan

183 18,5 1835 18,65

546

y -

C-C-C

541

Axeton 1-2& 1,3-Diclobenzen

539

rrn

18,7

535

17,86 ì

Ixl

536 m

18,75

533

ẽN(

CF,CCI

ht-đx bd

D- Axetilen Guanidonium

lìotriclometan Vinylaxetilen

133 - Tri - D - benzen

Metyl iodua

BN 0=0 = 8

Trỉborin triamỉn

bd bd

c=c-c=c

1,3-Butadien Lưu huỳnh dioxit CjHD

y ht

19,05

525

19,2

521

19,25

520

so,

Cacbonoxisuní ua

1930

518

1X1

19,4

515

19,6

510

Axetandehit Pyrol

19,75

506

C=N

Xianogen

19,8 20, L5

505 497

c=(

D- Axetilen

01)

/) - Benz.cn

20,4

490

m -

Florin monooxit

20,6

485

•ht

1'2° CO

20,8

481

- ■

bd R

txl

Trỉcloaxetonitrin

CF,C( :i

Clotrỉílometan

20,9

478

£h,Z)-Axetandehit

21,0

476

no2

21,75 22,0

460

ht-dx

CCI

Niưometan Cacbon tetraclorua

223 22,4

448

223

CF,CC1

txl

Freon Diaxetilcn

446

ht-đx

CCì

Tetracloetilen

444

455

c=o

Photgen

NƠ2 cc c-c 01

Cloropicrỉn ư - Butilen

22,7

441

22,9

436

23,0

435

CCÌ

Propionyl clorua

CF.CCI

Freon

c-c-0

Etanol

23,1 232

433 431

Ị

Axetyl clorua

455

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

23,5 23,6 23,9

426

c-c=o

Axetandehit

424

bd bd

NO.

418 417

bd bd

C-C=o

D-Nìtromelan £h,D-Axetandehit

C=C-C

Propỉlen

C-C-N

R tb

C^N

Etilamìn Dimetylamin ì nborintriamln Dimetylete

24,0

24,1

24,15

414

CọO

243

412

C^N X

lon dỉmetylamonỉ

24,6

407

24,7 24,75 !

405

c/s-Dicloetilen Pyridin

404

R R R

Bcnzen

252

397

txl

CF,CCI

1 ìotriclometan

25,25

396

s=c=$

Cacbon disunfua

253 25,9

395 386

bcl

CI-C=N

Xianogen clorua

bd-kdx

ca2

Tctracloetilen

263 26,7

380

C-CsN

Mctyl xlanua

375

Dimetylaxetilen

26,7

375

Propan

txl

R -

bd ht-đx

CH,CD

Pyridin L,3r5 - Tri -D- Benzen

CC13

D-Clorofoc

bd-dx

Clorotriflometan

263

373

273 273

367

28,2 283 28,6

Gorofom

355

353

CC13 CF,CCI c=c= c

A len MetylLsoxianat

Ixl

CF,CCI

lìoiriclomeian

txl

ca c-c-(

rrans-Dicloetilen

Meiylaxetilen

364

350

Axciyl clorua

28,7

348

293

336

c=c-c A

29,9

334

30,0

333

bd bd

ch3

Propan

30,1

332

ca2 c-c-s

Tetracỉoetỉlen

303

330

R -

bd bd bd

CIO

31,25

320

32,8

305

txi

CC12

c=o

333

456

4L5

300

F, cci2

Axetoxỉm

Elylmecaptan Clorin monooxit Freon Cacbon tetraclorua

Photgen

Bảng 5.12. Tần số hồng ngoại đặc trưng của các chất (tiếp)

1X1 Ixl

c=o C-N = C

Meiyl isoxianua

ca2

Metylcn clorua

34.5

290

35.3

283

36.4 37.0

275 270

Ixl hd

CH, Oil

1 ’lun Mctanol

38.2

262

m -

txl

Ixl - kđx

ca2

D-Ck)rofom

260

/C X OI r.cci2

1 icon

1x1 -kđx

CC13

Clorolom

38,5

38.6

259

Ixl

Mctylazil

40,1

249

C1;,CCI

lìoiriclometan

42,2

237

CCI2

Tciracloctỉlen

42,9

233

bd-đx Ixl

C11,

43,3

231

Me ty lamin Diaxetilen

44.25

226

NC-CN

Xlanogen

45.9

bd 1X1

c:a

Cacbon tctraclorua

46.9

218 213

50.0

200

CD,

Ị)- Han

txl

('II,

Propan

Dimetylaxetilen

c X. 57.8

173

txl

6 l,3 68,9

163

C-CN

143

cís-Dicloetilen

Tricloaxctoniinn

1X1

Xỉclobutan

Chú thích:

ht - hóa trị; bd - biến dạng; đx - đối xứng; kđx - không đối xứng; m - mạnh; rm - rất mạnh; trung bình; y - yêu; R - phô Raman. Bảng 5.13. Phổ hồng ngoại của các nhóm chức trong hợp chất HC

Nhóm chúrc

Functional Group

o—H nh2

C —H c —H C=N

c=c — COOR COOH

c=o conh2

c=c — </>—O—R R—o—R

Aliphatic and aromatic Also secondary and tertiary Aromatic Aliphatic Nitrile Alkyne Ester Carboxylic acid Aldehydes and ketones Amides Alkene Aromatic Aliphatic

Wavenumber, cm-1

Wavelength, ^mi

3600-3000 3600-3100 3150-3000 3000-2850 2400-2200 2260-2100 1750-1700 1740-1670 1740-1660 1720-1640 1670-1610 1300-1180 1160-1060

2.8-33 2.8-3.2 3.2-33 33-3.5 4.2-4.6 44-4.8 5.7-5.9 5.7-6.0 5.7-6.0 5.8-6.1 6.0-6.2 7.7-85 8.6-94

457

Bảng 5.14. Vùng phổ hồng ngoại của một số dung môi

-- À. ill.

1 IẰ ■ 1

Ateton A xetonitrin •

Benzen aor o foe

---------- J

Đietyỉete

~ ■

1 ■

——

Didomeion

Axit N>N-dimefyt fornic ..

DimetylỉunPit

------- —-

DÌOX.ƠH n - Hexan

Parafin ( Nujol) Poll (dolrifloetan)

Piridin Cacbon bisunfif

ĩetrơdoetơn

Cacbon teỉradorua Tetra hiđro furan

Tolưen

____

2000

Bảng 5.15. Vùng hồng ngoại một số dung môi thông dụng

Wavelength, gm 1.0

458

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

Bảng 5.16. Vặt liệu hồng ngoại và UV-VIS

ưv ~

V1S

<------ —*---- —------- *

Vùng sóng Irong suôt phố ợúa cốc VẠI li<

LiF

Fused silica or qiuartz

Corex glass

I1 L r

Siliợate glass NaCl

Agjci

1 1

KBr

1 1

KRS-5; TIBÍ-TII

100

200

400

700

1000 2000 4000 Wavelength, nm

7000 10,000 20,000 40,000

Bảng 5.17. Tần số hồng ngoại nhóm -NƠ2 trong nhân phenyl

Tân số nhóm NO2 của X — Nhóm the X N(CH3)2

aNO2

1489cm -1

> -no2 vsNO2

1316cm“ 1

nh2

1504

L333

1515

1342

och3

LS17

1342

ch3

L517

1344

1526

1343

1532

1345

cooch3

1535

1348

COOH

1541

L351

1524

L348

no2

L560

1344

1530

1350

459

Bảng 5.18. Tần số hồng ngoại của nhóm c=o và c=c (trong các hợp chắt khác nhau: Mạch vòng và thẳng)

Tan số dặc trưng C-0 và c=c cùa andehìl

Hợp chất

vc=c

vc = o 1705 (lòng) 1722 (hơi)

C6H5-CHO

00^°

1700 1703 1702

ch2=ch-cho

CH2=Ọ-CHO

1620

1638

ch3 ch3-ch=ch-cho

CH3-(CH=CH)2-CHO CH3-(CH=CH)3-CHO

CHj-(CH=CH)4-CHO CH3-(CH=CH)5-CHO

ỊTy~(CH= CH)n-CHO oz

% Hz

1664 /1=1: 1677 /1 = 2 : 1677 /1 = 5 : 1671

1644 1642 1615 1592 1570 1628 1615, 1608 1558, 1608

1680

1549, 1614

1700(1685) 1677 1674 1673

1692

HOC-CHO

Bàng 5.19. Tần số hồng ngoại nhóm hợp chất nitro Tàn số háp thụ đặc trưng của dán xuất nitro 1 lợp chất

fsN02

CI13NO2

1567

1379

917

rch2no2

1555

L375

876

851

r2chno2

L553

1361

r3c-no2

L536

1350

RCHX-NƠ2 RCX2-NO2 RCH(NO2)2 RjCtNofk

L575

1348

848

1587

L332

1582

L333

L572

L326

1538 - L548

L357 - L377

- c =ch -ch3

L555

1376

NO2 ch3 CH =c - Cl i2 - Cll3

L548

1359

15 L3

1337

1550

L363

(CH^H-NÍ^ ch2

no2 ch3

ƠNO;

460

Vc-N

*'aNO2

Bảng 5.20. Tần số hồng ngoại hợp chất phức thiocyanat kim loại

Hợp chất

p(CN)

p(CS)

v(NCS)

KINGS]

2053

748

486, 471

(Et4N)3|Cr(-NCS)6l

2078

483

(Et4N}JCư(-NCS)4J

2065

844,838

481

O:.t4N)4[Ni(-NGS)J

2112, 2103

828

470

(Tit4N)2|Zn(-NCS)4] (Et4N)Jzn(-SCN)4|

2072

837

482

2112, 2109

698, 694

465, 433

429,418 (El4N)[Au(-SCN)4] (Et4N)2]Pt(-SCN)j

2127

695

454,415

2120

692

461,475

418,415

5.4. PHỔ HUỲNH QUANG Bảng 5.21. Một số thuốc thử huỳnh quang của Cation

Thuốc thử HQ

Luminol

2 3 4 5 6

Lophine Pyrogallol Galic acide Lucigemine Bis(2,4,6-trichlorophenyl)oxalate Bis(2,4,6-trichiorophenyl)oxalate + perylene Calcein Morin Salicylic acideo-aminophenol Lumogallion 3-Hydroxy-2-naphthonic acide 8-Hydroxyquinoline Benzy-2-pyridylketone2-pyridylhydrazone

7 8 9 10

11 12

13 14

Cation phàn tích

AI(III), Cd(II), Co(II), Cr(III), Fe(II), Mn(II), Ni(II), Pb(II), Zn(II) Co(II), Cr(III), Cu(II), Co(II) Co(II) Co(II) Cr(VI)

V(V) Ca(II) Al(III), Be(II), Th(IV), U(IV) Al(III), Be(II)

Al(III) AI(III), Be(II) Al(III) Cd(II)

461

Bảng 5.21. Một số thuốc thử huỳnh quang của Cation (tiếp) 15 16

17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

p-Tosyl-8-aminoquinoline Benzamido(p-dimethylbenzy -lidene)-acetic acidc l-(2-Pyridylazo -2-naphthol Pyridene-2-aldchyde-2-pyri-dylhydrazone 4- eosin 2,2-Pyridine ketone azine Rose bengal + 1,10-phenanthroline Eosin 4- 1,10-phenanthroline 3-Hydroxyflavone Carminic acide 3-Hydroxychromone Superchrome garnet Y l-Amino-4-hydroxyanthraquinone Rhodamine B 4- acide benzoic Benzothiazoylmethane 2-(4-Mcthyl-2-pyridyl)-5(6) -phenylbenzimidazole 2,2’-Mcthylenc dibenzenthiazonle

Cd(II) Co(II) Co(II), Ni(II) Co(II) Cu(II) Cu(II)

Fe(II), Hg(II), Mn(II), Ni(II) Sn(II) Mo(VI), VV(VI) Sn(II) Th(IV) Th(IV), V(V) U(IV) Zn(II) Zn(II)

Zn(II)

Bảng 5.22. Một số thuốc thử huỳnh quang của anion

462

No 1

bo2'

2 3 4

C1O4' OCI' CN‘-

5 6 7 8

Cr2O/ Fb I' *NO,

NOj1’

PO/

11 12 13

s2so/

Anion PT

SiOj2’

Thuốc thử HQ Morin Benzoin Hydroxy-2-methoxy-4-chloro-4’-benzophenone Amiloride hydrochloride Fluorescein LeucoFluorescein+Cu(II) Homovanillic acid 4- H2O2 Pyridoxal Safranine T Calcein blue 4- Zr(IV) Ce(IV) 4- As(III) 2-3-Diaminonaphthalene 2,2’-Dihydroxy-4-4’-dimethoxybenzophenone Resorcinol *Dianiinonaphthalcne 2,3 5-Aminofluorescein 2,6-Diaminopyrỉdỉne Resorcinol Rhodamine B 4- phosphomolipdate Thiamine + phosphomolipdate * Quinine. phosphomolipdate NADPH Fluorescein mercuriacetate Calcein blue * Zr(IV) Carminic acide + phosphomolipdate Benzoin 4- mannitol

Bảng 5.23. Đặc trưng huỳnh quang của một số thuốc thử

Substance

Conditions

^ex

^•em

Sensitivity (p.p.m.)

Actinomycin D N-Allylnormorphine Antimycin Aspirin Atropine Chloropromazine Codeine Digitalis Epinephrine Estrogens LSD Morphine Penicillin

H2O2-OH“ pH 1 pH 7-9 HOAc-CHC13 Eosin Y pH 11 pH 1 HCl-glycerol Ferricyanide pH 13 pH 7 Ferricyanide 2-Methoxy-6-Cl9-(/3-aminoethyl)aminoacridine pH 13 pH 11 pH 1 pH 13 pH 3-10 pH 11 pH 1

370 285 350 280 365 350 285 350 365 490 325 250

420 355 420 335 556 480 350 465 495 546 365 440

0.10 0.10 0.10 0.01 1.0 0.01 0.1 0.1 0.002 0.1 0.002 0 1

365 265 275 350 366 275 390 270

540 440 345 450 445 350 515 360

0.05 0.5 0.01 0.002 0.10 0.10 0.02 0.01

Phenobarbital Procaine Quinine Streptomycin Sulfanilamide Tetracycline Yohimbine

Bảng 5.24. Các dung môi huỳnh quang

Wavelength of Fluorescence, nm

Relative Intensity of Fluorescence

C6H6

270-310

270-320

Propylbenzene

C6HsCH, C^CjH,

270-320

F'luorobenzene

C6H5F

270-320

Chlorobenzene

C6HsC]

275-345

Bromobenzene

QHjBr C6H5I

290-380

Iodobenzene

—

Phenol

c6h5oh

285-365

Phenolate ion

QH5OQH5OCH,

310-400

285-345

Aniline

QHsNH2

310-405

Anilinium ion

c6h5nh/

—

Benzoic acid

C6H5COOH QH5CN C6H5NO2

310-390

280-360

Compound

Formula

Benzene Toluene

Anisole

Benzonitrile Nitrobenzene

463

Thiamine (nonfluorescent) (B1) không có tính HQ

Thiachrome (fluorescent) Thiochrom CÓ HQ

Hình 5.7. Vitamin B1 và Thiocrome

Hình 5.8. Phổ huỳnh quang của phức Nhôm-Alizarat

464

Hình 5.9. Phổ huỳnh quang của thuốc Tetracylin

Hình 5.10. Phổ huỳnh quang của Anthr racene

465

Wavelength, nm

Hình 5.11. Phổ huỳnh quang của Quinine-sulfat

5.5. PHỎ KHỐI LƯỢNG PHÀN TỬ Bảng 5.25. Các mảnh khối m/z chính và phụ của 100 HCBVTV (cho phu’O’ng pháp GC/MS xác định các HCBVTV trong đất)

STT

Tên chất

t (phút)

Mảnh chính

Mảnh phụ

Alachlor

12,064

188

160, 146

Aldrin

13,357

263

265, 293

Benalaxyl

19,780

148

206, 234

HBC-alpha

9,881

219

181,109

HBC-beta

10,341

182

219, 109

HBC-gama

10,441

109

109, 181

Bifenthrin

23,118

181

166

Bitertanol

27,325

170

112, 141

Bromacil

12,790

207

164, 190

Buprofezin

17,224

105

172, 305

Cadusafos

9,674

159

127, 305

Captan

14,938

149, 117

Carbofenothion

19,919

157

342, 199

Chlordane-cis

15,959

373

377, 272

Chlordane-trans

15,461

373

272, 237

Chlorfenapyr

17,626

247, 408

Chlorfenvinphos

14,690

267

323, 295

Chlorobenzilate

18,333

251

139, 111

466

Đảng 5.25. Các mảnh khối m/z chính và phụ của 100 HCBVTV (cho phương pháp GC/MS xác định các HCBVTV trong đất) (tiếp)

Chlorpropham

9,413

127

213, 171

Chlorpyriíos

13,218

197

314, 258

Chlorpyriíos-methyl

11,874

286

125, 199

Cyílutrin

28,569

163

226, 206

Cyhalothrin

25,481

181

208, 180

Diazinon

10,692

179

137, 304

Dichlofluanid

12,953

123

224, 167

Dichlorobenil

7,131

171

173,136

Dichlorvos

6,379

109

185, 145

Dimethenamid

11,735

154

230, 203

Dimethipin

10,323

118

124, 76

Diniconazole

18,470

268

281,232

Dithiopyr

12,401

354

286, 237

Edifenphos

20,060

173

109, 310

Endosulfan-alpha

15,459

241

195, 265

Endosulfan-beta

15,961

241

195, 265

Endosulfan-sulfate

20,065

272

387, 229

Endrin

17,863

263

265, 245

EPN

22,841

157

185, 141

Esprocarb

13,005

222

162, 91

Ethion

18,768

231

153, 97

Etrimfos

11,074

292

277,181

Fenamidone

23,448

238

268, 281

Fenitrothion

12,737

277

125, 260

Fenobucarb

8,796

121

150, 207

Fensulfothion

18,350

293

308, 141

Fenthion

13,360

278

169, 125

Fipronil

14,447

367

369, 213

Fludioxonil

16,551

248

127, 182

Flusilazle

17,176

233

206, 165

Flutolanil

16,445

173

281, 145

Folpet

15,147

260

295, 262

Hexaconazole

16,485

214

234,175

Iprobenfos

11,135

204

91,123

Isoprocarb

8,454

121

136, 103

Isoprothiolane

16,626

118

162, 189

Kresoxim-methyl

17,331

116

206, 131

Malathion

13,011

125

'173, 158

Mepanipyrim

16,086

222

223, 111

Methidathion

15,405

145

85, 125

Methoprene

15,334

111,153

Metolcab

7,945

108

106, 90

467

Bảng 5.25. Các mảnh khối m/z chính và phụ của 100 HCBVTV (cho phương pháp GC/MS xác định các HCBVTV trong đất) (tiếp)

Mevinphos

7,668

127

192, 109

Molinate

8,546

126

187, 98

Myclobutanil

17,052

179

150, 206

Napropamid

16,303

128, 100

O,p’-DDD

17,135

235

281, 165

O,p’-DDT

18,755

235

165, 199

Oxadiazon

16,983

175

258, 302

Parathion

13,350

291

139, 109

Parathion-metyl

12,041

263

125, 109

Penconazole

14,535

248

159, 213

Pendimethalin

14,312

252

191, 162

Pemerthrin

27,547

183

163, 127

Phenamiphos

16,286

303

288, 154

Phosalone

24,555

182

367, 121

Pirimicarb

11,269

166

328, 72

Pirimiphos-ethyl

13,941

318

333, 304

Pirimiphos-methyl

12,658

290

305, 276

pp-DDD

18,681

235

236, 165

pp-DDE

16,887

246

318, 176

pp-DDT

20,406

235

165, 199

Prelilachlor

16,635

238

262, 202

Probenazole

12,867

130

159, 103

Procymidone

15,005

238, 67

Proíenophos

16,739

339

374, 208

Prometryn

12,348

241

226, 184

Propanil

11,789

161

217, 162

Propoxur

8,993

110

152, 81

Piridaben

27,726

147

117, 309

Pyridaphenthion

22,430

340

199, 188

Quinozene

10,439

237

249, 295

Tebuconazole

21,063

250

125, 163

Terbuphos

10,519

231

153, 186

Terbuthilazine

10,579

214

173, 130

Tetraconazole

13,563

336

171, 101

Thiobencarb

13,277

100

257, 125

Tokuthion

16,554

309

267, 162

Tolclophos-methyl

12,074

265

250, 125

Tridimethol

15,332

112

168, 128

Triíluralin

9,397

306

264, 290

100

Vamidothion

15,957

145, 109

468

Điều kiện chạy GC/MS Hệ máy GC/MS Shimadzu Model 2010/MS

- Nhiệt độ nguồn ion: 260 °C - Nhiệt độ bộ kết nối: 280 °C - Chế độ Scan theo m/Z:

+ Bắt đầu ở 50 4- Kết thúc ở 700

+ Tốc độ quét 1420 m/z

- Chế độ SIM: + Dùng mảnh chính đế PT-ĐL

+ Dùng mảnh chính và phụ đê PT-ĐT - Thời gian lưu và các mảnh được chi ra trong bảng trên.

Bảng 5.26. Các điều kiện kết nối HPLC/ICP-MS và GC/MS định dạng thiếc (Sn)

Các diều Kiện gtiép nổi ICPMS Parameters Used (đụil» ãạne Sn)

Interface cones

HPLC ICP-MS Platinum

GC ICP MS Platinum

Plasma gas flow

14.5-14.9 L mill1

14.5-14.9 L min’1

Carrier gas flow

0.65-0.75 L miiv1

0 80-0.85 L mill-'

Make-lip gas flow

0.15-0.25 Linin'

Not used

RF power

1350-1550w

1100-1200W

Sampling depth

4-7 mm

6.5-7.5 mm

Integration time per mass

300 ms

100 ms

Isotopes monitored

,MSn "’Sn ,MRh

'“So "«Sn "’Sn

Other parameters

ICP torch injector diameter. 1.5 mm Peltier cooled spray chamber at -5 °C 5% 02 added post-nebulization ShieIdTorch fitted

5% N2 or 02 added to enhance sensitivity ShieldTorch fitted

469

Bảng 5.27. Chu trình thuỷ ngân (Hg) trong tự nhiên

470

MỌT SỐ THIẾT BỊ MINH HỌA

AB SCIEX

ABSCIEXQTRAP 5500

Q0: truyến dẫn ION, 3 tứ cực Q1: quét ion bố mẹ Q2: Qurved Linac Collision Cell Buóng va chạm; Q3: với còng nghệ bẫy ION Linear Accelerator™ TRAP

ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT

ỨNG DỤNG

- Quétđẩyđủ: MS, MS/MS, và MS3

Định danh dẫn xuất, phát hiện và xác nhận thuốc bảo vệ thực vật hàm lượng thấp, định lượng protein/peptide để xác minh đặc trưng sinh học.

- Tốc độ quét: 20,000 Da/giâỵ.

- Thực hiện quét nhiều MRM cho phân tích định lượng sửdụng hệ3tứcực độ nhạy cao.

MÁY PHỔ KHÓI TRIPLETOF 4600 ĐẶC ĐIẾM NỎI BẢT - Độ nhạy cao nhất. - Easy Mass Accuracy không cần hiệu chuẩn lại.

- Lưu lượng sửdụng cao với MPX™-2. ỨNG DỤNG

- Dẫn xuất dược phẩm, cấu trúc chức năng protein, dẫn xuất và lipid trong tế bào. - Phát hiện những hợp chất chưa biết trong thực phẩm, môi trường, chất độc phápy.

group

ISO 9001

- 3 Tứ cực Qjet tập trung ions - Ql: lọc khói - Q2: buồng va chạm khí

2008

Đé biét thêm chi tiẽt, vui lòng truy cập Website: www.sisc.com.vn I www.perkinẹlmẹr.com

471

l> For the

MÁY PHỔ KHÓI Q-TOF sử DỤNG VỚI CÁC HỆ SẮC KÝ CLARUS® 580/680 - PERKIN ELMER

MSMS AxlON iQT. Nguón El, bộ 3 tứ cực: QO - lái ion theo góc 90° Q1 - tứ cực, lọc khối - lọc có lựa chọn lon quan tâm Q2 - buồng va chạm khí Argon

lon phản xạ trong bộ phận thời gian bay (TOF)

group

ISO 9001 : 2008

Đế biết thêm chi tiết, vui lòng truy cập Website: www.sisc.com.vn I www.perkinelmer.com

472

Perkin

For the Better

Flexar SQ 300 MS MÁY PHÓ KHÓI MỘTTỨcực (QUADRUPOLE)

Sơ đó đường đi cùa máu trong SQ 300 MS: 1 - Sử dụng đáu phun ESI-kép hoặc APCI 2 - Hexapole tập trung, dãn truyến ions 3 - Tứ cực phân tích (Mass analyzer)

ỨNG DỤNG

Thiết kê để ghép nối với HPLC và UHPLC

group

ISO 9001

2008

www.sisc.com.vn I www.perkinelmer.com

473

Perkin

For the Better

MÁY PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ LAMBDA 850 UV/VIS ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT

- Vùng phổ: 175-900nm - Độ phân giải: < 0.5 nm - Hai buồng xét nghiệm mẫu lớn. ỨNG DỤNG

Trong nghiên cứu về chống nắng, tính chất phản xạ của màn hình phẳng, bề mặt sơn, đặc thù về phản xạ và dẫn truyền của thủy tinh và pin mặt trời. UV’Vis •---------------------------------

175 nm

900 nm

LAMBDA 25-35-45 UV/VIS

LAMBDA 25

ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT

- Vùng phổ: 190 nm -1100 nm - Độ phân giải: 0.5 nm - Khe đo: 1 nm (cố định) ỨNG DỤNG Phân tích chất lỏng, ứng dụng trong dược điển và những kiểm nghiệm thông thường (phân tích rutin UV/Vis)

group

LAMBDA 35 ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT - Vùng phổ: 190nm-1100nm - Độ phân giải: 0.5 nm - Khe đo: 0.5 nm-4 nm (thay đổi) ỨNG DỤNG Đo mẫu lỏng, rắn, bột và bột nhão, những kiểm nghiệm thông thường yêu cầu khe đo thay đổi.

LAMBDA 45

ĐẶCĐIỂMNỔIBẬT - Vùngphổ:190nm-1100nm - Độphângiải:0.2nm - Khe đo: 0.5 nm-4 nm (thay đổi) ỨNG DỤNG Đo mẫu lỏng đục và tán xạ ánh sáng như dung dịch sinh học và huyền phù. Nghiên cứu động học

ISO 9001 : 2008

www.sisc.com.vn I www.perkinelmer.com

474

Perkin

For the Better

MÁY PHỔ HÓNG NGOẠI FT-IR SPECTRUM TWO VỚI UATR (SINGLE REFLECTION DIAMOND) ĐẶCĐIỂM NỔI BẬT

- Phần mém phân tích, xử lý dự liệu ưu việt Compare™ - Hệ giao thoa Dyna Scan không bị ảnh hưởng nghiêng, trượt.

- Tính năng AVCtựđộng bù trừ tín hiệu hấp thụ của co2 và nước trong không khí. ỨNG DỤNG

Hóa học, hóa dầu, y dược, nông nghiệp,thực phẩm...

Hê thóng tích hợp TG-IR-GC/MS thích hợp cho những phân tích hỗn hợp chưa biết thành phẩn để xác định nhửng thành phần chú yếu và nhận diện phu gia cũng như nhiẻm bấn. (từ trái qua Clarus GC SQ8-MS, FT-IR Spectrum two,TG pyris 1 TGA)

group

ISO 9001 : 2008

www.sisc.com.vn I www.perkinelmer.com

475

Perkin

For the Better

MÁY PHÓ KHÓI THỜI GIAN BAY: AxION 2 TOF MS

Nguổn lon ESI và APCI có thể thay đổi các đấu phun tùy thuộc

vào những ứng dụng cụ thé

ESI, APCI

CID

TrapPulse

ĐẶC ĐIỂM NÓI BẬT

ỨNG DỤNG

- Khoảng khối: 18-12.000m/z.

Sử dụng cho các hệ sắc ký trong các ứng dụng vể môi trường, pháp y, nhận diện dẫn xuất, an toàn thực phẩm, thực phẩm chức năng, phân tích thoái biến sản phẩm và đánh giá mức độ nhiễm bẩn.

- Tốc độ truy suất tối đa: 20.000 phổ/s. - Bộ phận CID(Collision-lnduced Dissociation) điều biến sự phân mảnh ions,TrapPulse tập trung nhóm tụ ions trước khi tăng tốc ions vào óng "bay" (flight tube).

group

ISO 9001 : 2008

www.sisc.com.vn I www.perkinelmer.com

476

Perkin

For the Bet

MÁY QUANG PHỔ PHÂN TỬ LAMBDA 1050 UV/VIS/NIR ĐẶCĐIÉM NỔI BẬT

- Vùng phổ: 175-3300 nm - Detector Photomultiplier R6872 cho dải sóng UV/Vis. Kết hợp với detector Peltier-cooled InGaAs hiệu năng cao. - Độ phân giải UV/Vis: <0.05 nm - Độ phân giải NIR:< 0.02 nm ỨNG DỤNG Đo lường vật liệu quang học bao gồm cả kính hiệu suất cao và chất phủ.

LAMBDA BIO AND BIO+ UV/VIS

ĐẶC DIÊM NỔI BẬT - Vùng phổ: 190-1100nm

- Thang đo:-0.3 to 2.5 A - Kheđo:0.5%TỞ220và340nm - Mẫu:dạng lỏng (dung dịch) - Thiết kế nhỏ gọn, thời gian khởi động nhanh chỉ 3 giây, hệ thống quang học chia tia, mang lại độ ổn định cao cho xét nghiệm. ỨNG DỤNG Sử dụng trong phòng thí nghiệm vể khoa học đời sống ở đó yêu cầu những thiết bị để xác định độ tinh khiết và nồng độ của axit nucleic, nồng độ protein và đo mật độ tế bào.

group

ISO 9001

2008

www.sisc.com.vn I www.perkinelmer.com

477

Perkin

For the Better

MÁY QUANG PHỔ HUỲNH QUANG MODE LS-55

ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT

ỨNG DỤNG

- Nguồn sáng bằng Xenon kích thích chính xácvàổnđịnh.

Nghiên cứu khoa học, phân tích mẫu: hóa học, sinh học, bệnh viện, thuốc, dược phẩm, môi trường, nông nghiệp dược phẩm, đổ uống,enzym,thúy,công nghiệp,...

- Buồng xét nghiệm mẫu lớn. - Nhiều phụ kiện phù hợp cho các ứng dụng khác nhau. - Độ nhạy cao cùng sự chọn lọc cao cho ánh sáng kích thích và phát quang.

group

ISO 9001 : 2008

www.sisc.com.vn I www.perkinelmer.com

478

CHỈ MỤC A

Ánh hường của liên kết cầu hydro

Ánh hưởng cùa chùm sáng kích thích 43

đến phố HQ 270

Anh hưởng của khe đo 43

Anh hưởng của khe đo của máy 270

Anh hưởng của mạch cacbon đên độ hâp thụ A

Ảnh hưởng cùa thuốc thử dư 264

45,46

Ảnh hưởng của sự phân ly của phức HỌ 265

Anh hưởng của ion trung tâm 46

Ánh hưởng của dung môi đến n

Ánh hưởng của nhiệt độ 266, 267

* 50 71

Ánh hưởng của chất nền mẫu đên phô HỌ

Ành hưởng cua pH 78, 79, 80

267

Ánh hường của độ bền của phức đo phổ 81

Anh hưởng cùa dung môi hữu cơ 263

Anh hương cùa thuốc thư dư 82

Ảnh hưởng của nhóm thế đến phô HQ 242

Anh hưởng của nhiệt độ 83

Anh hưởng của pH dung dịch mẫu đo phố

Anh hương của nen mẫu 84

260, 261,262

Ánh hưởng của dung môi hữu cơ 85, 86

Anh hường cúa phô 262, 265

Anh hưởng của ion khác 86, 87

Anh hưởng của nhóm thê đỗn cường độ Ihq

Anh hưởng của nhóm the đến tần số đỉnh IR

247

144

Anh hường cua trạng thái mâu

Anh hường cua dung mòi

144

Anh hưởng cua lien kêt câu hydro

Anh hường của hiệu ứng đông phân quang

học

157

Anh hướng cúa dung môi đên tân sô dao động

160

158

Anh hường của sức căng lien kết vòng 160,

Atomic Mass Spectrometry (AMS) 292

161 Ảnh hướng của sự lai tạo 161, 162

157

Anh hường cua trạng thái mẫu 145

Bán chất cua phố hóa HỌ 278, 279

Anh hường của thành phân mẫu trong phân

Bán chất và khác nhau của AMS và MMS

tích MMS 340 Anh hướng do chọn khôi m/z đê đo không phù hợp 337

292

Bán kính bay của ion khối M+ trong máy cung nam châm 328

Anh hưởng của các chât khác trong mẫu 268

Bộ atlas phố HỌ 248

Anh hường cua enzym den HQPT 269

Bộ nạp mẫu Bath 316

Bộ trường tứ cực 321

479

Các nguồn ion hóa của phồ khối 301

Các ảnh hưởng trong phép đo phổ UV7VIS

75, 76, 77, 78, 79

Các nguồn ion hóa của phố khối phân tử

301,302

Các bộ adapter ghép nối 353

Các phức và chelat có HQPT 225

Các bước của phân tích định dạng 409

Các phương pháp định lượng 89, 90, 91

Các bước nhảy dao động của phân tử 130

Các phương pháp định lượng bằng IR 208,

Các chất có phổ huỳnh quang phân tử 220

209,210

Các chất có phổ lân quang 284, 285

Các phương pháp định lượng phổ HQ 273

Các chuyển mức của đám mây ơ, n 119

Các phương pháp phân tích định lượng bằng

Các cơ chế phân mảnh 295

MMS 347 Các phương pháp thuật toán 41, 103, 104,

Các đám mây ơ, n và đỏi electron n trong phổ HQ 247,248

105 Các số khối m/z đặc trưng của họ oc 356

Các dạng hợp chất của Hg 411, 412, 413 Các số khối m/z đặc trưng của họ OP 356

Các dạng hợp chất của Pb 415 Các dao động của nguyên tử 119, 120 Các dao động của phân tử Dichlo-Etan 140

Các dao động được kích thích bởi tia hồng ngoại 137

Các dao động được kích thích bởi tia Raman 137

Các dao động riêng của liên kết C-C trong benzen 147

Các số khối m/z đặc trưng của họ PY 357 Các số khối m/z đặc trưng của nhóm oc 335

Các số khối m/z đặc trưng của nhóm oc, OP củaHCBVTV 339 Các số khối m/z đặc trưng của nhóm OP 338

Các thông số máy đo phố 339 Các thuốc thử xác định các kim loại 70, 71

Các yêu cầu của thuốc thử huỳnh quang 254

Các dao động riêng của nhóm -NƠ2 147

Các yêu cầu và điều kiện của thuốc thử 65, 66

Các dao động riêng của phân tử loại XY3 148

Các yếu tố ảnh hưởng đến phổ HQPT 260

Các dao động riêng của phân tử nước 147

Các yếu tố ảnh hưởng độ bền của phức 75

Các hệ ghép nối để dịnh dạng 410

Các yếu tố ảnh hưởng trong phép đo IR 156

Các hệ ghép nối định dạng Pb 416

Các yếu tố ảnh hường trong phép đo MMS

Các hợp chất hữu cơ lưu huỳnh 187 Các hợp chất hữu cơ phospho 189, 190

337 Cách tiến hành phân tích định tính bằng MMS

344, 345 Các họp chất hữu cơ silic 189 Cấu tạo của máy IR chuyển hóa Fourier

Các kiểu HPLC dùng trong phân tích định dạng 411

Các loại detector của máy MMS 315 Các loại máy đo MMS 320 Các loại thuốc thử UV/VIS 67, 68

480

202, 203

Cấu trúc phân tử một số chất có tính HQPT 226, 227, 228

Cấu trúc phân tử một số thuốc thử huỳnh quang 258

cấu trúc thuốc thư Alizarin-S 73

Cường độ chùm tia huỳnh quang hóa học

282, 283

Cấu trúc thuốc thư APDC 73 Câu trúc thuôc thư Arsen azo I 72

Cường độ chùm tia phố lân quang 284

Câu trúc thuôc thư Brilliantgreen 73

Cường độ của chùm tia HỌ 243, 244

Cấu trúc thuốc thử Diphenylcarbazon 74

Cường độ cùm tia HQ và nồng độ chất Cx 224

Cấu trúc thuốc thư pyridinazonaphtol 74

Cường độ pic MMS Ims 306, 307

Câu trúc thuôc thư Pyrocatechol tim 72

Cường độ pic MMS Ims và nồng độ chất Cx

Cau'truc thuốc thư Rohdamin B 73

307, 308

Cấu trúc thuốc thư Xanh Methylen 73

Cuvet mẫu cho Ft-1R 154

Chất có phồ UV/VIS 57

Cuvet mẫu khí

Chất không có phổ UV/VIS 57

153

Cuvet mẫu lỏng 153

Chất phân tích có phố HQPT 221

Cuvet mẫu rắn 153, 154

Chất phân tích không có tính HQPT 221,22

Chất sinh phồ của AMS và MMS 292 Chọn điều kiện đo phổ IR 209

Dải phổ dao động quay p 133

Chuẩn bị mẫu 209

Dải phồ dao động quay Q 133

Chuẩn độ đo quang 99,100

Dải phổ dao động quay R 133

Chùm tia phát xạ huỳnh quang 219

Dải phổ dao động quay song song

Chuyên dịch Bahipscrom 57

Dải phố dao động quay trực giao

Chuyên dịch Batacrom 57

Dạng các đường chuẩn độ đo quang

131 131

100,

101

Chuyên mức của các đám mây ơ, 71 248

Dao động biến dạng 136, 137

Chuyển mức của đôi electron n 22

Dao động biến dạng của nhóm C-O-C

179

Chuyển mức n -* 71 * trong hợp chất nitro 50 Dao động biến dạng của nhóm -O-H

Chuyển mức n -* 7Ĩ * trong liên kết O-N

Chuyển mức N -* ọ 23 Chuyển mức N -* Y 23

178

Dao động biến dạng ngoài mặt phang của

-C-H- trong benzen

172, 173

Dao động biên dạng trong mặt phăng của

172

Chuyên mức năng lượng của phân tử O=CH2 24

Dao động của phân tử H2O và CO2

Cơ học lượng tử của dao động 137, 138

Dao động của phân tử loại XY3

Cơ học sóng của dao động 137

Dao động đặc trưng của một số nhóm chức

Cơ sở lý thuyết sự phân giải khối m/z 320, 321,323

Công suất phát xạ HQ 223 Cường độ băng phố hấp thụ 29, 30

-C-H- trong benzen

136

140

145, 146

Dao động điều hòa 126, 127, 128 Dao động hóa trị 136, 137 Dao động hóa trị của nhóm -C-O- 178

481

Dao động hóa trị của nhóm -O-H

Điều kiện ion hóa và phân mảnh trong MMS

177

340

Dao động hóa trị bất đối xứng 136 Dao động hóa trị đối xứng 136

Điều kiện nạp mẫu trong phân tích MMS 340

Dao động hóa trị liên kết C-H- trong benzen

Định dạng chì (Pb) 415 Định dạng thiếc (Sn) 418

171 Dao động không điều hòa 126, 129, 130

Định dạng thuỷ ngân (Hg) 410

Dao động quay của phân tử 140

Định luật hấp thụ quang 28, 29

Dao động quay và dải phổ tương ứng

132

Độ bền của phức 74

Dao động riêng của các nhóm liên kết 135

Độ bền của phức HQ 266

Dao động riêng của họp chất,

Độ hấp thụ 30, 31

cacbua hydro thẳng 165

Độ nhạy của phổ HQPT 259

Dao động riêng của họp chat cacbua hydro

vòng

Độ nhạy của phổ UV/VIS 33, 34

165, 166

Độ phân cực và moment lưỡng cực

Dao động riêng của phân tử 134

Độ phân giải khối m/z của TOF 327

Detector của máy Ft-IR 203

Độ truyền qua 30,31

Detector của máy IR 152

Detector của máy phổ HQ

138

Đôi điện tử n của dị tố 21,23

248

Đường bay của ion M+ trong máy cung từ

Detector của máy phổ ƯV/VIS 63, 64

328

Dựng đường chuấn 209

Đường biếu diễn quan hệ A = f(Cx) 207 Đường chuẩn của phương pháp thêm 211

Đ Đặc trưng HQ một số dung môi

Đường chuẩn hàm A = f(Cx) 33, 90, 93

243

Đường cong thế của dao động điều hòa 128,

Đại lượng đặc trưng của phố UV/VỈS 36, 37

Đèn hồ quang hydro nặng D2

Đèn W-Halide 61

Giá trị MRL của HCBVTV trong dược liệu

Đèn xennon 62 Đèn hơi thuỷ ngân (Hg) 62

Điểm đẳng quang

47, 48

Điện tủ’ hóa trị trong liên kết 21 Điều kiện để có HQ hóa học 283 Điều kiện để có phổ lân quang 285 Điều kiện đo phổ HỌ một số chất 261 Điều kiện GC/MMS xác định HCBVTV

trong dược liệu 358, 359, 360 Điều kiện hóa hơi mẫu trong phân tích MMS

340

482

129

377, 378 Giải thích công thức tính độ hấp thụ A 34,

35,36 Giao thoa kế Michell

198, 199

Ghép nối máy MMS với các hệ tách sắc ký

352,353 Ghi đo phổ UV/VIS 58

Giới hạn cho phép cùa Hg trong thực phâm 412

Giới hạn cho phép của Pb trong thực phẩm

Hệ số phát xạ HỌ 223

416

Hệ thu nhận tín hiệu phổ khối 314,315

Giới thiệu một số máy phổ IR 213,214

Hiệu số hạng quay AF 124 Hiệu suất lượng tử phát HQ <t>xi

Hiệu úng Oxygen-Quincing trong phố HQ

Hai hệ quang của máy phố HQPT 233

268, 269

Hằng số bền của phức 75

Hằng số lực

Hồng ngoại gần 141

127

Hồng ngoại trung bình 141

Hằng số quay 122, 123 Hằng số quay B và B’ Hấp thụ quang ƯV/VIS

243

Hồng ngoại xa 141

133

Huỳnh quang phân tử 236

21,28

Huỳnh quang phân tử chất có phô HQ 236

Hệ bơm chân không không dầu 330

Huỳnh quang phân từ chât không có phô HQ

Hệ bơm chân không Topo phân tử 330

236

Hệ bơm chân không trong máy MMS 329, 330

Hệ ghép nối GC/MMS 410

lon M+ phổ khối nguyên tử, AMS 292

Hệghépnối HPCE/MMS 410

lon M+ phổ khối phân tử, MMS 292

Hệ ghép nối HPLC/ICP-MS định dạng Hg

Ion M4 sinh phồ khối 289

413

lon M+ sinh phồ khối nguyên tử (AMS) 289

Hệ ghép nối HPLC/MMS 410

lon M1 sinh phố khối phân tử (MMS) 289

Hệ ghép nối HPLC/MMS định dạng Hg 413

lon mẹ của nguồn ion hóa CI 305, 306

Hệ máy GC-detector ICP-AMS 318

lon mẹ và ion con 293, 294

Hệ máy HPCE-detector ICP-AMS 319

Hộ máy HPLC-detector ICP- AMS 318

K Khả năng áp dụng của chuân độ đo quang

Hệ quang có phân giải phô 62, 63

102, 103 Hệ quang của chùm tia kích thích À-Ex 233

Khái niệm về phô khối lượng (MS) 289

Hệ quang cua chùm tia phát xạ HỌ ÀEm 233

Khái quát các loại ánh hưởng của chất thứ ba

Hệ quang của máy phổ IR 151

268

Hệ quang dùng lọc sáng 62

Khối lượng rút gọn

Hệ quang học của máy HQ 248, 251

Kỹ thuật đo Phổ phản xạ quang ƯV/VIS 110

Hệ quang máy HQ có phân giải phổ 251

Kỹ thuật hồng ngoại chuyền hóa Fourier

Hệ quang máy HQ đơn giản 251

Hệ quang máy UV/VIS 62 Hệ số exilon 8 32, 37 Hệ số phát HỌ hóa học d>Em 282

122

198, 199, 200 L

Làm sạch mẫu 362, Lăng kính muối

151

483

Liên kết ơ, 71 và phổ IR 144

Mô hình lò xo dao động 134, 135

Liên kết hóa học ơ, 71 21

Mô hình nguyên lý máy phố HQPT 324

Liều ADI (D5o) cùa HCBVTV 379

Mô hình roto vừng chăc 121

Loại trừ ảnh hưởng chen lấn phổ 76, 77

Mô hình sinh phổ huỳnh quang 218

LOD huỳnh quang của một số chất 228, 229

Mô men quán tính 122

Lực liên kết và khối lượng nguyên tử 156

Mối quan hệ hàm A = f(L,X,C)

Mối quan hệ Ihq = f(Cx) 224 M

Molecular Mass Spectrometry (MMS) 292

Máy đo phổ IR dùng cách tử 150

Một số thuốc thử đo quang ƯV/VIS Máy đo phổ IR dùng lăng kính

38, 39

150 Một số thuốc thử huỳnh quang xác định

Máy MMS cung nam châm điện 328

anion vô cơ 255

Máy MMS cung nam châm từ vĩnh cửu 327

Một số thuốc thử huỳnh quang xác định

Máy MMS làm detector cho các hệ tách chất

cation 256, 257

409

Một số thuốc thử huỳnh quang xác định kim

Máy phô hồng ngoại chuyên hóa Fourier

loại 255,256

151,152

Một số ví dụ máy phố huỳnh quang 286

Máy phổ HQPT có hệ phân giải phổ 235

Mức năng lượng và phố dao động 130

Máy phổ HQPT dùng lọc sáng 235 Máy phổ IR có bộ phân giải phổ 151

Máy phổ IR không có bộ phân giải phó 151 Máy phổ khối loại ES/ES-TOF 313

Máy phổ khối loại ES-MMS 311 Máy phổ khối loại HỌ/HQ-TOF 314 Máy phổ khối loại MS-MMS 311 Máy phổ khối loại Q-MMS 312

Nạp mẫu trực tiếp 316 Nạp mẫu từ các hệ tách sắc ký 317 Nạp mẫu tư hệ GC 317

Nạp mẫu tử bệ HPLC 3127 Nạp mẫu vào buồng ion hóa tạo khối M+ 316

Nàng lượng chất hấp thụ tạo ra phồ IR

119

Máy phổ khối loại TOF-MMS 312

Năng lượng của dao động quay 131

Máy phổ khối loại Trap-MMS 314

Năng lượng cua phổ IR E(c), Ed và Eq

Máy phổ khối loại trường bay TOF 326

Năng lượng dao động 128

Máy phổ khối trong phân tích định dạng 409

Năng lượng dao động Ed 138, 139, 140

Máy phổ khối trường tứ cực 320

Năng lượng dao động ở trạng thái cơ bản 128

Máy UV/VIS dùng detector mảng diod phát

quang 64 Mầu sắc của vật thể và phổ UV/VIS 55, 56 Mầu và cuvet đựng mẫu 153

Mô hình dao động điều hòa 125

484

141

Năng lượng quay 122 Nguồn gây sai lệch định luật hấp thụ quang

41,42 Nguồn ion hóa EI và ESI 302 Nguôn ion hóa hóa học ion âm, NCI 304

Nguồn ion hóa hóa học ion dương, PCI 304 Nguôn ion hóa hóa học, CI 304

o Orbital MO 24

Nguồn Lade 250 Nguồn sáng 59,60,61 Phạm vi ứng dụng của MMS 351 Nguồn sáng của máy Ft-IR 202

Phạm vi ứng dụng của phép đo phổ phản xạ Nguồn sáng kích thích HQPT 248, 249

Nguồn sáng kích thích huỳnh quang nguyên tử 221,222

quang 112

Phạm vi ứng dụng của phép đo phổ UV/VIS 108

Nguồn sáng kích thích huỳnh quang phân tử

221

Phạm vi ứng dụng của phổ hóa HQ 283, 284 Phạm vi ứng dụng của phồ HQPT 277

Nguồn sáng kích thích phổ IR 149, 150 Phạm vi ứng dụng của pho IR 212

Nguyên tắc phân tích định lượng bằng MMS 346

Phân giải khối bằng cung nam châm điện, ES 309

Nguyên tắc cấu tạo máy đo MMS 319 Phân giải khối bằng cung nam châm từ, MS

Nguyên tắc cấu tạo máy đo phổ hồng ngoại 148,149

309

Phân giải khối bằng trường bay, TOF 309

Nguyên tắc của chuẩn độ đo quang 99 Phân giải khối bằng trường ly tâm siêu tốc

Nguyên tắc của hồng ngoại chuyến hóa

Fourier 198

309 Phân giải khối bằng trường tứ cực, Q 309

Nguyên tắc của phép đo MMS 319 Phân mảnh của alkyl mạch thẳng no 295

Nguyên tắc của phép đo phố hồng ngoại 148 Nguyên tắc của phép đo phổ HỌPT 232, 234

Phân mảnh của mạch cacbon vòng tách propyl 296

Nguyên tắc của phép đo phố phản xạ quang

Phân mảnh kiểu olefin tách alkyl 295

ƯV/VIS

109,110

Nguyên tắc của phép đo phổ ƯV/VIS 57, 58 Nguyên tấc của phương pháp thêm chuẩn

210 Nguyên tắc định lượng bằng phổ HỌ 271,

272 Nguyên tắc định tính bằng phổ HỌ 271 Nguyên tăc ghép nôi máy MMS với hệ tách

352,353 Nguyên tắc phân tích định tính bằng MMS

343 Những nguồn làm sai lệch sự phát HQ 230,

231

Phân mảnh kiêu olefin, mạch cabua không no 295

Phân mảnh tách Diel-Alder mạch cacbon vòng 296 Phân mảnh tách kiểu alkyl của mạch cabua no 295

Phân mảnh tách propyl của hợp chất dạng R-X 296 Phân tích định lượng bằng MMS 346 Phân tích định lượng bằng phồ hóa HQ 283 Phân tích định lượng bằng phổ IR 206 Phân tích định lượng bằng phổ ƯV/VIS 87,

88, 89, 90

485

Phân tich định tính bằng MMS 343

Phổ HQ của phức Al-alizarin-R

Phân tích định tính bằng phồ HQ 271

Phổ HQ của phức Sc(III)-arsenazo-III 241

Phân tích định tính bằng phổ IR 203

Phổ HQ của Rohdamin B 241

Phân tích định tính mẫu khí 203

Phổ HQ của Sulfat-quinin 229

Phân tích định tính mẫu lỏng 203

Phổ HỌ của tetracellin 230

Phân tích định tính mẫu rắn 203

Phổ HQ của vitamin B1 (Thiamin) 236

Phổ dao động quay cùa phân tử H35C1 134

Phổ HQ là gì 217

Phố dao động quay của phân tử khí HC1 134

Phồ HQ nguyên từ 217,218,219

Phổ đạo hàm 103, 104, 105, 106, 107

Phổ HQ phân tử 217,219

Phổ Ft-IR của 2-Butyl-metan 205

Phổ HQ và cấu trúc phân tử chất 240, 247,

Phổ Ft-IR của axit 3-Idopropinoic 205

238, 241

248

Phổ Ft-IR của Isometyl-Propan 206

Phổ HQ hóa học, hóa HQ 277, 278

Phổ Ft-1R cùa Na- Benzoat 204

Phổ HQ thường, hóa huỳnh quang

Phổ hấp thụ UV/VIS cùa benzen thế hai lần

Phổ IR của liên kết c=o 144

Phổ hấp thụ ƯV7VIS của benzen và dẫn xuất

Phổ IR của liên kết C-H

144

Phổ IR của liên kết O-H 144

52 Phổ hấp thụ UV/VIS của họp chất vòng năm

Phổ IR của benzen thế ở ba vị trí

173

Phổ IR của các chất ba nguyên tử loại X3 192

Phổ hấp thụ UV/VIS của một số phức

kim loại 54, 55

Phổ ĨR của các chất ba nguyên tử loại XYX

192,193

Phổ hấp thụ UV/VIS của pyridin và dẫn xuất 53

Phổ IR của các chất ba nguyên tử loại XYZ 192, 193

Phổ hấp thụ ƯV/VIS trong phân tích định

dạng 112

Phổ IR của các chất bảy nguyên tử loại XYó

194

Phổ hấp thụ ƯV/VIS và cấu trúc phân tử chất 44, 45

Phổ IR của các chất bốn nguyên tử loại XY3

193

Phổ hóa HQ của hợp chất dạng

Phổ IR của các chất bốn nguyên tử loại

R-CO-NH-NHR’ 281

XYZ2 193

Phổ hóa HQ của Luminol 281

Phổ hồng ngoại của phân tử H35C1

và phổ lân quang 277, 278

Phố IR của các chất bốn nguyên tử loại

131, 134

XYZW 193

Phố hồng ngoại là gì 119

Phổ IR của các chất hai nguyên tử 192

Phố hồng ngoại, IR 119

Phổ IR của các chất hai nguyên tử loại X2

Phổ HQ của alizarin-R 230

Phổ HQ của anthracene 239 229 Phổ HỌ cúa Benzoin 242

486

192

Phổ 1R của các chất hai nguyên tử loại XY 192

Phổ IR của các chất năm nguyên tử loại XY4

Phổ ƯV/VIS của họp chất cacbonyl và dẫn

xuất 51

193, 194 Phổ IR của các chất năm nguyên tử loại XYZ2

Photo Diode Array detector 152

194

Phức một sô ion kim loại 39

Phổ IR của các chất vô cơ 192,193

Phương pháp biến đổi một thành phần 95

Phổ IR của dung môi CS2 và CCL4 ĩ 55

Phương pháp cân bằng màu nhìn mắt 89

Phổ IR của màng Polystyren 142

Phương pháp chuẩn độ so sánh bằng mắt 88

Phổ IR của Metyl-Butan 121

Phương pháp dãy chuẩn nhìn mắt 87

Phồ IR của một số chất hữu cơ 162

Phương pháp đơn giản

Pho IR của một số phức cyanat 196

Phương pháp đồng phân tử gam

Phổ IR của một số phức cyano 196

Phương pháp đường chuẩn 208, 209

Phổ IR của một số phức kim loại 195

Phương pháp đường chuẩn 89, 90, 91

Phổ IR của một số phức phối tử amin, amit

Phương pháp đường chuẩn của MMS 347

195

Phương pháp HQ đường chuẩn 273

Phô IR của một số phức phối tử nitro và

Phương pháp HQ một diêm chuân 275

nitrosyl 195

Phương pháp HQ thêm chuẩn 274, 275

Phố IR của một số phức thioxyanat 196

Phương pháp một diêm chuân 94, 95

Phổ IR của nhóm -CH2 164 Phổ IR của nhóm -CH3

96, 97

Phương pháp một diêm chuân của MMS

163, 164

350,351

Phô IR của nhóm hydrocacbon no 162

Phương pháp thêm chuẩn 210,211

Phổ IR của phân tử Iodua metyl (CH3I) 142 Pho 1R của phân tử n-Hexan

Phương pháp thêm chuẩn 91,92, 93

142

Phồ IR và cấu trúc phân tử chất

Phương pháp thêm chuẩn của MMS

143, 144

348, 349

Phương trình cơ bản để định lượng theo phổ

Phổ khối nguyên tử 289,290

HQ 272

Phố khối phân tử (MMS) 290, 291

Phương trình cơ bản định lượng bằng IR 206

Phổ khối phân tử của 1 -bromo-butan 291

Phương trình cường độ chùm tia hóa HỌ

Phồ khối phân tử của acetaminophen 291

Ilc = kCx

283

Phố khối phân tử của Chloramphenicol 291

Phương trình giao thoa 199, 200

Phổ khối phân tử của metanol 290

Phương trình Schrõrdinger 128

Phổ lân quang 278, 284

Pyroelectric detector 152

Phổ MMS của một số chất 331, 332, 333,

334,335,336,337 Phổ phản xạ quang UV/VIS

108, 109

Phổ quay cùa phân tử H35C1

125

Quang phô dao động

125

Quang phổ dao động quay 131, 132 Quang phổ quay 121

487

Sự phân giải phổ bằng trường tứ cực 320,

sắc đồ pic MMS của các HCBVTV 362,

321,322, 324, 325 Sự phân giải phổ hệ gương Michel 200, 201

363, 364, 365, 366, 376

Sắc ký khí khối phổ xác định HCBVTV 355

Sự phân mảnh của chất tạo ion khối M+ 293,

294

Sắc ký khí khối phổ xác định HCBVTV

Sự phân mảnh và pho MMS của acetaminophen

trong dược liệu 355, 356

Sắc phổ MMS của HCBVTV 384,385,386,

300 Sự phân mảnh và phổ MMS của amin thơm

387, ...,407

So sánh phổ IR thường và phổ Ft-IR 202

298

Sự phân mảnh và phố MMS của dibutyl-

Sóng hấp thụ cực đại một số chất 38, 39

phthalate 299

Số dao động riêng của của phân tử khồng thẳng 135,141

Sự phân mảnh và phổ MMS của menthone

299

Số dao động riêng của của phân tử thẳng

Sự phân mảnh và phổ MMS của fl-butyl-

135,141

benzoat 297

Số hạng dao động F(v) 129

Sự phân mảnh và phổ MMS của n-hexan 297

Số hạng dao động quay 132 Sự phân mảnh và phổ MMS của phenol 298

Số hạng quay 123, 124, 141

Sự phân mảnh và phồ MMS của sulfamethazine

Số khối m/z của 100 HCBVTV 381, 382,

299

383

Sự phát xạ huỳnh quang 217, 218, 219

Số lượng tử dao động 128

Sự phát xạ huỳnh quang nguyên tử 220

Sơ đồ chuyển mức năng lượng 22, 23

Sự phát xạ huỳnh quang phân tử 220

Sơ đồ hệ quang máy HQ Victorio 252

Sự quay 23

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy MMS 310

Sự quay của phân tử chất 119, 121 Sự bù màu 56 Sự sai lệch do ảnh hưởng của chất khác 231 Sự chen lấn phổ 75, 76, 77 Sự sai lệch do chùm sáng kích thích ÀEx 231

Sự chuyển mức năng lượng 23

Sự sai lệch do điều kiện đo phổ 231 Sự dao động

Sự hấp thụ quang của một số dung môi

Sự sai lệch do phản ứng phụ 231 Sự sinh phổ lân quang 284

Sự kích thích huỳnh quang 217 Sự kích thích sinh phổ huỳnh quang 217 Sự pha loãng mẫu và cầu hydro 158 Sự phân chia vùng phổ quang học 141 Sự phân giải khối m/z trong cung từ MS và

ES 327,328 Sự phân giải khối m/z trong trường bay TOF

326

488

Sự suy biến 217 Sự xê dịch của sóng ÀEx và sóng Xeoi 263 Sự xuất hiện của huỳnh quang hóa học 277, 278

Sự xuất hiện của MMS 293 Sự xuất hiện cùa phổ hồng ngoại

119

Sự xuất hiện phổ HỌ phân tử 222, 223, 236

Tân sô dao động IR cùa hợp chât nitro dạng

R-NƠ2 183,184

Tác nhân ion hóa hóa học 304, 306

Tần số dao động IR của hợp chat nitro thơm

Tần số dao động Vm 144

loại R-NO2 184

Tân sô dao động biên dạng của nhóm -CH3

164 Tân số dao động điêu hòa của một sô phân tử

Tằn số dao động IR của hợp chat nitroso dạng R-O-NO2 184

Tần số dao động IR của nhóm -CH- 166

127

Tần số dao động IR của nhóm -CH3 164

Tần số dao động hóa trị cúa -C=C- trong

Tần số dao động mặt phang của C-H

benzen 174

174

Tần số dao động IR của aldehyt 180, 181

Tằn số dao động tổ họp

Tần số dao động IR của ancol và phenol 177

Tằn số dao động tổ họp của benzen

Tân số dao động 1R của axit amin 182

Tân sô dao động tô họp hydrocacbua thơm

Tần số dao động 1R của axit cacboxylic

181

Tằn số dao động IR của axit cacboxylic bào hòa (no)

191

190

không bào hòa 182

Tần số IR của các sulfoxit 188

Tân sô dao động IR của axit hữu cơ thê

Tần số 1R của các thioxeton

182

Tân sô dao động IR của benzen có thế

Tần số IR của benzen-Cl, Benzen-Br,

Tần số IR của các họp chất hữu cơ halogen

Tần số dao động IR cúa axit cacboxilic

halogen

191

Tân sô dao động IR của benzen không thế 171

187, 188

Tần số 1R của halogen-benzen 191 Tằn số IR của họp chất cơ kim

Tần số IR cùa liên kết C-Cl

Tân sô dao động IR cua cabua thơm nhân

Tằn số IR của liên kết C-F 191

benzen

170

Tằn số IR của liên kết C-I

Tân sô dao động IR của cacbua không no

(olefine)

167, 168

Tằn số dao động IR của cacbua không no

190

Tần số ỈR của liên kết C-S 187 Tần số IR của liên kết S-H

187

Tần số IR của loại phức Me-EDTA 198

acetlenic-C=C- 169

Tân số dao động IR cúa este không no 183 Tần số dao động IR của hợp chât alhydrit

Tằn số IR của loại phức Me-Etylen-diamin

197 Tằn số IR cùa loại phức Me-halogen

183

Tần số dao động IR cua hợp chắt amin

185

Tần sổ dao động 1R của hợp chất amin dẫn

185, 186

Tần số dao động IR của hợp chất họ lactam

183

191, 192

Tần số IR của liên kết C-Br 190

Tằn số dao động IR của -C=C- 168

xuất

175

đa vòng 175,176

benzen-I

181

175

Tân so 1R của loại phức Me-xyano

197

196

Tằn số IR đặc trưng của c=o trong aceton thơm

180

Tằn số IR đặc trưng của c=o trong cacbonyl

179

489

Tần số IR đặc trưng của c=o và c=c 180

Tối ưu hóa các điều kiện cho phép đo MMS 341,442

Tần số IR đặc trưng của c=o và c=c trong

Tổng năng lượng phân tử chất hấp thụ 23

aldehyt 181

Tần số IR đặc trưng của liên kết C-Me 191

Trang bị của phép đo phổ HQPT 248

Tần số IR đặc trưng của naphthalen 176

Trang bị của phép đo phổ UV7VIS 58, 59, 60

Thang đo độ hấp thụ A 31

Trạng thái cơ bản bền vững 22, 23

Thang đo độ truyền qua T% 31 V

Thành phần tạo ra phổ IR 119 Ví dụ cấu trúc phân tử chất và sóng À,Max 48,49

Thermal detector 152

Ví dụ cấu trúc phân tử một số chất HQ 241

Thiết bị phân giải khối m/z 309 Ví dụ hiệu suất phát HQ một số chất 246

Thời gian bay ion khối M+ trong trường bay Ví dụ kiểu ghép nối HP/GC/EI/MMS 354

TOF 326,327

Ví dụ kiểu ghép nối HPLC/EI/ESI-MMS

Thời gian tồn tại ở trạng thái kích thích HQ

354

242

Ví dụ kiểu ghép nối HPLC/ICP-AMS 354

Thuật toán trong phép đo phổ UV/VIS 103,

Ví dụ phổ phổ phản xạ quang UV/VIS 111,

104,105

Thuốc thử Arsen-azo III

112

Ví dụ phổ ƯV/VIS một số chất 24, 25,26, 27

Thuốc thử chelat 68, 69

Ví dụ sắc đồ định dạng Hg 414, 415

Thuốc thử họ oxim 69

Ví dụ sắc đồ định dạng Pb 416, 417

Thuốc thử HQ Calcein 237 Thuốc thử hữu cơ

Ví dụ sắc đồ định dạng Sn 418

67, 68

Ví dụ so sánh phổ HQ và phổ ƯV/VIS 253

Thuốc thử huỳnh quang 253, 254

Ví dụ sự sinh phố hóa HQ của NO, NO2

Thuốc thử liên hợp 69, 70

279,280

Thuốc thử mạch di-azo 69

Với hợp chất có phổ HQPT 232

Thuốc thử PAN 38, 71 Với hợp chất không có phổ HQPT 232

Thuốc thử PAR 38, 71 Vùng hấp thụ IR của các dung môi

155

Thuốc thử Thio và Dithio 69 Vùng phồ ƯV/VIS

24, 26

Thuốc thử thường 68 Vùng tuyến tính của đường hàm Ihq = f(Cx)

Thuốc thử trong phân tích phổ ƯV/VIS 65,

224

66, 67

Vùng tuyến tính của quan hệ Ihq = f(Cx) 245

Thuốc thử vô cơ 66 Tính chất cộng của dộ hấp thụ quang A 41, 104 Tốc độ bay của ion M+ trong trường tứ cực

324

490

Xác định đồng thời nhiều cấu tử bằng phổ IR 211

Xác định hằng số phân ly phức chất 98, 99

Xác định nhóm chức bằng phô IR 203

Xác định NO trong môi trường khí bằng phổ

hóa HQ 280 Xác định Ozon trong môi trường khí bằng phổ hóa HQ 280, 281

Xác định SO? trong môi trường khí bằng phồ

hóa HỌ 281 Xác định thành phần phức 95, 96, 97

Xử lý mẫu xác định HCBVTV 361,380

Yeu tố đối xứng và dao động của phân tử 139,140

491

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHÒ PHÂN TỬ

NHÀ XUÁT BẢN BÁCH KHOA - HÀ Nột

Ngõ 17 Tạ Quang Bửu - Hai Bà Trưng - Hà Nội

ĐT: 04. 38684569;

Fax: 04. 38684570

Website: http://nxbbk.hust.edu.vn

Chịu trách nhiệm xuất bản:

Giảm đốc - Tổng biên tập: TS. PHÙNG LAN HƯƠNG

Biên tập:

TRẦN THỊ PHƯƠNG

Sửa bán in:

VŨ THỊ HẰNG

TRÀN THỊ PHƯƠNG Trình bày bìa:

ISABELLA PHAM (Vanhoaviet Design)

ln 1000 cuốn khổ (19 X 27) cm tại Công ty TNHH in thương mại và dịch vụ Nguyễn Lâm, số 3522, đường Giải Phóng, Thanh Xuân, Hà Nội.

Số đăng ký KHXB: 546 - 2014/CXB/03 - 07/BKHN; ISBN: 978-604-911-986-6. Số QĐXB: 165/QĐ - ĐHBK - BKHN ngày 27/10/2014.

In xong và nộp lưu chiểu quý IV năm 2014.