Download pptx - Phổ uv vis

Lê Nhất Tâm – UIH- IBFEmail: [email protected]

PHƯƠNG PHÁP PHỔ UV-VIS

Các nội dung chính

+ Vùng phổ UV-Vis và nguồn gốc của sự hấp thụ

+ Phổ UV-Vis

+ Sự chuyển dịch điện tử của các hợp chất hửu cơ

+ Nhóm chức

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến bước sóng hấp thụ

+ Hệ thống thiết bị quang phổ UV-Vis

+ Các loại máy quang phổ

+ Ứng dụng phổ UV-Vis trong phân tích thực phẩm

• Vùng phổ UV-Vis là vùng nằm ở cận UV cho đến cận IR. Được xác định từ khoảng 180-1100nm.

• Đây là vùng phổ đã được nghiên cứu nhiều và được áp dụng nhiều về mặt định lượng.

• Quá trình định lượng được tiến hành bằng cách đo ở một vài bước sóng hấp thu của hợp chất, sau đó áp dụng định luật Lambert-Beer để tính toán.

• Nhiều thế hệ thiết bị ra đời dựa trên phương pháp này, và ngày càng tối ưu hóa quá trình.

• Pháp phổ UV-Vis còn được áp dụng cùng với các phương pháp khác như Phương Pháp Sắc ký trong quá trình nghiên cứu.

PHƯƠNG PHÁP PHỔ UV-VIS

PHỔ UV-VIS VÀ NGUỒN GỐC CỦA SỰ HẤP THỤ

• Vùng phổ này thường được chia làm 3 vùng chủ yếu: cận UV (185–400 nm), khả kiến (400–700 nm) và cận hồng ngoại (700–1100 nm).

• Nguồn gốc của sự hấp thụ trong vùng này chủ yếu là sự tương tác của các photon của bức xạ với các ion hay phân tử của mẫu.

• Sự hấp thụ chỉ xãy ra khi có sự tương ứng giửa năng lượng photon và năng lượng các điện tử ngoài cùng (của ion hay phân tử) hấp thụ.

• Kết quả của sự hấp thụ là có sự biến đổi năng lượng điện tử của phân tử. Chính vì vập phổ UV-Vis được gọi là phổ điện tử

PHỔ UV-VIS VÀ NGUỒN GỐC CỦA SỰ HẤP THỤ

PHỔ UV-VIS

• Sự hấp thụ năng lượng điện tử trong vùng sóng ánh sáng tử ngoại gần (190-400nm) và khả kiến (400-780nm) của các chất gây ra sự chuyển dịch của các điện tử từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích.

• Biểu đồ biển diễn sự tương quan giữa cường độ hấp thu theo bước sóng của một chất được gọi là phổ UV-Vis của chất ấy trong điều kiện xác định

• Các quang phổ kế UV-Vis đo độ truyền quang T hay độ hấp thụ A của bức xạ khi truyền qua mẫu lỏng

• Độ truyền quang T được tính:

Hay :

• Độ hấp thụ A được xác định :

PHỔ UV-VIS

• Tùy vào trạng thái của mẫu đo mà phổ thu được có những đường nét khác nhau:

PHỔ UV-VIS

SỰ CHUYỂN DỊCH ĐIỆN TỬ CỦA CÁC HỢP CHẤT HỬU CƠ

• Phần lớn các hợp chất hửu cơ được nghiên cứu trong vùng phổ UV-Vis.

• Quá trình chuyển tiếp bao gồm các điện tử π , σ or hay điện tử n nằm trên các orbital của các nguyê tử nhẹ như H, C, N, O

CHUYỂN MỨC σ →σ*

• Sự chuyển vị của e trong liên kết σ của các hợp chất hửu cơ từ orbital liên kết σ lên phản liên kết σ*.

• Sự chuyển vị này đòi hỏi một năng lượng khá lớn, vì vậy quá trình chuyển vị nằm trong vùng tử ngoại xa ( UV).


CHUYỂN MỨC n → σ*

• Sự chuyển vị của các điện tử từ obital n lên các orbital σ* trong các nguyên tử như O, N, S .

• Xãy ra ở vùng phổ tử ngoại gần có cường độ không lớn. Sự dịch chuyển này dao động ở 180nm cho alcol, dẫn xuất halogen của nó là 190nm. Đối với các amin là 220nm

Ví dụ : Ete có λmax= 190nm ( ε =2000)

Metanol có λmax= 183nm ( ε =50)

Etylamin có λmax= 210 nm ( ε =800)


CHUYỂN MỨC n→ π*

• Đây là quá trình thường xãy ra trong phân tử có một nguyên tử chứa điện tử không liên kết như ở những phân tử chứa nhóm chức cacbonyl (C=O) và bước sóng hấp thu tử 270nm- 295nm. Có cường độ hấp thu thấp

• Bản chất của các dung môi có ảnh hưởng đến bước sóng hấp thu vì nó tác động đến liên kết trong phân tử.


CHUYỂN MỨC π→π*

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

• Vị trí hấp thu phụ thuộc vào sự hiện diện của nhóm thế ví dụ etylen có λmax= 165nm (ε =16000)

• Những hợp chất không màu thường có phổ hấp thu trong vùng cận tử ngoại. Khi chúng hấp thu bức xạ thì chúng sẽ chuyển từ orbital cho điện tử sẽ chuyển lên orbital nhận điện tử có mức năng lượng cao hơn.


TÓM TẮC CÁC BƯỚC CHUYỂN


CHUYỂN MỨC d d

• Sự chuyển mức xãy ra ở các orbital d, nhất là ở các kim loại vùng chuyển tiếp

• Các phối tử có cặp điện tử tự do tham gia lai hóa với những orbital này chuyển điện tử vào các orbital này gây ra sự chuyển mức.

• Màu tạo ra của các phức làm cho phức có khả năng hấp thu những bước sóng ở vùng khả kiến


CÁC NHÓM CHỨC

• Nhóm chức là những nhóm nhỏ được tạo thành từ nhiều nguyên tử, quyết định tính chất của hợp chất hửu cơ.

• Tại vị trí các nhóm chức trong phân tử các dịch chuyển điện tử xãy ra, nên phổ đồ của phân tử hửu cơ liên quan tới các nhóm chức trong phân tử.

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

NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ CHUYỂN MỨC

• Ảnh hưởng của dung môi• Ảnh hưởng của sự liên hợp• Ảnh hưởng của pH

ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI

• Bước sóng hấp thu và cường độ hấp thu của các hợp chất chịu ảnh hưởng của dung môi.

• Sự tác động của những dung môi khác nhau lên các phân tử làm thay đổi mức năng lượng giửa các trạng thái kích thích và cơ bản.

• Sự tác động của dung môi lên phân tử làm sinh ra :chuyển dịch xanh và chuyển dịch đỏ


CHUYỂN DỊCH XANH

• Là hiện tượng hấp thu bức xạ của các hợp chất hửu cơ có bước sóng ngắn hơn trong những dung môi có tính phân cực cao

• Hiện tượng tìm thấy ở quá trình chuyển dịch n→ π* của nhóm cacbonyl.

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



CHUYỂN DỊCH ĐỎ

• Là hiện tượng các hợp chất hửu cơ có xu hướng hấp thu những bức xạ có bước sóng dài hơn trong những dung môi có độ phân cực cao hơn

• Hiện tượng được tìm thấy ở các phân tử hửu cơ mà trong cấu trúc phân tử của nó có sự liên hợp.



• Nguyên nhân của hiện tượng này là:

+ Do khi mạch C càng dài thì hiệu ứng liên hợp càng tăng, dẫn tới độ lệch năng lượng giữa hai trạng thái giảm.

+ Trong phân tử hửu cơ có hiệu ứng liên hợp càng dài thì bước sóng hấp thu càng lớn




TÓM TẮC CHUYỂN DỊCH XANH VÀ CHUYỂN DỊCH ĐỎ


ẢNH HƯỞNG CỦA pH

• Ảnh hưởng độ bền của phức• Ảnh hưởng đến sự tạo phức • Ảnh hưởng dạng tồn tại


Ảnh hưởng của sự liên hợp

Sự liên hợp p-π hay π- π đều làm cho trạng thái kích thích của điện tử π*

bền hơn

có năng lượng thấp hơn đều này dẫn tới bước sóng hấp thu dài hơn


THIẾT BỊ QUANG PHỔ HẤP THU UV-VIS

Nguồn sáng có nhiệm vụ cung cấp bức xạ tương thích với quá trình đo. Bức xạ được cung cấp bởi nguồn sáng thường là chùm bức xạ đa sắc, nó bao trùm một khoảng rộng của phổ.

NGUỒN SÁNG

+ Đèn Tungsten Halogen , là một nguồn sáng phổ biến dùng trong máy quang phổ. Đèn này chứa một sợi dây mảnh tungsteng được đặt trong thủy tinh. Khoảng bức xạ mà đèn cung cấp là từ 330 đến 900 nm, được dùng trong vùng visible.

+Thời gian sử dụng đèn này khoảng 1200h.

+ Với U= 6v và cường độ rất lớn dây

tungten bị nung đỏ đưa bầu khi trơ

( neon, Argon)lên trạng thái kích

thích và phát bức xạ

TUNGSTEN LAMP

Đèn hydrogen or deuterium cung cấp bức xạ trong vùng Ultraviolet tương ứng với dãi bức xạ từ 200 đến 450 nm.

Trong hai đèn thì đèn Deuterium ổn định hơn và có thời gian sử dụng khoảng 500h. Đây là đèn cho phổ liên tục

Hydrogen / Deuterium Lamps

Hydrogen / Deuterium Lamps

• Thu nhận chùm bức xạ đa sắc phát ra từ đèn, và cho bức xạ đơn sắc đi ra..

• Có hai loại thiết bị phổ biến gồm lăng kính cà cách tử

THIẾT BỊ TẠO BỨC XẠ ĐƠN SẮC

Lăng kính (Prism)

+ Những bức xạ có bức sóng khác nhau sẽ bị bẻ gảy những

góc khác nhau khi đi ra khỏi lăng .

+ Lăng kính có thể được làm từ thủy tinh hay thạch anh.

+ Tùy thuộc vào vật liệu làm lăng lính mà nó có thể tách những bức xạ trong vùng nào (Lăng kinh thủy tinh phù hợp với các bức xạ trong vùng visible nhưng lăng kính thạch anh thì bao phủ ở cả hai vùng Ultraviolet và Visible) .


+ Cách tử được cấu tạo với vô số những khe rất nhỏ trên một diện tích bề mặt khoảng 200 khe trên một độ rộng 1cm

+ Tùy thuộc vào góc tới của chùm ánh sáng và bề mặt cách tử mà hướng truyền của chùm bức xạ khi phản xạ trên bề mặt cách tử theo những hướng khác nhau..

CÁCH TỬ (GRATINGS)


CÁCH TỬ (GRATINGS)

Phân loại cách tử:+ Cách tử truyền suốt: Được làm bằng thủy tinh+ Cách tử phản xạ : Làm bằng nhôm


Quan sát phổ qua cách tử


+ Khoang hấp thu là vùng tối nằm vị trí cuối cùng của đường truyền.

+ Tia bức xạ đơn sắc sau đi được tách ra sẽ đi đến đó. Thường được thiết kế là một ống nhỏ gọi là Cuvettes.

+ Cuvettes được làm bằng nhựa, thủy tinh hay thạch anh để chứa mẫu đo.

BỘ PHẬN CHỨA MẪU(CUVETTES)

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

+ Cường độ dòng điện thu được là tỷ lệ thuận với cường độ bức xạ đập vào bề mặt catot.

+ Tế bào quang điện hay Ống nhân quang điện là những thiết bị hửu dụng trong việc đo xác định

THIẾT BỊ NHẬN BIẾT(DETECTORS)

Ống nhân quang điện có chức năng tổ hợp các tín hiệu chuyển đổi qua vài giai đoạn khuyếch đại trong thân của ống. Bản chất của nguyên liệu làm cathode là xác định độ nhạy của phổ.

ỐNG NHÂN QUANG ĐIỆN



Tế bào quang điện

CÁC LOẠI MÁY QUANG PHỔ

+ Máy quang phổ chùm tia đơn là được phát minh ra đầu tiên, và toàn bộ ánh sáng đi qua mẫu.

+ Loại này là rẻ hơn vì nó được thiết kế khá đơn giản

Có hai loại : Máy một chùm tia và hai chùm tiaMáy một chùm tia

Ưu điểm của máy một chùm tia : Giá thành thấp, thông lượng bức xạ đi qua cao và như vậy độ nhạy cao.

Nhược điểm: là có khoảng lệch thời gian khi tiến hành đo giữa các chuẩn cũng như mẩu xác định, vì vậy có thể có vấn đề với độ trôi. Điều này đã xãy ra với những thiết bị củ, những thiết bị hiện đại với những tính năng cao và ổn định đã khắc phục nhược điểm này. Vì vậy máy quang phổ một chùm tia vẫn có những ứng dụng cao trong các phòng thí

Máy một chùm tia


MÁY QUANG PHỔ DIODE ARRAY


+ Thiết bị đo hai chùm tia nhằm mục đích khắc phục độ trôi xãy ra trong quá trình đo. Nguyên nhân gây ra độ trôi là cường độ ánh sáng bị mất đi trên đường truyền, do thay đổi đường đi, do phản xạ, do sự chuyển hóa thành dòng điện khi tương tác với detector. Sự mất đi này không đồng nhất khi đo mẫu blank và mẫu đo riêng biệt.

+ Trong thiết bị hai chùm tia có hai vị trí đo, tương ứng với mẫu và mẫu đối chứng. Chùm tia sáng tới được phân tách thành hai chùm có cường độ bằng nhau, một chùm đi qua mẫu đo và một chùm đi qua mẫu đối chứng.. Như vậy I0 và I được đo cùng một lúc.

Double beam


Double beam


• Ưu điểm của thiết bị hai chùm tia

Cho độ chính xác cao vì mẫu đo và mậu đối chứng được đo cùng một lúc.

• Nhược điểm là giá thành cao, độ nhạy thấp do cấu trúc quang học phức tạp hơn, độ tin cậy thấp hơn.

Double beam


ỨNG DỤNG PHỔ UV-VIS TRONG THỰC PHẨM

• Phân tích protein• Phân tích Carbonhydrat• Phân tích hàm lượng kim loại trong thực phẩm• Phân tích một số chỉ tiêu nước

Định luật Lambert- Beer



Một số sách ký hiệu K’ là Ɛ

HIỆU CHỈNH

SAI LỆCH TRONG ĐL LAMBERT - BEER

• Định luật chỉ đúng với những dung dịch có nồng độ là thấp

• Do nguồn sáng không thật là đơn sắc nên có lẫn những bức xạ có bước sóng lân cận nhiểm vào. Dẫn tới A= lg I/I0 không đúng