Phương pháp so sánh trong trắc quang

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒAKHOA CÔNG NGHỆ HÓABÀI GIẢNGPHÂN TÍCH TRẮC QUANGTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010CHƯƠNG 1CHỨC NĂNG VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP TRẮCQUANG1.1 CHỨC NĂNGPhân tích trắc quang là phương pháp phân tích quang học dựa trên việc đo độ hấpthụ ánh sáng của một chất xác định ở một vùng phổ nhất định. Trong phương phápnày, chất phân tích được chuyển thành một hợp chất có khả năng hấp thụ năng lượngánh sáng.Phân tích trắc quang là một phương pháp phổ biến và quan trọng để xác định hàmlượng các nguyên tố, các chất và hợp chất trong nhiều đối tượng khác nhau.Ưu điểm của phương pháp này là nhanh, thuận lợi, thiết bị không phức tạp nhưngcó độ chính xác, độ nhạy, độ đúng tương đối cao nên thường được dùng để xác địnhhàm lượng bé cũng như hàm lượng lớn của các chất, nguyên tố trong nhiều đối tượngnghiên cứu khác nhau và được sử dụng rộng rãi trong nhiều phòng thí nghiệm nghiêncứu, phân tích.Phản ứng hóa học tạo ra hợp chất màu đóng một vai trò quan trọng trong phântích trắc quang, vì nó quyết định độ nhạy, độ đúng, độ chính xác của phương pháp.1.2 BẢN CHẤT CỦA SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNGEE2∆E 2E1∆ E1E0Khi không có ánh sáng kích thích thì các electron ở trạng thái cơ bản (trạng tháicó mức năng lượng thấp nhất E 0 ). Khi chiếu chùm tia sáng vào chất màu thì cácelectron chuyển từ mức năng lượng E 0 lên mức năng lượng cao hơn E 1 , E 2 ,E 3 ,…(trạng thái kích thích) nhưng ở thời gian không lâu khoảng 10-8 giây thì nănglượng thừa ∆ E được giải phóng bằng nhiều cách khác nhau: nhiệt, ánh sáng để trở vềmức có năng lượng thấp hơn.Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 1Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010Độ nhạy, độ đúng, độ chính xác của một phép phân tích trắc quang phụ thuộc vàosự hấp thụ chọn lọc ánh sáng (hấp thụ chọn lọc là hấp thụ một phần ánh sáng).1.3 MÀU SẮC VÀ PHỔ HẤP THỤ1.3.1 Cảm nhận màu sắcCác bước sóng điện từ thuộc một khoảng bước sóng nhất định trong miền thấyđược gây những cảm giác màu khác nhau dội vào mắt, những màu này gọi là màu phổ.Ta có thể cảm nhận được 10 màu phổ như sau:Bướcsóng ( λ )400àu sắcsóng ( λ )tí560–435m435–480ch–490–––605500Vàng595lơVàng nhạt580la–sắc595m490Màu580àm480BướcMDacam605–Đỏ730–tía730Lụ500- -560c760Ánh sáng mặt trời bao gồm các tia nhìn thấy và không nhìn thấy được, các tiathấy được chứa đựng 10 màu phổ. Mỗi màu có một cường độ khác nhau, nhưng mà tổhợp các màu này lại thì cho ta một cảm giác màu trắng. Nếu bằng cách nào đó ta loạibớt một màu phổ của ánh sáng trắng thì các màu còn lại sẽ tổ hợp với nhau và gây racảm giác màu, màu này mắt người nhìn thấy được gọi là màu bổ sung.Màu phổ bị hấp thụ + Màu bổ sung → màu trắngVí dụ: Nếu hấp thụ tia màu chàm trong ánh sáng trắng thì màu vàng là màu bổsung.Đồng hồ màu:435400 760730TímTía605ĐỏChàmÁnh480Bài giảng: Chuyên đề phân tíchtrắc quangsángLamTrang 2trắngDaPhan Thịcam595Thiên TrangVàngTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010Trong đồng hồ màu, các màu nằm đối diện với nhau thì bổ sung cho nhau. Khiánh sáng trắng chiếu vào dung dịch màu thì dung dịch màu sẽ hấp thụ một màu phổnào đó và ta nhìn thấy màu bổ sung của màu phổ đó. Như vậy màu quan sát thấy củadung dịch chính là màu bổ sung của màu phổ đã bị dung dịch hấp thụ.Trong các máy so màu quang điện, thì màu quan sát thấy của kính lọc sáng chínhlà màu phổ. Vì cảm giác màu mang tính chủ quan của con người nên có thể sai lệch.1.3.2 Sự liên hệ giữa màu sắc và phổ hấp thụÁnh sáng là một loại bức xạ điện từ có độ dài của bước sóng khác nhau hoặc làmột chùm photon có năng lượng khác nhau. Những dao động điện từ quan trọng nhấtđối với phân tích trắc quang có độ dài sóng sau đây:Độ dài sóng( λnm)< 200200 - 400400 - 800Loại miềnphổMiền sóng rấtngắnMiền phổ tửngoại (UV)Miền phổ khảkiến (VIS)> 800Miền phổ hồngngoại và bướcsóng dàiCác dung dịch màu thường hấp thụ ánh sáng chọn lọc ở một miền phổ nhất định,các dung dịch màu khác nhau hấp thụ cực đại ở những miền phổ khác nhau.1.3.3 Đặc trưng năng lượng của các miền quang phổKhi hấp thụ ánh sáng, năng lượng bên trong (nội năng) của hệ tăng vọt từ E 0 lênmức E 1 cao hơn. Phần năng lượng được hấp thụ tức là lượng photon, nó tỷ lệ với tầnsố dao động của ánh sáng:∆E = E 1 − E 0 = hνTrong đó h là hằng số Plank, h=6,62.10-34J.S =6,62.10-27 eCν=C 3.1017=λλnmBài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 3Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010Trong phân tích quang phổ, người ta dùng đại lượng số sóng ν (cm-1). Số sóng làsố bước sóng trong 1cm).ν.λ = 1cm = 107 nm10 7=> ν =λnmMối liên hệ giữa bước sóng (cm), số sóng (cm-1) và năng lượng của photon∆E của các miền quang phổ được tính theo công thức:6,62.10 −27.3.1017.∆E (eV) = E 1 − E 0 = hν =λnm1cal = 4,18J1J = 107 ec1kcal = 4,2.1010 ec6,62.10 −27.3.1017.6,023.10 23 28466∆E(kcal / mol) ==λnmλnm.4,2.1010λnm200300400500600700800ν(cm −1 )50000333332500020000166671428612500∆E142957157474136* Nhận xét:Năng lượng photon thuộc miền sóng ngắn rất lớn nên khi hấp thụ ánh sáng, phântử cần đo được kích thích mạnh có thể tham gia phản ứng hóa học. Năng lượng photonở miền phổ khả kiến và vùng tử ngoại gần xấp xỉ năng lượng liên kết (chẳng hạn, nănglượng photon ứng với bước sóng bằng 300nm là 95kcal/mol xấp xỉ với nhiệt hìnhthành của CO 2 là 94 kcal/mol). Như vậy các dao động điện từ có thể chuyển cácelectron liên kết lên mức năng lượng cao hơn. Nếu các nguyên tử, phân tử ở trạng tháikích thích có liên kết rất bền, nó chỉ bị kích thích bởi các photon thuộc miền tử ngoại.Liên kết kém bền hơn chỉ có thể được kích thích bởi các photon thuộc miền khả kiến.Còn năng lượng photon thuộc miền hồng ngoại rất bé chúng không thể dùng để kíchthích các điện tử hóa trị gây ra phản ứng hóa học mà chỉ gây ra chuyển động dao vàchuyển động quay của các nguyên tử trong phân tử cũng như dao động của các phân tửquanh trục của nó,Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 4Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa20101.4 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANGChia làm 3 nhóm phương pháp1.4.1 Các phương pháp so màu bằng mắtMắt người là công cụ để thực hiện cân bằng nổi và để xác định nồng độ các hợpchất màu. Việc thực hiện sự cân bằng cường độ màu các dung dịch có thể thực hiệntheo một trong các phương pháp sau:-Phương pháp pha loãng.-Phương pháp dãy màu tiêu chuẩn.-Phương pháp chuẩn độ so màu.-Phương pháp cân bằng.Ưu điểm của phương pháp là thực hiện nhanh, đơn giản, không đòi hỏi các thiếtbị phức tạp, đắt tiền. Nhưng nhược điểm là độ nhạy, độ đúng, độ chính xác của phépphân tích không cao do phụ thuộc vào mắt người quan sát, phụ thuộc vào suy nghĩ chủquan và kinh nghiệm của người phân tích.1.4.2 Các phương pháp so màu quang điệnCác phương pháp so màu quang điện dùng các máy có tế bào quang điện. Trongphương pháp này việc cân bằng cường độ màu không phải thực hiện bằng mắt màdùng các máy có chứa các tế bào quang điện. các phương pháp so màu quang điệnđược chia thành nhiều loại: Sắc kế một tế bào quang điện, sắc kế 2 tế bào quang điện.1.4.3 Các phương pháp so màu quang phổTrong các phương pháp so màu quang phổ sự giảm cường độ dòng sáng sau khiđi qua các dung dịch màu được đo bằng các máy quang phổ hoàn chỉnh có cấu trúcphức tạp. Trong các máy quang phổ hấp thụ phân tử thay cho các kính lọc sáng (somàu quang điện) người ta dùng các thiết bị đặc biệt như lăng kính thạch anh, màngcách tử. Các thiết bị này cho phép tách nguồn ánh sáng ban đầu thành nguồn ánh sánghoàn toàn đơn sắc ứng với bước sóng xác định mà tại đó dung dịch màu hấp thụ ánhsáng là cực đại.-Ánh sáng đa sắc là một chùm foton có năng lượng và bước sóng khác nhau.-Ánh sáng đơn sắc là một chùm foton có cùng năng lượng và bước sóng.Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 5Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010CHƯƠNG 2CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ CỦA SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG2.1 ĐỊNH LUẬT BUGHE – LAMBERTII0rIaIl'IrL (cm)Giả thiết chiếu một chùm sáng đơn sắc có cường độ I 0 đi qua một dung dịch đồngnhất l (cm). Dòng sáng đơn sắc I 0 chiếu qua dung dịch màu bao gồm các thành phần:I a : Cường độ dòng sáng bị hấp thụ bởi dung dịch màu.I r : Cường độ dòng sáng bị phản xạ bởi thành cuvet và dung môi.I l ; Cường độ dòng sáng ló ra khỏi dung dịch màu.Như vậy: I 0 = I a + I r + I lTrong thực tế phân tích trắc quang khi đo mật độ quang thì dung dịch so sánh(mẫu trắng) và dung dịch nghiên cứu được chuẩn bị trong dung môi như nhau và đựngtrong 2 cuvet hoàn toàn như nhau. Vì vậy mà giá trj I r bị triệt tiêu hoàn toàn khi đo.Giả sử lớp dung dịch đồng nhất l (cm) được chia ra nhiều lớp mỏng vô tận dl(cm), dòng ánh sáng đơn sắc có độ dài bước sóng là λ khi chiếu vào lớp mỏng dungdịch này thì cường độ dòng sáng bị giảm đi một lượng là dI (do có sự hấp thụ của lớpdung dịch màu dl).Độ giảm tương đối của cường độ ánh sáng dI/I tỉ lệ với bề dày dl mà dòng sáng điqua nên ta có:−dI= KdlIBài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 6Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010(Trong đó K là hệ số hấp thụ ánh sáng của môi trường).ì dI < 0, K, dl,I >0 nên trong công thức trên có dấu âm. ⇔⇔Il dI∫I0I⇔ ln IdI= −KdlIl= −K ∫ dl0Ill= − KlI00⇔ lnI l – lnI 0 = -Kl⇔ lnI0= KlIl⇔ lgI0=K’lIlĐại lượng lgI0=A (mật độ quang)IlBiểu thức định lượng của định luật: A = lgI0= K’lIlPhát biểu định luật: Lượng tương đối của dòng ánh sáng bị hấp thụ bởi môitrường mà nó đi qua không phụ thuộc vào cường độ tia tới. Mỗi một lớp bề dày nhưnhau hấp thụ một phần ánh sáng đơn sắc đi qua dung dịch như nhau.Ý nghĩa vật lý của hệ số K’:lgI0= K’lIl⇔I0= 10K’lIl⇔Il1= K 'lI 0 10Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 7Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy HòaNếu K’l =1 hay K’ = 1/l thì2010Il=1/10I0Vậy hệ số K’ là đại lượng nghịch đảo với bề dày của lớp dung dịch có khả nănglàm giảm cường độ dòng ánh sáng ban đầu 10 lần.2.2 ĐỊNH LUẬT BEERPhát biểu: Sự hấp thụ dòng quang năng nó tỷ lệ bậc nhất với số phân tử của chấthấp thụ mà dòng quang năng đi qua nó.Riêng đối với các chất màu trong dung dịch thì định luật này được phát biểu nhưsau: Độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu được đặc trưng bởi giá trị mật độ quangcủa nó và tỷ lệ bậc nhất với nồng độ của dung dịch chất hấp thụ.A = lgI0= KCIlVới K là hệ số tỷ lệ, C là nồng độ phức màu.2.3 ĐỊNH LUẬT HỢP NHẤT BUGHE - LAMBERT- BEERQua 2 biểu thức định lượng của 2 định luật trên, cho thấy đại lượng mật độ quangA tỷ lệ bậc nhất với bề dày l của dung dịch và nồng độ chất hấp thụ. Đồng nhất 2 địnhluật trên ta có biểu thức định lượng:A = lgI0= εlCIlTrong đó ε là hệ số hấp thụ phân tử. Đây là đại lượng đặc trưng cho độ nhạy củaphép phân tích. C=AεlNếu ε bé thì C lớn, điều này có nghĩa là chỉ phát hiện cấu tử đó ở nồng độ lớnnên độ nhạy thấp.Nếu ε lớn thì C nhỏ, điều này có nghĩa là có thể phát hiện cấu tử đó ở nồng độnhỏ nên độ nhạy cao.2.4 ĐỊNH LUẬT CỘNG TÍNH2.4.1 Nội DungPhát biểu: Ở bước sóng đã cho mật độ quang của hỗn hợp các cấu tử khôngtương tác hóa học với nhau bằng tổng mật độ quang của các cấu tử riêng biệt ở cùngbước sóng này.Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 8Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010Chứng minh:Giả sử dung dịch chứa hỗn hợp 2 cấu tử màu là 1 và 2 không tương tác hóa họcvới nhau và có khả năng hấp thụ ánh sáng ở một giá trị bước sóng nào đó.Aλh2=lgI0ILCấu tử 1:ACấu tử 2:AAλ1+λ1Aλ2λ2=lgI0I1=lg= lgI1ILI0I+ lg 1 =ILIlAλh2Tổng quát với hệ nhiều cấu tử màu không tương tác với nhau và đều có khả nănghấp thụ ở bước sóng λ nào đó thì:Aλh2=λλ12A +A+…+Aλnn= L ∑ ε iλ .C ii =1Nhận xét: Định luật này là một bổ sung quan trọng cho 3 định luật trên, là cơ sởtoán học cho việc xác định thành phần của hệ nhiều cấu tử.2.4.2 Xác định nồng độ chất trong hỗn hợpNếu các cấu tử trong hỗn hợp không tương tác hóa học với nhau cùng có khảnăng hấp thụ ánh sáng thì ta có thể xác định nồng độ của chúng trong hỗn hợp màkhông cần tách chúng ra khỏi nhau. Chẳng hạn, có một hỗn hợp gồm 3 cấu tử 1, 2, 3có nồng độ tương ứng là C 1 , C 2 , C 3 không tương tác hóa học với nhau và cùng có khảnăng hấp thụ ánh sáng. Để xác định nồng độ của chúng thì trước hết chọn 3 bước sóngmà ở đó các hệ số hấp thụ phân tử là đủ lớn (thường là cực đại). Tiến hành đo mật độquang của hỗn hợp tại các giá trị λ 1 , λ 2 , λ 3 .Tại λ 1 :A λh12 = ε1λ1 lC1 + ε λ21 lC 2 + ε 3λ1 lC3Tại λ 2 :A λh 22 = ε1λ 2 lC1 + ε λ2 2 lC 2 + ε 3λ 2 lC3Tại λ 3 :A λh 32 = ε1λ3 lC1 + ε λ2 3 lC 2 + ε 3λ3 lC3Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 9Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010Các giá tri A hỗn hợp và ε i xác định bằng thực nghiệm. Giải hệ 3 phương trìnhtrên tìm được C 1 , C 2 , C 3 .2.5 CÁC NGUYÊN NHÂN LÀM SAI LỆCH ĐỊNH LUẬT LAMBERT – BEERCó 6 nguyên nhân:1. Sự có mặt của các chất điện giải lạ trong dung dịch nó làm biến dạng các phântử màu → Thay đổi độ hấp thụ làm lệch khỏi định luật Beer.VD: phản ứng ion KL + Thuốc thử hữu cơ → phức màuNếu có ion lạ ⇒ Thay đổi lượng phức màu.2. Ảnh hưởng của hiệu ứng sonvat hóa hay hidrat hóa: Nó làm thay đổi nồng độphần mol của dung môi → Nồng độ chất màu cũng thay đổi → độ hấp thụ thay đổi →lệch định luật Lambert-Beer3. Ảnh hưởng của hiệu ứng liên hợp: Trong một số trường hợp bản thân của chấthấp thụ xảy ra hiện tượng polime hóa (ở khoảng nồng độ cao) nó làm thay đổi nồng độhấp thụ nên lệch khỏi định luật Lambert - Beer4. Ảnh hưởng mức độ đơn sắc của ánh sángNếu chiếu vào chất màu ánh sáng:-Tuyệt đối đơn sắc thì không lệch khỏi định luật Lambert-Beer.-Không tuyệt đối đơn sắc hoặc đa sắc thì lệch khỏi định luật Lambert-Beer5. Ảnh hưởng pH của dung dịch: Xét 4 trường hợpa. Thuốc thử có đặc tính axitVD: Mn+ + nHR  MR n + nH+Khi pH thay đổi thì cân bằng trên chuyển dịch làm thay đổi nồng độ của phảnứng màu → Thay đổi độ hấp thụ nên lệch khỏi định luật lambert-Beer.b. Khi pH thay đổi thì dạng tồn tại và màu của dung dịch cũng thay đổi, nó làmthay đổi độ hấp thụ → làm lệch khỏi định luật Lambert- Beer.VD: Cr 2 Ο 72− + H 2 O  2Cr Ο 24− + 2H+Da camvàngc. Khi pH thay đổi thì thành phần và màu sắc của phức màu cũng thay đổi tức làthay đổi độ hấp thụ nên lệch khỏi định luật Lambert-Beer.VD: Phức giữa Fe3+ và axit sunfosalixilicBài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 10Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010Fe3+ + H 3 SSal (H 3 SSal thực ra chỉ có 2H+)Ở pH : 1,8  4 : FeSSal+ (1:1) đỏ tímỞ pH: 5  8 : Fe(SSal) −2 (1:2) đỏ camỞ pH: 8 10 : Fe(SSal) 33− (1:3) vàngd. Khi tăng pH (đến môi trường bazơ mạnh) thì thường xảy ra quá trình cạnhtranh giữa phức màu và phức hidroxo  làm thay đổi nồng độ phức màu  thay đổiđộ hấp thụ nên làm lệch khỏi định luật lambert- Beer.6. Ảnh hưởng của sự pha loãngKhi pha loãng dưng dịch phức màu thì làm tăng độ phân li của phức màu, làmgiảm nồng độ của chất hấp thụ ánh sáng -> làm lệch định luật Beer.a. Pha loãng phức màu bằng dung môi không có lượng dư thuốc thử- Giả sử dung dịch phức màu có nồng độ ban đầu là C, độ điện li α . Tiến hànhpha loãng dung dịch phức màu nhiều lần, mỗi lần bằng một thể tích dung môi nhưnhau và bằng thể tích dung dịch ban đầu.Sau lần pha loãng thứ nhất phức màu có nồng độ C 1 và độ điện ly α 1 .Sau lần pha loãng thứ hai phức màu có nồng độ C 2 và độ điện ly α 2 .………Sau lần pha loãng thứ n phức màu có nồng độ C n và độ điện ly α n .Xét cân bằng phân ly của phức màu: M +MRRBan đầuC00Phân lyCαCαCαC(1- α )CαCαCân bằngTheo định luật tác dung khối lượng, ta có: K kb =[M ][R ] = Cα 2[MR ] 1 − αNếu phức khá bền thì α rất nhỏ nên 1- α ≈ 1.=> K kb = C α 2 => α =K kbC(*)( các K kb là những hằng số nhiệt động chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ không phụthuộc vào các yếu tố khác như sự pha loãng,…).Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 11Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010K kb = C α 2 = C 1 α12 = C 2 α 22 = …..= C n α 2nTa có: C n =Cnα n = α n (**)Gọi ∆ là độ lệch khỏi định luật Lambert-Beer.Ta có A tỉ lệ thuận vớ [MR] nên A tỉ lệ thuân với 1 - αNếu gọi hệ số tỷ lệ là K thì:A=K(1- α )A n = K(1- α n )Ta có A > A n vì C > C n∆=A − An= αn - αA=> ∆ = α n - α = α ( n -1) =Hay ∆ % =K kb( n -1)CK kb( n -1) 100%.CNhận xét: Để giảm độ lệch khỏi định luật lambert-beer thì:-K kb càng bé thì phức càng bền thì sự pha loãng càng tốt.-Nồng độ phức ban dầu không quá bé.-Số lần pha loãng phải vừa phải.b. Pha loãng phức màu bằng dung môi với lượng dư thuốc thử (dư p phần)Giả sử nồng độ ban đầu của kim loại là C M nồng độ của thuốc thử là C R , phứcmàu có độ điện li là α . Tiến hành pha loãng phức màun lần, mỗi lần bằng một lượngdung môi như nhau và bằng thể tích dung dịch phức màu ban đầu.Xét cân bằng phân li của phức màu:MR M +RBan đầuC0pCPhân lyCαCαCαC(1- α )CαC(p+ α )Cân bằngBài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 12Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010Theo định luật tác dung khối lượng, ta có: K kb =[M ][R ] = Cα(p + α) = Cpα[MR ]1− α(Nếu phức khá bền thì α rất nhỏ nên 1- α ≈ 1)=> α =K kbpCTương tự lập luận như phần a ta tính được: α n =n α∆=A − An= α n - α = α (n-1)A∆=K kbK(n − 1) hay ∆ %= kb (n − 1) .100%pCpCNhận xét:-K kb càng bé hay phức càng bền thì pha loãng càng tốt.-Nồng độ ban đầu của phức không quá bé.-Số lần pha loãng phải vừa phải.c. Pha loãng phức màu bằng một dung dịch thuốc thử có nồng độ hằng địnhXét cân bằng phân ly của phức màu:MR M +RBan đầuC0aPhân lyCαCαaC(1- α )CαaCân bằngTheo định luật tác dung khối lượng, ta có: K kb =[M][R ] = αa = aα[MR ] 1 − αMà K kb , a là hằng số nên khi pha loãng α là hằng số. Nên trường hợp này khônglàm lệch định luật Lambert-Beer. Nhưng trong thực tế rất khó thực hiện điều kiện khipha loãng mà nồng độ thuốc thử là hằng định.* Kết luận: Để hạn chế những ảnh hưởng trên khi phân tích so màu, ngườitiến hành thực nghiệm cần phải:- Chọn những tia đơn sắc thích hợp hay chọn bước sóng tối ưu khi phân tích trắcquang trên máy quang phổ.Ví dụ 1: Khi phân tích chlorophyll ta chọn bước sóng tối ưu ở 430nm hoặc ở660nm. Nhưng chọn ở 430nm tốt hơn do có độ nhạy của phép phân tích cao hơn.Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 13Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010Ví dụ 2: Khi phân tích carotene chọn bước sóng tối ưu ở 448nm hoặc 474nm.Nhưng ở 448nm thì nhạy hơn do có mật độ quang lớn hơn.Ví dụ 3: Nếu trong dung dịch có cả chlorophyll và caroten thì khi đo chlorophyllnên đo ở bước sóng tối ưu là 660nm (tại bước sóng này caroten không cản trở). Nếu đocaroten thì đo ở 474nm (tại bước sóng này chorophyll cản trở ít).- Chọn thuốc thử và xác định lượng thuốc thử thích hợp.- Chọn giá trị pH tối ưu.- Đối với những dung dịch màu kém bền cần chú ý đến sự pha loãng.- Cần chuẩn bị dung dịch nghiên cứu, dung dịch tiêu chuẩn, mẫu trắng (phươngpháp so màu bằng máy) phải song song và trong những điều kiện giống nhau hoàntoàn,…..Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 14Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa20102.6 ẢNH HƯỞNG CỦA ION LẠ ĐẾN MÀU CỦA DUNG DỊCH VÀ CÁCHLOẠI TRỪPhương pháp phân tích đo màu thường dùng để xác định một phân tử hay một iontrong một đối tượng phức tạp. Khi phân tích sau khi hòa tan mẫu cân được một dungdịch, trong đó ngoài cấu tử cần xác định, còn có nhiều cấu tử khác gây cản trở phépphân tích cấu tử chính.2.6.1 Khái niệm:Ion lạ hay chất lạ: Là những ion (chất) gây cản trở phép phân tích.Ví dụ khi phân tích Fe3+ bằng thuốc thử SCN- thì Co2+ cản trở phép phân tích. Ngườita gọi Co2+ là ion lạ. Ngược lại nếu phân tích Co2+ bằng SCN- mà trong dung dịch cóFe3+ thì gọi Fe3+ là ion lạ.2.6.2 Nguyên nhân ion lạ cản trở phép phân tích- Do ion lạ có màu riêng. Ví dụ phân tích Co2+ có màu hồng, bị Ni2+ màu xanhlục cản trở.- Do ion lạ tác dụng với thuốc thử tạo phức có màu hay không màu.- Do ion lạ tác dụng với ion cần xác định.Do đó trong phân tích trắc quang cần phải loại bỏ ảnh hưởng của các ion lạ đếnmàu sắc của dung dịch. Để loại trừ ảnh hưởng này, chúng ta có thể sử dụng phươngpháp vật lý hay hóa học.2.6.3 Các biện pháp loại trừ ion lạ2.6.3.1 Dùng lượng thuốc thử thích hợpĐể ion lạ không tác dụng với thuốc thử hoặc có tác dụng nhưng với lượng khôngđáng kể nên không gây cản trở phản ứng của ion cần xác định với thuốc thử2.6.3.2 Dùng chất che dấuChất che là chất kìm hãm hay triệt tiêu ảnh hưởng của ion lạ đến phép phân tích.Điều kiện của chất che là:- Chất che phải không màu.- Phức của chất che với ion lạ phải không màu và bền hơn phức giữa ion lạ vớithuốc thử.Ví dụ: Khi định lượng Co2+ bằng thuốc thử SCN- theo phương pháp trắc quangthì bị Fe3+ cản trở phép phân tích Co2+. Do :Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 15Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010Co2+ + SCN- Co(SCN) 2 màu xanhFe3+ + SCN- FeSCN2+ màu đỏ.Để Fe3+ không cản trở phép phân tích, dùng F- để che Fe3+:Fe3+ + 6F- FeF 36− (không màu)Và β FeF3−6= 105,17 > β FeSCN2+= 102,142.6.3.3 Làm thay đổi hóa trị của ion lạBằng cách này đơn giản không có giá trị tổng quát như các phương pháp trênnhưng trong một số trường hợp hay được sử dụng trong thực tế.Ví dụ: Xác định Ni2+ bằng đimetylglioxxim (C 4 H 8 O 2 N 2 ) khi có mặt của Fe2+, taloại trừ ảnh hưởng của nó bằng cách oxy hóa Fe2+ thành Fe3+.Khi ion lạ có màu riêng nó sẽ gây ảnh hưởng rất lớn cho việc phân tích đo màu,trường hợp này rất phức tạp và gây nhiều khó khăn. Để loại trừ ảnh hưởng của cácion lạ này, ta thường dùng phương pháp hóa học để tách như kết tủa, chiết, sắc kýtrao đổi ion,….Tuy nhiên trong nhiều trường hợp không cần phải tách mà đo cường độ màu củadung dịch bằng phương pháp dãy màu tiêu chuẩn và bổ chính là đơn giản và tiện lợi.Nếu cực đại hấp thụ ánh sáng của chất cần xác định với các ion lạ khác nhau khá xa.Ngoài ra đo bằng máy ta vẫn thu được kết quả tốt, trước tiên ta đo mật độ quangcủa dung dịch khi chưa thêm thuốc thử ở vùng phổ hấp thụ cực đại của phức màu cầnxác định là A 1 . Sau đó ta thêm thuốc thử vào và lại đo mật độ quang tại vùng phổ đóđược A 2 . Hiệu số A 2 -A 1 tỷ lệ với nồng độ của cấu tử cần định lượng.Khi xác định các cation bằng phương pháp đo màu cần kể đến sự có mặt của cácanion có khả năng tạo với ion cần xác định, những hợp chất ít phân li hay phức. Loạibỏ ảnh hưởng của các anion thường dễ hơn là loại bỏ cation, hơn thế nữa anionthường được đưa vào cùng với dung môi, mà lựa chọn dung môi trong chừng mựcnhất định lại tùy thuộc vào người phân tích.Các anion thường gây ảnh hưởng cho việc xác định đo màu là Cl-, SO 4 2,….Chúng thường liên kết với cation cần xác định tạo thành các phức không màu dẫnđến phức giữa ion cần xác dịnh với thuốc thử không hoàn toàn. Thông thường để giảmảnh hưởng của các anion kể trên, người ta thêm lượng ion lạ vào dung dịch tiêu chuẩnđúng bằng lượng ion đó trong dung dịch khảo sát.Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 16Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010Nếu loại trừ ion lạ bằng các phương pháp trên mà vẫn không có hiệu quả thì taphải dùng phương pháp tách ion cần xác định ra khỏi ion lạ. Có 3 cách tách thườngdùng nhất là kết tủa và cộng kết, chiết.2.6.3.4 Tách bằng phương pháp kết tủaPhương pháp đo màu thường dùng để xác định một lượng nhỏ nguyên tố nào đótrong một lượng lớn các chất khác. Nên muốn tách bằng phương pháp kết tủa ta phảitách theo nguyên tắc là kết tủa nguyên tố cần định lượng, chứ không phải kết tủa ionlạ. Bởi vì nếu kết tủa lượng lớn các chất cản trở sẽ kéo theo nguyên tố cần định lượngkết tủa theo (cộng kết). Do đó mất một lượng nguyên tố cần định lượng.Tách bằng phương pháp kết tủa thường cho kết quả âm và chỉ dùng khi khôngcòn có phương pháp nào tốt hơn.2.6.3.5 Tách ion lạ (chất lạ) bằng phương pháp chiếtVí dụ : để tách và làm giàu ion Pb2+ trong mẫu nước, dùng thuốc thử đithizone chovào mẫu nước, phức chì đithizonat sinh ra được chiết bằng dung môi CCl 4 .2.6.3.6 Các phương pháp khácNgoài các phương pháp loại trừ các ion lạ trên, ta có thể dùng các phương phápkhác như: sắc ký trao đổi ion, sắc ký giấy,…2.7 ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHÉP ĐO MẬT ĐỘ QUANG2.7.1 ĐỘ TRUYỀN QUANG (T)Tỉ số cường độ dòng sáng đơn sắc đi qua dung dịch I L và cường độ dòng sángban đầu I 0 gọi là độ truyền quang TT=IILI=> lg T = lg L => lg 0 = -lgT = AI0I0ILNếu T% = T.100% thì: A = - ( 2+ lgT%)=> T% = 102-A2.7.2 Độ chính xác của phép đo mật độ quangGiả sử có một máy đo nào đó, ứng với mọi phép đo, độ truyền quang T gây nênsai số dT dẫn đến sai số mật độ quang dA tương ứng khác nhau. Tùy thuộc dA tươngứng với miền nào của giá trị mật độ quang đo được. Mặt khác A phụ thuộc tuyến tínhvào C nên kết quả là với cùng một sai số dT của máy tại các miền đo khác nhau có thểgây sai số dC khác nhau. Do đó, sai số tương ứng∆Csẽ khác nhau.CTa có A = εlCBài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 17Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy HòaC=2010A − lg T=εlεl=>− ln TdT= C lấy vi phân ta được: dC =2,303εl2,303εlT=>∆C∆T∆TdCdThay== 0,434=CT. ln Tlg T.TC T. ln TTa có thể khảo sát sự biến thiên của sai số tương đối∆Ctrong suốt khoảng giá trịCcó thể có của T ( từ 0 đến 1) với sai số ∆T cho trước. Kết quả khảo sát được biểu diễnbằng đồ thị sau:∆CC2070T%Vậy với giá trị mật độ quang là 0,434 thì phép đo sẽ có sai số tương đối nhỏ nhấthay giá trị đo được chính xác nhất.Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 18Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010CHƯƠNG 3PHỔ HẤP THỤ VÀ CÁC PHẢN ỨNG TẠO THÀNH HỢPCHẤT MÀU3.1 CÁCH BIỂU DIỄN MỘT PHỔ HẤP THỤ3.1.1 Các cách biểu diễnNếu biểu diễn phổ hấp thụ theo dạng A = f( λ ) thì cần phải ghi rõ bề dày củacuvet và nồng độ của dung dịch màu.Nếu biết rõ thành phần và trạng thái cân bằng của hợp chất màu thì phổ hấp thụđược biểu diễn dưới dạng .εAε maxAmaxλ maxλ maxλλ3.1.2 Nửa bề rộng của vạch phổ hấp thụLà khoảng cách ứng với một nửa giá trị mật độ quang cực đại.Aa = λ''A / 2 - λ'A / 2Amaxaλ' A / 2λ maxλ''A / 2λĐối với một số phân tử đơn giản thì nửa bề rộng của vạch phổ hấp thụ là khoảng80nm – 100nm, các phổ phức tạp thì thường có nhiều vạch phổ chúng có thể xen phủlên nhau.3.1.3 Ý nghĩa của phổ hấp thụ ánh sáng trong phân tích trắc quangBài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 19Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010Phổ hấp thụ càng rộng thì việc phân tích hỗn hợp nhiều cấu tử càng khó khăn vìcó sự chồng các phổ lên nhau.Nếu phổ càng hẹp thì việc phân tích hỗn hợp nhiều cấu tử càng dễ dàng, tínhAchọn lọc cao. AAmaxAmaxλ 1maxλ 2maxλ 1maxλ 2maxλλ2 phổ chồng lên nhau nên khó xác định2 phổ không chồng lên nhau nên khó3.2 Sự xen phủ giữa 2 phổ hấp thụ và sự đẳng quang(Điểm đẳng quang là điểm có mật độ quang bằng nhau)Trong trường hợp đơn giản các vạch phổ hấp thụ của các cấu tử riêng biệt phânbố xa nhau. Nếu khoảng cách giữa các vị trí cực đại lớn hơn tổng các giá trị nửa bềrộng hấp thụ thì các vạch phổ ít xen phủ lên nhau. Ngược lại nếu khoảng cách giữa cácvị trí cực đại bé hơn tổng các giá trị nửa bề rộng hấp thụ thì có các điểm cắt nhau(điểm này gọi là điểm đẳng quang). Trong phân tích trắc quang các hệ chứa 2 cấu tửmàu thường gặp là:-Hệ gồm thuốc thử hữu cơ H n R có màu và phức có màu.- Hệ chứa các chất chỉ thị pH: Khi pH thay đổi hoặc nồng độ của thuốc thử thayđổi thì có sự tạo phức với các thành phần khác nhauMR + (n-1)R  MR nKhi có sự chuyển dịch cân bằng tức là có sự chuyển một dạng cấu tử màu nàythành một dạng khác thì cực đại của vạch phổ tương ứng giảm đi còn cực đại của vạchphổ kia tăng lên. Sau đây là phổ hấp thụ của 2 cấu tử màu 1 và 2 ở trạng thái cân bằngkhi chúng có các tỷ lệ khác nhau:Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 20Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy HòaAI2010IIAε1 = ε 22431λ đẳng quang500nm(1)(2)(3)(4)I : II = 8 : 2I : II = 6 : 4I : II = 4 : 6I : II = 2 : 8λ nm600nm( Với C I + C II = hằng số)Các bước sóng cực đại cách nhau 100nm.Tai điểm cắt A thì ε1 = ε 2 = ε đẳng quang.Áp dụng định luật cơ sở của sự hấp thụ ánh sáng: A = A I + A II . Nếu l = 1cm thì:A = ε1 .C I + ε II C II . Tại điểm đẳng quang A thì ε1 = ε 2=> A = ε dangquang.(C I + C II )Vì C I + C II = hằng số nên ε đẳng quang là hằng số => A đẳng quang là hằng số.Như vậy ở bất kỳ sự chuyển dịch cân bằng nào giữa 2 cấu tử màu thì giá trị Ađẳng quang là không đổi.Lưu ý: Nếu một cấu tử xác định tạo được một vài hợp chất màu có thành phần vàmàu sắc khác nhau phụ thuộc vào pH, nhiệt độ lúc đó một thay đổi nhỏ của nồng độpH hay nhiệt độ, có thể gây ra sự thay đổi mật độ quang nếu đo ở các λ max.Tuynhiên, nếu đo mật độ quang ở bước sóng ứng với điểm đẳng quang thì các thay đổinhiệt độ, nồng độ, pH sẽ không ảnh hưởng, lúc đó độ tin cậy của phép đo tăng lên rõrệt, tuy độ nhạy có giảm đi so với ta đo ởλ max.3.3 Đo mật độ quang khi hệ chứa 2 cấu tử có màu:Trong phân tích trắc quang phản ứng có độ nhạy cao là phản ứng giữa ion kimloại và thuốc thử màu hữu cơBài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 21Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010Mn+ + HnR  MR + nH+HnR và MR đều có màu, phổ của chúng thường xen phủ lên nhau vì vậy để đomật độ quang của phức màu. Trước hết ta cần chọn bước sóng tối ưu.Có nhiều cách chọn λ tối ưu, thông thường người ta chỉ chọn λ tối ưu sao choA lớn nhất:Đầu tiên vẽ phổ hấp thụ của phức và thuốc thử trên cùng hệ trục tọa độ. Chọn λtối ưu sao cho A = A phức – A thuốc thử = MaxAHnRλ tối ưuλ maxλNếu đo A tại λ max, tuy độ nhạy của phép phân tích có cao nhưng độ tin cậykhông cao vì thuốc thử hấp thụ đáng kể.Nếu đo mật độ quang tại A ( λ tối ưu) tuy độ nhạy có giảm nhưng độ tin cậy củaphép đo tăng lên rõ rệt.Ví dụ : Cách xác định bước sóng tối ưu khi đo chất màu Arsenazo III và phức củanó với Er. Từ 2 đồ thị, nhận thấy nên chọn bước sóng 652 để đo vì tại bước sóng nàymật độ quang của phức màu là lớn nhất và không bị thuốc thử dư cản trở.AsO3H2N=NHO3SOHOHH2O3AsN=NSO3HBài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 22Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa20103.4 Các tiêu chuẩn thuốc thử hữu cơ dùng trong phân tích trắc quangHnRa)  λ max = λMRmax − λ max ≥ 100( nm )b) Xét hiệu tương đối:ε MR≥2ε HnRc) ε MR − ε HnR càng lớn càng tốt3.5 Nghiên cứu các phản ứng tạo phức màuTrong phân tích trắc quang thường dùng các phản ứng tạo phức màu, các phảnứng tạo phức màu phải thỏa mãn các yêu cầu sau:- Phức màu phải có độ bền cao (vì cường độ màu tồn tại lâu và ion kim loạichuyển vào phức hoàn toàn) để chuyển các ion kim loại cần xác định vào phức-Phản ứng tạo phức màu phải xảy ra hoàn toàn.-Phức màu phải có thành phần không đổi.-Phức màu có hệ số hấp thụ phân tử càng cao thì càng tốt.Để nghiên cứu 1 hệ phức màu thường tiến hành theo các giai đoạn sau:1. Chụp phổ hấp thụ của thuốc thử và phức.2. Chọn các điều kiện tạo phức tối ưu:- Chọn λ tối ưu.- Thời gian tối ưu.- Trong 1 vài trường hợp phải tìm nhiệt độ tối ưu.- Thứ tự thêm thuốc thử.- Nồng độ thuốc thử tối ưu.Bài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 23Phan Thị Thiên TrangTrường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa2010- pH tối ưu.3. Xem xét khả năng chiết phức bằng các dung môi hữu cơ. Nghĩa là dùng dungmôi hữu cơ để chiết phức ra khỏi hỗn hợp.4. Xác định thành phần phức bằng các phương pháp độc lập.5. Xác định các tham số định lượng của phức:- Hệ số hấp thụ phân tử của phức.- Hằng số không bền của phức.- Nghiên cứu cơ chế tạo phức.6. Xác định cấu tạo giả định của phức (vì mới dự đoán sơ bộ)7. Xây dựng đường chuẩn xác định khoảng nồng độ tuân theo định luật LambertBeer.8. Xác định nguyên tố mẫu giả9. Xác định các nguyên tố cản trở của phép phân tích10. Xây dựng đường cong chuẩn có mặt của 1 số ion cản trở11. Xác định nguyên tố trong hỗn hợpBài giảng: Chuyên đề phân tích trắc quangTrang 24Phan Thị Thiên Trang