Tiểu luận Phương pháp phân tích phổ huỳnh quang

Nội dung text: Tiểu luận Phương pháp phân tích phổ huỳnh quang

1. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang A. MỞ ĐẦU Ho¸ häc nãi chung vµ ho¸ häc ph©n tÝch nãi riªng ph¸t triÓn m¹nh mÏ vÒ c¶ l­îng vµ chÊt cïng víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc vµ kÜ thuËt. Ngµy nay nhiÒu ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch míi ra ®êi chóng ta cã thÓ t×m ra c¸c chÊt d¹ng vÕt vµ l­îng vÕt, trong ®ã cã sù ®ãng gãp cña ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ ph¸t quang. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ ph¸t qaung ra ®êi t­¬ng ®èi sím vµ ®· ®­îc øng dông t­¬ng ®èi nhiÒu trªn thÕ giíi. NhiÒu nhµ khoa häc, nhiÒu ngµnh ®· øng dông ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ ph¸t quang ®Ó ®Þnh tÝnh vµ ®Þnh l­îng c¸c chÊt nh­: trong c«ng nghÖ quang häc, trong c«ng nghiÖp giÊy, c«ng nghiÖp nhùa, c«ng nghiÖp chÕ biÕn ®¸ quý, còng nh­ øng dông ®Ó ph©n tÝch vµ t×m ra c¸c nguyªn tè ®Êt hiÕm, c¸c hîp chÊt uran vµ ph©n tÝch c¸c hîp chÊt cã ho¹t tÝnh sinh häc, c¸c s¾c tè Nãi chung ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ ph¸t quang cã ph­¬ng ph¸p t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n vµ thiÕt bÞ rÎ tiÒn nªn ®· ®­îc ¸p dông kh¸ réng r·i trong c¸c ngµnh s¶n xuÊt, ®êi , sinh häc vµ m«i tr­êng Tuy nhiªn ë ViÖt Nam ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ ph¸t quang ®­îc ¸p dông kh«ng ®­îc phæ biÕn vµ réng r·i b»ng ph­¬ng ph¸p tr¾c quan. V× vËy, ®Ó hiÓu râ còng nh­ ®i s©u vµo viÖc øng dông ph©n tÝch c¸c chÊt, chóng t«i tiÕn hµnh nghiªn cøu và chọn phương pháp phân tích phổ phát quang làm đề tài tiểu luận của mình. Trong quá trình nghiên cứu, do đặc thù của phương pháp nên thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để tiểu luận này được hoàn thiện và có ứng dụng trong đời sống -1-
2. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang B. NỘI DUNG 1. Giới thiệu về phương ph¸p ph¸t quang 1.1. khái niệm vµ ph©n lo¹i về hiện tượng phát quang [1,2,3,4] 1.1.1. khái niệm Một chất khi hấp thu năng lựơng ở một giới hạn nào đó, sẽ làm kích thích hệ electron của ph©n tử. Ở một trạng thái kích thích phân tử chỉ tồn tại một khoảng thời gian rất ngắn kho¶ng 10 -8 giây, nó lập tức trở về trạng thái cơ bản ban đầu và giải toả năng lượng đã hấp thu dưới dạng ánh sáng, hiện tượng đó gọi là phát quang. Ta có thể mô tả theo sơ đồ sau đây I ph©n tö I I 0 ph¸t quang I0 Iph¸t quang Hình 1.1. S¬ ®å ph¸t quang do kÕt qu¶ hÊp thô chïm bøc x¹ I0 cña ph©n tö Hoá học phân tích nghiên cứu và sử dụng hiện tượng này để định lượng và định tính các chất phân tích gọi là phương pháp phân tích phát quang(huúnh quang) 1.1.2 Phân loại ph¸t quang Tuỳ theo nguồn gốc kích thích khác nhau như do ma sát, nhiệt, hiệu ứng các phản ứng hoá học, tác nhân chiếu xạ của các bức xạ điện từ người ta phân loại các dạng phát quang khác nhau: - Một chất phát sáng do bắn vào nó một chùm electron gọi là phát quang âm cực - Phá vỡ tinh thể của một chất bằng phương pháp cơ học mà nó phát sáng thì sự phát quang đó là phát quang ma sát - Nếu năng lượng của một phản ứng hoá học giải toả dươí dạng ánh sáng thì gọi là hoá phát quang - Nếu phân tử được kích bằng ánh sáng tử ngoại và phát sáng thì sự phát sáng đó gọi là quang phát quang 1.1.3. Ph©n lo¹i ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch ph¸t quang. -2-
3. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang Khi nói phương pháp phân tích ph¸t quang thì ta hiểu đó là phương pháp quang phát quang và có thể chia thành hai loại sau đây: - Phân tích dựa trên sự quan sát trực tiếp chất phát quang. - Phân tích dựa trên sự chuyển cấu tử cần phân tích thành hợp chất phát quang. 1. 2. Nguyên tắc của phương pháp phân tích ph¸t quang [1,3,5] Trong phân tích ph¸t quang người ta đo cường độ của dòng sáng phát quang của chất phân tích phát ra (Ipq). Khi phân tử hấp thụ ánh sáng một phần năng lượng hấp thụ của ánh sáng (Eht) chuyển thành nhiệt, do đó năng lượng của những lượng tử ánh sáng thoát ra khi phát quang(Epq) phải nhỏ hơn n¨ng l­îng ¸nh s¸ng hÊp thô Eht . + hγ  + hγ + phÇn tö phÇn tö 1 Q Như vậy trong phát quang thường có hệ thức : Eht > Epq do Eht = Epq + Q c c Nªn: hγht > hγpq  h > h  ht px Suy ra: λht < λpx (1.1) Quy luật này do Stock tìm ra gọi là quy tắc Stock. Nội dung : So với phổ hấp thụ, phổ phát quang bao giờ cũng chuyển dịch về bước sóng dài hơn (Hình 1.2 ) A Ipqq 1 2 λht λpq λnm Hình 1.2. Phæ hÊp thô(1) vµ phæ ph¸t quang (2) §ộ chuyển dịch Stock càng lớn thì ánh sáng kích tách ra càng dễ và càng dễ triệt tiêu ảnh hưởng nền của nó đối với việc đo bức xạ ph¸t quang. Đối với nhiều chất phổ hấp thụ và phổ ph¸t quang đối xứng nhau qua gương (H 1.2). Quy tắc này do Lepsin phát hiện ra và gọi là quy tắc Lepsin 1.3. Một số đại l­îng dïng trong phân tích ph¸t quang 1.3.1 Hiệu suất lượng tử, hiệu suÊt năng lượng [1,24,5] -3-
4. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang Mét trong nh÷ng quy luËt ph¸t quang quan träng lµ mèi liªn hÖ gi÷a c­êng ®é ¸nh s¸ng kÝch thÝch vµ c­êng ®é ¸nh s¸ng ph¸t quang. §iÒu nµy ®· ®­îc Vavill«p nghiªn cøu vµ ®· t×m ra quy luËt sau: Trong một miền phổ nhất định, hiệu suất lượng tử không phụ thuộc vào độ dài sóng của ánh sáng kích thích. Tỉ số giữa số lượng tử phát quang (N pq)và số lượng tử hấp thụ (N ht) gọi là hiệu suất lượng tử (Q) N Q = pq (1.2) Nht Hiệu suất nặng lượng (B) là tỉ số giữa năng lượng phát quang (E pq) và năng lượng hấp thụ(Eht) E B = pq (1.3) Eht hc hc MÆt kh¸c: e = , E = N.e = N. (1.4)   Thay (1.4) vµo (1.3) ta cã: N   B = pq . ht = Q. ht (1.5) Nht pq pq Phương trình (1.5) trên cho thấy mối quan hệ giữa hiệu suất năng lượng B và hiệu suất lượng tử Q. Theo ®Þnh luËt Vavilôp Q không phụ thuộc vào độ dài sóng của ánh sáng kích thích, nên phổ phát quang λ pq cũng không phụ thuộc vào λht. Như vậy hiệu suất lượng tử B giảm khi giảm độ dài sóng của ánh sáng kích thích λht Phæ ph¸t quang ®­îc quyÕt ®Þnh bëi tËp hîp c¸c møc n¨ng l­îng cña ph©n tö, muèn kÝch thÝch ph©n tö ng­êi ta th­êng dïng ¸nh s¸ng tö ngo¹i cã n¨ng l­îng lín, kÕt qu¶ lµ tØ lÖ n¨ng l­îng kh«ng chuyÓn thµnh ¸nh s¸ng mµ chuyÓn thµnh nhiÖt. Tuy nhiªn sù mÊt n¨ng l­îng nµy lµ kh«ng quan träng . 1.3.2. Cường độ ánh sáng phát quang [1,2,4] Cường độ ánh sáng phát quang tỉ lệ với số lượng tử phát quang Ipq = x . Npq = x . Q . Nht (1.6) x: hệ số tỉ lệ Nht tỉ lệ với cường độ ánh sáng hấp thụ -εlC Nht= I0 – I =I0(1- 10 ) (1.7) Trong đó : ε : hệ số hấp thụ phân tử l: chiều dày của lớp dung dịch c: nồng độ -εlC Từ 1.4 và 1.5 suy ra: Ipq = x.Q.I0. (1- 10 ) (1.8) 2 3 -εlC -2,3εlC (2,3lC) (2,3lC) Khai triển 10 = e = 1 – 2,3εlC + - + 2! 3! vì εlC << 10-2 nên 10-εlC ≈ 1- 2,3εlC (1.9) Suy ra I pq = x.Q.I0. 2,3εlC = k.I0Cl (1.10) -4-
5. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang Cường độ bức xạ ph¸t quang tỉ lệ thuận với cường độ dòng sáng kích thích và nồng độ chất phát quang. 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát quang Hiệu suất năng lượng B, cường độ bức xạ Ipq phụ thuộc vào nhiều yếu tố : 2.1. ¶nh hưởng của ánh sáng kích thich [1,2] Khi nghiên cứu sự kích thích phát quang bằng ánh sáng đơn sắc Vavilôp đã phát hiện hiệu suất năng lượng B phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích và đã rót ra định luật sau đây: Khi tăng bước sóng ánh sáng kích thích hiệu suất ph¸t quang tăng nhưng tăng đến một giá trị giới hạn nào đó thì giảm xuống rất nhanh khi bước sóng tiếp tục tăng (H 2.1) Ta cã thÓ giải thích ®Þnh luËt nh­ sau: Bức xạ ph¸t quang chỉ phát xạ khi chất hấp thụ một năng lượng đủ lớn để chuyển electron của phân tử lên trạng thái kích thích. Nếu dùng ánh sáng kích thích có năng lượng lớn thì cũng chuyển hệ electron của phân tử lên trạng thái kích thích, năng lượng biến thành bức xạ ph¸t quang sẽ không đổi, năng lượng còn dư sẽ biến thành nhiệt. Nếu λ của ánh sáng kích thích tăng lên mà cường độ bức xạ ph¸t quang không đổi, tức là hiệu suất ph¸t quang tăng. Nhưng nếu λ của ánh sáng kích thích tiếp tục tăng lúc này năng lượng của ánh sáng kích thích không đủ lớn để chuyển hệ electron của phân tử lên trạng thái kích thích, do đó sẽ không có hiện tượng phát quang, tức là sự phát quang sẽ tắt B λht Hình 2.1. Sù phô thuéc hiÖu suÊt ph¸t quang (B) vµo b­íc sãng ¸nh s¸ng kÝch 2. 2. Ảnh hưởng của nồng độ chất phát quang [1,2,3] Theo phương trình 1.10 Ipq = k.C.Io.l K là hệ số phụ thuộc vào bản chất phát quang , bề dày của dung dịch Khi I0 không đổi thì Ipq tỉ lệ thuận với C. Ipq tăng khi C tăng, song sự tăng đó chỉ trong một giới hạn thấp. Nếu tăng vượt quá giới hạn đó thì cường độ phát quang tăng rất ít và dần dần sẽ dẫn tới tắt hoàn toàn ánh sáng bức xạ và gọi đó là sự tắt ph¸t quang do nång độ (H 2.2) Có thể giải thích sự tắt ph¸t quang do nòng độ như sau: -5-
6. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang - Một giả thiết cho rằng sự tắt do nồng độ là khi nồng độ lớn có sự hình thành tập hợp các phân tử là những trung tâm không hấp thụ ánh sáng kích, do đó làm tắt bức xạ ph¸t quang - Giả thiết thứ hai cho rằng, khi tăng nồng độ chất ph¸t quang trong dung dịch, dẫn tới khoảng cách giữa các phân tử trong dung dịch giảm, các phần tử sẽ hấp thụ ánh sáng kích thích và truyền một phần năng lượng hấp thụ được cho các phân tử khác chưa bị kích thích chứ không phát ra bức xạ, do đó dẫn tới sự giảm hiệu suất ph¸t quang và tắt hẳn. Ipq C Hình 2.2. Sù phô thuéc c­êng ®é bøc x¹ huúnh quang vµo nång ®é 2. 3. Ảnh hưởng của pH dung dịch và của dung môi [1,2] pH của dung dịch và dung môi là hai yếu tố ảnh hưởng khá lớn hiệu suất ph¸t quang B, cường độ dòng sáng ph¸t quang Ipq và màu sắc ánh sáng ph¸t quang, đặc biÖt là các phức chelat. pH của dung dịch thay đổi có thể dẫn tới sự phân li, phân huỷ hoặc tạo thành các chất phát quang, sự phụ thuộc này không tuân theo một quy luật nào cả. §ối với một số chất ph¸t quang khi tăng pH của dung dịch thì B tăng (hình 2.3 đường 2), nhưng chất khác thì lại giảm (đường 1). Đối với các chất chỉ thị ph¸t quang thì ánh sáng ph¸t quang chỉ xuất hiện trong một khoảng giá trị pH nào đó (đường 3) D¹ng vµ c­êng ®é cña phæ hÊp thô vµ phæ ph¸t quang cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ vµ c¸c phøc phô thuéc rÊt nhiÒu vµo b¶n chÊt cña dung m«i. §Æc tr­ng cña ¶nh h­ëng nµy ch­a nªu ®­îc thµnh quy luËt. Dung m«i cã thÓ ¶nh h­ëng tíi møc ®é liªn kÕt cña phøc ph¸t quang, phæ ph¸t quang hay hiÖu suÊt l­îng tö Khi thay đổi dung môi có thể dẫn tới sự thay đổi độ bền liên kết trong phân tử hoặc tạo thành các hợp chất phức solvat. B (1) (3) (2) -6- p H
7. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang H×nh 2.3. §­êng biÓu diÔn sù phô thuéc hiÖu suÊt ph¸t quang vµo pH cña dung dÞch Vì vậy khi nghiên cứu phương pháp ph¸t quang để ứng dụng vào phân tích cần có những nghiên cứu để chọn giá trị dung môi và pH tối ưu cho phương pháp phân tích. 2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ[1,2] Trong phân tích phát quang, thường nhiệt độ tăng đều làm giảm hiệu suất và c­êng độ ph¸t quang, và gọi là sự tắt quang do nhiệt độ (H 2.4) Có thể giải thích như sau : Khi tăng nhiệt độ thì độ nhớt của dung dịch giảm, làm tăng độ giao đéng của nội phân tử do đó làm yếu liên kết trong phân tử, có thể làm biến dạng phân tử hoặc phân li phân tử. Những thay đổi đó sẽ làm thay đổi tính chất ph¸t quang của phân tử lµm gi¶m tÝnh chÊt ph¸t quang. Ngược lại ở nhiệt độ thấp giao động trong nội phân tử giảm, không có sự chuyển hoá giao động nhiệt. Do đó hiệu suất và cường độ ph¸t quang sẽ tăng lên, đặc biệt là hợp chất hữu cơ và phức của kim loại với phân tử hữu cơ thì hiệu suất ph¸t quang tăng lên nhiều lần. Nhiều chất ở nhiệt độ thường không phát quang nhưng ở nhiệt độ thấp lại phát quang rất mạnh. Chẳng hạn Bôzêvônôp dùng thuốc thử magnezon để xác định Mg bằng phương pháp ph¸t quang ở nhiệt độ nitơ lỏng và tăng độ nhạy của phép phân tích lên 20 lần. B t0 H×nh 2.4. Sù phô thuéc hiÖu suÊt ph¸t quang vµo nhiÖt ®é 2.5 Ảnh hưởng của các cấu tử lạ[1,2] Nhiều chất lạ có mặt trong dung dịch gây ảnh hưởng đến phư¬ng pháp phân tích ph¸t quang, có thể làm tắt ph¸t quang, nên khi có mặt chúng cường độ ph¸t quang giảm mạnh. Ví dụ: natrisunfit, natrithiosunfat, kalipemanganat có khả năng làm tắt ph¸t quang của rezorufin. Trái lại, nhiều chất lạ có khả năng tăng ph¸t quang Ví dụ: ion sunfat làm tăng ph¸t quang của quinin Những ion lạ trong dung dịch có thể gây những ảnh hưởng hoá học hay vật lí khác nhau đối với các chất ph¸t quang. -7-
8. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang Như vậy khi nghiên cứu phương pháp phân tích định lượng bằng ph¸t quang cần xét kĩ ảnh hưởng của các chất lạ có mặt trong dung dịch phân tích. Những chất lạ làm tăng khả năng phát quang ta cần tìm điều kiện để tăng độ nhạy của phép phân tích. Đối với các ion lạ làm giảm khả năng phát quang ta cần tìm cách loại trừ chúng. 3. Tiêu chuẩn để đánh gÝa độ nhạy của phản ứng ph¸t quang[1] Trong ph©n tÝch tr¾c quang, ®¹i l­îng hÖ sè hÊp thô ph©n tö gam (ε) ®­îc coi lµ tiªu chuÈn kh¸ch quan quan träng ®Ó ®¸nh gi¸ ®é nh¹y cña ph¶n øng ®Þnh l­îng tr¾c quang. Trong phân tích ph¸t quang dựa trên cơ sở chuyển cấu tử cần xác định thành một hợp chất (thường là phức chất), sau đó chuyển hợp chất thu được sang trạng thái kÝch thích bằng một dòng sáng có bước sóng xác định. Khi đó một phần ánh sáng hấp thụ biến đổi thành dạng nhiệt, còn một phần biến đổi thành ánh sáng ph¸t quang. Rõ ràng là độ nhạy của phản ứng càng lớn khi hợp chất nghiên cứu hấp thụ ánh sáng kích thích càng mạnh và chuyển phần ánh sáng hấp thụ đó thành ánh sáng ph¸t quang càng nhiều. Như vậy độ nhạy của phản ứng ph¸t quang do hai yếu tố quyết định là: - §ộ hấp thụ ánh sáng của chất ph¸t quang εht - Khả năng chuyển số lượng tử hấp thụ thành số lượng tử ph¸t quang càng nhiều càng tốt. Do vậy tiêu chuẩn để đánh giá độ nhạy của phản ứng ph¸t quang là: R(tiªu chuÈn ®é nh¹y)= εht.Q (3.1) Ngoài đại lượng ε và Q một số yếu tố hoá lí khác cũng có liên quan đến độ nhạy của phản ứng ph¸t quang như: Dung môi, pH, nhiệt độ, sự có mặt của ion lạ, sự xen phủ phổ hấp thụ của thuốc thử và của phức, khi thực hiện tiến hành phản ứng thường phải dùng dư thuốc thử. Nếu thuốc thử dư cũng hấp thụ ánh sáng kích thích như phức kim loại với thuốc thử thì độ nhạy của phản ứng cũng giảm, bởi năng lượng dùng kích thích bị mất một phần do thuốc thử hấp thu. Độ dịch chuyển Stock giữa phổ hấp thụ và phổ ph¸t quang. Độ dịch chuyển càng lớn, hai phổ xen phủ nhau càng ít thì hiệu suất lượng tử Q không đổi. Ngược lại độ dịch chuyển càng ít, tức là độ xen phủ hai phổ càng tăng thì Q giảm. - Độ bền của phức và của thuốc thử theo thời gian và theo pH. - Để tính giá trị ε ht bằng cách chuyển toàn bé thuốc thử vào phức rồi tính theo công thức : A εht = (3.2) lC - Giá trị Q được xác định bằng thực nghiệm. Ta không xác định trực tiếp giá trị Q mà xác định bằng cách so sánh với giá trị hiệu suất lượng tử Q của dung dịch chuẩn thường có màu ph¸t quang gần với màu ph¸t quang của dung dịch nghiên cứu. Trong các tài liệu dung dịch chuẩn thường dùng là: -Dung dịch fluoretxein10-5M trong dung dịch NaOH 5%(màu ph¸t quang vàng lục) Q = 100%. Dung dich rođamin 4.10-7 M trong etanol 95% (màu ph¸t quang đỏ da cam) Q = 97%. -8-
9. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang -5 - Dung dịch sunfat quinin 10 M trong H2SO4 0,1N(màu ph¸t quang xanh) Q= 55%.  Từ công thức (1.5) ta có: Q = B pq ht Để xác định Q ta phải dựa vào Qc của dung dịch chuẩn: Gọi Qx là hiệu suất lượng tử của dung dịch nghiên cứu và Q c là hiệu suất lượng tử của dung dịch chuẩn. x c x c Qx Bxpq .ht Bxpq .ht Ta có : = c x  Qx = Qc. c x Qc Bc .pq .ht Bc .pq .ht E Mặt khác, theo (1.3) ta có: B = pq nên: Eht x c x c E pq .Eht .pq .ht Qx = Qc. c x c x E pq .Eht .pq .ht x E pq Tỉ số c có thể tính được bằng tỉ số diện tích phổ ph¸t quang của dung E pq dịch nghiên cứu và dung dịch chuẩn: x x E pq S c = c E pq S c Eht c x Còn tỉ số x ta không tính như trên được vì E ht và E ht chỉ ở một bước Eht sóng λht nên ta tính như sau: hc Ta có Eht = Nht. do đó Eht.λht = Nht.hc. ht c c c Eht .ht Nht Vậy: x x = x Eht .ht Nht Cường độ dòng sáng được xác định bằng số photon. Số photon bị hấp thụ chính bằng độ giảm cường độ của chùm sáng trước khi vào dung dịch(I 0) và sau khi ra khỏi dung dịch (I). Nht = I0 - I Nếu dùng ánh sáng kích dung dịch chuẩn và dung dịch nghiên cứu cùng c x một bước sóng λ thì : I 0 = I 0 . c c c c c Eht .ht Nht I0 I x x = x = x x Eht .ht Nht I0 I -εlC Mà I = Io.10 nên c .l.C c I c I c I c (1 10 ht c ) 1 10 ht .l.Cc 0 = o = I x I x x  x.l.C x  x.l.C x 0 Io (1 10 ) 1 10 Dung dịch đo ph¸t quang có nồng độ C rất nhỏ nên: -9-
10. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang (2,3lC)2 (2,3lC)3 10-εlC = 1 – 2,3εlC + - + = 1 - 2,3εlC 2! 3! Và 1 - 10-εlC = 1 - 1 + 2,3εlC = 2,3A x x c x c S pq A Vậy Q = Q . c . c . x (3.3) S pq A x x c x c S pq A Suy ra: R = εht.Q = εht.Q c . c . x (3.4) S pq A 4. Nguyên tắc xác định các chất vô cơ bằng phương pháp ph¸t quang[1,2] Các chất hữu cơ thường dễ phát ph¸t quang hơn các chất vô cơ. Nói chung tất cả các chất dù là hữu cơ hay vô cơ đều có khả năng định lượng được bằng phương pháp ph¸t quang nếu như tìm được các điều kiện thích hợp. Trong số các chất vô cơ chỉ có một số nguyên tố có khả năng phát quang trong dung dịch dạng ion đơn hay hợp chất phức dưới dạng halogenua. Còn các hợp chất vô cơ khác muốn phát hiện hay định lượng bằng phương pháp ph¸t quang đêù phải chuyển nó thành hợp chất phức với các thuốc thử ph¸t quang hữu cơ. Việc phát hiện và định lượng các nguyên tố bằng phương pháp ph¸t quang nhờ các thuốc thử hữu cơ dựa trên các khả năng sau đây: - Chuyển nguyên tố cần xác định thành hợp chất ph¸t quang bằng thuốc thử, nếu dùng thuốc thử dư không phát quang hoặc phát quang rất yếu trong điều kiện kích thích hợp chất phức. - Chuyển nguyên tố cần xác định thành hợp chất ph¸t quang nhưng màu ph¸t quang của phức khác hẳn màu ph¸t quang của thuốc thử dư - Chiết các phức chất ra khỏi dung dịch để loại trừ các chất lạ và thuốc thử dư - Xác định theo độ tắt ph¸t quang:Sự tắt có thể gây ra do ion cần xác định phân huỷ một phần phức màu ph¸t quang để tạo phức bền hơn nhưng không phát quang. Ví dụ: Để xác định Zn ta có thể cho Zn tác dụng với dung dịch ph¸t quang rođamin khi có thioxianat, cường độ ph¸t quang giảm do sự tạo thành phức kẽm- thioxianat-rođamin không phát quang (H4) Ipq Nång ®é Zn2+ Hình 4. Sù t¾t ph¸t quang cña ro®amin - thioxianat do ion Zn2+ -10-
11. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang Một trong những phương pháp ph¸t quang gián tiếp là sử dụng hiện tượng ph¸t quang làm chất chỉ thị cho phép chuẩn độ. ChÊt chØ thÞ ph¸t quang ®­îc ¸p dông trong hÇu hÕt c¸c ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch thÓ tÝch. C¸c chÊt chØ thÞ ph¸t quang th­êng cã vïng pH chuyÓn mµu hÑp (xem b¶ng 1) §Ó ®Þnh l­îng c¸c chÊt ph©n tÝch b»ng ph­¬ng ph¸p ph¸t quang ng­êi ta còng dïng c¸c ph­¬ng ph¸p so s¸nh, ®­êng chuÈn vµ ph­¬ng ph¸p thªm gièng nh­ trong ph©n tÝch tr¾c quang B¶ng 1. ChÊt chØ thÞ ph¸t quang dïng trong ph­¬ng ph¸p trung hoµ ChÊt chØ thÞ pH lóc chuyÓn mµu BiÕn ®æi mµu s¾c ChØ thÞ mét mµu: -naphtylamin 2,8-4,4 Kh«ng mµu – tÝm Erytrozin 4,0-4,5 Kh«ng mµu – lôc Quinin(kho¶ng chuyÓn mµu thø hai) 9,5-10,0 TÝm – kh«ng mµu ChÊt chØ thÞ hai mµu: Acriddin 4,8-5,0 Lôc – hoa cµ Axit 1,5- naphtylamin sunfonic 12,0-13,0 Chµm - lôc 5. C¸ch lùa chän b­íc sãng cña ¸nh s¸ng kÝch thÝch [1] B­íc sãng ¸nh s¸ng kÝch thÝch (λht) cã ý nghÜa rÊt quan träng ph©n tÝch ®Þnh l­îng ph¸t quang c¸c chÊt. Dùa theo tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ ®é nh¹y cña ph¶n øng ph©n tÝch ph¸t quang (S= εht.Q ) ta thÊy ®é nh¹y cña ph¶n øng cµng lín khi ε ht cµng lín. Trong ph­¬ng ph¸p tr¾c quang, ta thÊy ε ht cña chÊt huúnh quang lín nhÊt t¹i λmax cña phæ hÊp thô. Song nguån s¸ng dïng trong ph©n tÝch ph¸t quang lµ ®Ìn h¬i thuû ng©n cho nªn viÖc chän b­íc sãng cña ¸nh s¸ng kÝch thÝch kh«ng chØ c¨n cø vµo λmax cña phæ hÊp thô mµ cßn ph¶i dùa vµo sù ph©n bè n¨ng l­îng cña phæ thuû ng©n. Phæ thuû ng©n gåm nhiÒu v¹ch kh¸c nhau cã n¨ng l­îng kh¸c nhau. V× vËy ®«i khi c­êng ®é bøc x¹ cã ®é nh¹y cao kh«ng ph¶i lµ kÝch thÝch dung dÞch ph¸t quang b»ng dßng s¸ng cña ®Ìn thuû ng©n cã b­íc sãng kh«ng trïng víi b­íc sãng hÊp thô cùc ®¹i cña dung dÞch mµ b»ng nh÷ng v¹ch phæ cã n¨ng l­îng gÇn víi λ max. VÝ dô, dung dÞch phøc thori víi morin ë pH = 2 cã cùc ®¹i hÊp thô ë b­íc sãng 405 nm, gi¸ trÞ nµy trïng víi v¹ch 405 nm cña phæ thuû ng©n. Khi chän b­íc sãng cña ¸nh s¸ng kÝch thÝch, ngoµi viÖc xÐt t­¬ng quan gi÷a εht vµ n¨ng l­îng cña c¸c v¹ch phæ thuû ng©n, ta cßn ph¶i xÐt ®Õn c¸c yÕu tè kh¸c cã mÆt trong dung dÞch. Khi ph©n tÝch ®Þnh l­îng mét nguyªn tè b»ng ph­¬ng ph¸p ph¸t quang, th­êng ta ph¶i dïng d­ thuèc thö ph¸t quang. NÕu phæ hÊp thô cña thuèc thö d­ vµ cña phøc ph¸t quang kh«ng trïng nhau hoÆc xen phñ nhau Ýt th× ta chän λkt ®Ó thuèc thö d­ kh«ng hÊp thô. NÕu thuèc thö d­ hÊp thô ¸nh s¸ng trong miÒn phæ cña phøc th× khi ®ã c­êng ®é dßng s¸ng ph¸t quang sÏ bÞ yÕu ®i vµ tÊt nhiªn ®é nh¹y cña phÐp x¸c ®Þnh sÏ gi¶m xuèng. Trong tr­êng hîp nµy ta t×m c¸ch lo¹i trõ ¶nh h­ëng cña thuèc thö d­, th­êng thùc hiÖn b»ng hai c¸ch sau ®©y: -11-
12. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang a. Chän λkt ®Ó t¹i b­íc sãng ®ã thuèc thö d­ kh«ng hÊp thô, tr­êng hîp nµy nÕu chØ chän ®­îc λ kt cã n¨ng l­îng thÊp míi tr¸nh ®­îc ¶nh h­ëng cña thuèc thö d­ th× ®é nh¹y cña ph¶n øng còng bÞ gi¶m. b. ChiÕt ®Ó t¸ch lo¹i bá thuèc thö d­ Tãm l¹i, chän ®iÒu kiÖn thÝch hîp ®Ó kÝch thÝch chÊt ph¸t quangchñ yÕu lµ ph¶i dùa vµo ®Æc tr­ng phæ hÊp thô vµ phæ ph¸t quang cña nã. Bªn c¹nh ®ã cßn ph¶i chó ý tíi n¨ng l­îng t­¬ng ®èi cña phæ thuû ng©n. CÇn l­u ý c¸c lo¹i ®Ìn thuû ng©n kh¸c nhau cã v¹ch phæ kh¸c nhau. 6. Ứng dụng của phương pháp phân tích ph¸t quang 6.1. Sơ đồ thiết bị của phương pháp ph¸t quang [1,2] 4 5 2 6 8 1 7 1 2 3 2 2 Hình 6.1 S¬ ®å khèi m¸y ®o ph¸t quang Ánh sáng từ nguồn sáng đèn hơi thuỷ ngân thạch anh(1) đi qua kính lọc sáng đặc biệt (2), chiếu vào cuvet đựng dung dịch nghiên cứu (3) đặt ở vị trí để ánh sáng ph¸t quang đi ra tới máy đo phải vuông gốc với phương của chùm sáng đi vào. Ánh sáng ph¸t quang từ cuvet (3) đi qua bộ tụ ánh sáng (4) trước khi đi vào khe A của máy ghi quang phổ (5) để phân li phổ huỳnh quang. Ánh sáng ph¸t quang qua khe B đập vào tế bào nhân quang điện (6) và được qua bộ khuếch đại (7) trước khi vào bộ phận ghi (8). 6.2. Ứng dụng của phương pháp phân tích ph¸t quang [4] Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch ph¸t quang ®­îc øng dông trong c¶ lÜnh vùc ®Þnh tÝnh lÉn ®Þnh l­îng. Trong ph©n tÝch ®Þnh tÝnh ph­¬ng ph¸p ph¸t quang cho phÐp ph¸t hiÖn nh÷ng chÊt ë nång ®é thÊp vµ trong nhiÒu tr­êng hîp cã kh¶ n¨ng ph©n lo¹i. VÝ dô trong c«ng nghÖ quang häc ng­êi ta dïng ph©n tÝch ph¸t quang ®Ó ph©n lo¹i ®Þnh møc thuû tinh, trong c«ng nghÖ giÊy ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l­îng xeluloz¬. Trong c«ng nghiÖp nhùa ng­êi ta dïng ph©n tÝch ph¸t quang ®Ó kiÓm tra thµnh phần phèi liÖu. Trong c«ng nghiÖp chÕ biÕn ®¸ quý, chän vµ ph©n lo¹i kim c­¬ng, ®¸ quý ®Æc tr­ng ph¸t quang. Trong ph©n tÝch ®Þnh l­îng, ph©n tÝch ph¸t quang lµ mét ph­¬ng ph¸p cã ®é nh¹y cao, thÝch hîp cho viÖc x¸c ®Þnh c¸c hîp chÊt vi l­îng ë cÊp nång ®é kho¶ng 10-5 – 10-7 % víi sai sè t­¬ng ®èi kho¶ng 5 – 7 %. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch ph¸t quang øng dông ®Ó ph©n tÝch c¸c nguyªn tè ®Êt hiÕm, c¸c hîp chÊt uran vµ mét lo¹t nguyªn tè kh¸c. -12-
13. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang Ph©n tÝch ph¸t quang còng øng dông cã hiÖu qu¶ trong viÖc ph©n tÝch c¸c hîp chÊt h÷u c¬ nh­ benzen, naphtalen vµ c¸c dÉn xuÊt c¸c hîp chÊt cã ho¹t tinh sinh häc Ph­¬ng ph¸p cã thÓ ¸p dông ®Ó x¸c ®Þnh c¸c t¹p chÊt vi l­îng trong c¸c ®èi t­îng thuéc c¸c ngµnh s¶n xuÊt, ®èi t­îng sinh häc vµ m«i tr­êng C. KÕt luËn Tµi liÖu tham kh¶o 1. TrÇn Tø HiÕu (2008), Ph©n tÝch tr¾c quang, NXB Đ¹i Häc Quèc Gia HN 2. Hå ViÕt quý (1999), C¸c ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch quang häc trong ho¸ häc, NXB Đ¹i Häc Quèc Gia HN 3.TrÇn Tø HiÕu - Tõ Väng Nghi - NguyÔn V¨n Ri- NguyÔn Xu©n Trung (2003), Các phương pháp phân tích công cụ, NXB Đại Häc Quèc Gia HN. 4. Từ V¨n MÆc (1995), Ph©n tÝch ho¸ lý, NXB Khoa häc vµ Kü thuËt 5. Hå ViÕt Quý (1991), Ph©n tÝch lý ho¸, NXB GD. -13-
14. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ huúnh quang -14-