2 .Cấu Tạo Và Nguyên Lí Hoạt động Của Phổ Kế Tử Ngoại Khả Kiến

1. Trang chủ >
2. Luận Văn - Báo Cáo >
3. Kỹ thuật >

2 .Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của phổ kế tử ngoại khả kiến

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (657.47 KB, 53 trang )

Hình 4: Máy quang phổ tử ngoại khả kiến UV-VIS2.2 Nguyên lí hoạt độngCác đèn phát ra nguồn sáng chiếu vào hệ thống thấu kính ( hệ gương hội tụ) tạo rachùm sáng trắng đi qua khe hẹp vào bộ phận tán sắc.Khi chùm sáng trắng chiếu vào lăngkính ngay lập tức nó bị tán sắc thành các tia sáng đơn sắc chiếu về mọi phía. Tia sángphản xạ qua các thấu kính gương phẳng qua khỏi buồn tán sắc đến bộ phận phân chiachùm sáng, bộ phận này sẽ hướng chùm sáng đến các cuvet đựng trên mẫu nghiên cứu.Detector sẽ tiếp nhận và phân tích các chùm sáng qua cuvet, chuyển tín hiệu ánh sángthành tín hiệu điện và hiển thị lên máy this kết quả đo.3.Cách tiến hành*Lựa chọn Cuvette (Absorption Cell) phù hợp: có 2 loại:-Thạch anh (Quartz): từ 190 nm (cả vùng tử ngoại và khả kiến)-Thủy tinh: chỉ từ 400 ÷ 1100 nm (chỉ vùng khả kiến và cận hồng ngoại)*Các chế độ vận hành máy:1. Chế độ Scan (Scan Application): nhằm xác định bước sóng mà tại đó mẫucó độ hấp thu mạnh nhất.-Click Start → Programs → Agilent, Cary WinUV → Scan-Lựa chọn dãi bước sóng (có thể tham khảo) trong mục 'Start'/'Stop'-Ở mục 'Y Mode', chọn đại lượng muốn hiển thị trên trục tung, ví dụ %T(Transmittance) hoặc A (Absorbance). Lưu ý: A = log(1/T)-Kiểm tra mục 'Cycle Mode' không được chọn-Cài đặt chế độ chùm tia 'Beam Mode' phải là Dual Beam.-Lựa chọn tốc độ quét trong mục 'Scan Rate'-Thiết lập hiệu chỉnh đường nền (Baseline correction): Click mục Baseline → chọnZero/Baseline Correction-Start the Scan run → Cài đặt tên file và tên mẫuSinh viên : Võ Huy Đạt 12H5Page 402. Chế độ Simple Read: nhằm xác định độ hấp thu của mẫu ở một bước sóngnhất định (có thể là bước sóng được xác định ở chế độ Scan hoặc là bướcsóng tham khảo được).-Click Start → Programs → Agilent, Cary WinUV → Scan-Lựa chọn bước sóng Zero mẫu trắng, tốc độ quét, kiểu hiển thị-Đọc giá trị ABS %T, ghi kết quả hoặc lưu vào file hoặc in ra kết quả của một đợtđo-Muốn làm đợt mới → Clear Report.3. Chế độ định lượng (Concentration): mục đích xác định nồng độ của mộtmẫu bất kỳ sau khi đã thiết lập được đường hồi qui.-Click Start → Programs → Agilent, Cary WinUV → Concentration-Định lượng với các khai báo bước sóng, số lượng chất chuẩn, nồng độ chất chuẩn,số lượng mẫu.-Cách đánh giá đường chuẩn, hiển thị nồng dộ-Lựa chọn các loại đường hồi qui.-Đo độ hấp thu của mẫu thử ở bước sóng trên, dựa vào đường chuẩn, suy ra nồngđộ của mẫu.4.Thực hành4.1 Đối tượngĐối tượng thực hành là Metylen xanh có nồng độ 15 mg/l.4.2 Thiết lập đường chuẩna. Nguyên tắcSinh viên : Võ Huy Đạt 12H5Page 41Từ mẫu có nồng độ đã biết trước, đo được độ hấp thụ cực đại tương ứng vớimỗi nồng độ đã biết đó. Từ sô liệu về nồng độ C và độ hấp thụ A xây dựng đườngchuẩn là hàm A = f(C) có dạng đường thẳng tuyến tính.b. Tiến hành+ Lựa chọn chế độ: Chọn chế độ Scan: nhằm xác định bước sóng mà tại đó mẫucó độ hấp thụ mạnh nhất.+ Thao tác thực nghiệm:Sau khi đã thiết lập hiệu chỉnh đường nền với mẫu trắng là nước cất tiếnhành xây dựng đường chuẩn theo quy trình sau:Rót mẫu Metylylen xanh ra cốc.Rửa và làm khô cuvet.Dùng micropipet hút dung dịch từ cốc cho vào cuvet thạch anhkhoảng 4ml.Dùng giấy vệ sinh lau sạch cuvet.Dùng ngón tay cái và ngón tau trỏ cầm vào mặt nhám phía trêncurvet.Mở khay chứa mẫu.Bỏ cuvet vào chổ chứa mẫu, dùng tay ấn xuống đảm bảo độ chặtcủa cuvet.Đóng nắp máy lại.Quan sát kết quả ở máy tínhc. Kết quảBước sóng hấp thụ cực đại của Metylene xanh là 664 nm.Nồng độĐộ hấp thụC (g/ml)A1153.2827.51.7833.750.97Từ dữ liệu này ta xây dựng đường chuẩn có dạng đồ thị như sau:STTPhương trình đường chuẩn là C = 4.8824A – 1.06294.3 Xác định nồng độ của mẫu hấp thụa. Nguyên tắcTừ mẫu có nồng độ chưa biết, đo được độ hấp phụ cực đại, dựa vào đường chuẩnsuy ra nồng độ của mẫu.b. Tiến hànhSinh viên : Võ Huy Đạt 12H5Page 42+ Lựa chọn chế độ: Chọn chế độ Simple Read: nhằm xác định độ hấp thụ của mẫuở một bước sóng nhất định (có thể là bước sóng được xác định ở chế độ Scan hoặc làbước sóng tham khảo được).+ Thao tác trên máy tính:Click Start → Programs → Agilent, Cary WinUV → ScanLựa chọn bước sóng bước sóng cực đại, tốc độ quét, kiểu hiển thị.Đọc giá trị A, ghi kết quả hoặc lưu vào file hoặc in ra kết quả củamột đợt đo. Muốn làm đợt mới → Clear Report.+ Thao tác thực nghiệm:Rót mẫu Metylylen xanh ra cốc. Rửa và làm khô cuvet. Dùng micropipet hút dung dịch từ cốc cho vào cuvet thạch anh. Dùng micropipet hút nước cất cho vào cuvet với tỉ lệ bất kì. Dùng giấy vệ sinh lau sạch cuvet. Dùng ngón tay cái và ngón tau trỏ cầm vào mặt nhám phía trêncuvet. Mở khay chứa mẫu. Bỏ cuvet vào chổ chứa mẫu, dùng tay ấn xuống đảm bảo độ chặtcuvet. Đóng nắp máy lại. Quan sát kết quả ở máy tính.c. Kết quảSTTNồng độ phaĐộ hấp phụ Asẵn C1 (g/ml)1234546810121.041.431.802.112.58Nồng độ suy ra từphương trình đườngchuẩn C2 (g/ml)4.005.947.749.2911.55d. Nhận xét:Có sự chênh lệch giữa nồng độ pha sẵn C 1 và nồng độ suy ra từ phương trìnhđường chuẩn C2. Nguyên nhân dẫn đến sự sai khác đó có thể là:+ Thao tác của người thí nghiệm chưa cẩn thận.+ Chưa làm sạch curvet trước khi rót mẫu vào.Sinh viên : Võ Huy Đạt 12H5Page 43+ Chưa đây hết lượng nước cất có trong micropipet ra ngoài dẫn đến sai tỷ lệnước/metylene xanh đã tính toán ban đầu.II. PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ ĐA LỚP BET (BRUNAUER, EMMETT,TELLER)1.Khái niệm về hấp phụHấp phụ là quá trình tụ tập các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất tan lênbề mặt phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn hoặc khí – rắn.Có hai dạng hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.-Hấp phụ vật lý là quá trình các phân tử bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân(nguyên tử, phân tử, các ion,..) ở bề mặt phân chia pha bởi các liên kết VanderWalls yếu hoặc liên kết hydro. Sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận nghịch và nhiệthấp phụ không lớn.-Hấp phụ hóa học là quá trình hình thành liên kết hóa học giữa các phân tử bị hấpphụ và hấp phụ ngay trên bề mặt phân chia pha. Hấp phụ hóa học thường xảy rabất thuận nghịch và nhiệt hấp phụ rất lớn.Đối với xúc tác phân chia thành 3 dạng:-xúc tác mao quản lớn macropores (> 50 nm),-xúc tác mao quản trung bình mesopores (2 – 50 nm)-xúc tác vi mao quản micropores (< 2 nm)2. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ đa lớp BET2.1.Cơ sở của phương phápMô hình hấp phụ được sử dụng cho quá trình hấp phụ đa lớp được giới thiệu bởiBrunauer, Emmett và Teller và được biết như là phương trình BET, dựa trên những giảthiết sau:-Nhiệt hấp phụ (λ, q Kcal/mol) không đổi trong suốt quá trình hấp phụ.-Các phân tử bị hấp phụ lên bề mặt xúc tác không cạnh tranh lẫn nhau, độc lập vớinhau.-Mỗi một trung tâm hấp phụ chỉ hấp phụ một phân tử.-Số trung tâm hấp phụ của chất hấp phụ không đổi.Sinh viên : Võ Huy Đạt 12H5Page 44-Các phân tử bị hấp phụ đầu tiên có tương tác với nhau tạo ra lực, lực này tạo điềukiện cho lớp hấp phụ thứ 2, 3, …n.-Tốc độ hấp phụ (ra) trên lớp hấp phụ thứ (i) bằng với tốc độ nhả hấp phụ (r a) củalớp (i+1)-Nhiệt hấp phụ ở lớp đầu tiên là rất lớn so với nhiệt hấp phụ của những lớp tiếptheo. Nhiệt hấp phụ từ lớp thứ hai trở lên đến lớp ngưng tụ là bằng nhau và bằngnhiệt ngưng tụ.ΔHd2 = ΔHd3 = … = ΔHdnPhương trình cơ bản của BET là:Trong đó:v - thể tích khí (ở điều kiện tiêu chuẩn) được hấp phụvm - thể tích khí (ở điều kiện tiêu chuẩn) được hấp phụ trong mộtlớp.c = exp(Q-L)/RTtrong đó:Q - nhiệt của quá trình hấp phụ lớp chất bị hấp phụ đầu tiênL - ẩn nhiệt ngưng tụ của khí, bằng với nhiệt của quá trình hấp phụ ở nhữnglớp tiếp theo.P/Po - Áp suất tương đối của khíTrong phương pháp BET áp dụng cho thực tế, thể tích của khí được hấp phụ đượcđo ở nhiệt độ không đổi, khi đó nó là hàm của áp suất và đồ thị được xây dựng là P/V(PoP) theo P/Po.Xây dựng biểu đồ mà P/V(Po-P) phụ thuộc vào P/Po sẽ nhận được một đoạn thẳngtrong khoảng giá trị của áp suất tương đối từ 0,05 đến 0,3.Độ nghiêng (tgα) và tung độ của điểm cắt cho phép xác định thể tích của lớp phủđơn lớp ( lớp đơn phân tử) Vm và hằng số C.Diện tích bề mặt riêng xác định theo phương pháp BET là tích số của số phân tử bịhấp phụ nhân với tiết diện ngang của một phân tử chiếm chỗ trên bề mặt vật rắn:SBET = nmAmNSinh viên : Võ Huy Đạt 12H5(m2/g)Page 45Trong đó:S : diện tích bề mặt (m2/g).nm: dung lượng hấp phụ (mol/g).Am : diện tích bị chiếm bởi một phân tử (m2/phân tử).N : số Avogadro (số phân tử/mol)Hay gặp nhất là hấp phụ vật lý của N2 ở 77K có tiết diện ngang của N2 bằng 0,162 nm2Nếu Vm được biểu diễn qua đơn vị cm3/g và SBET là m2/g thì ta có biểu thức:SBET = 4,35VmViệc xác định tiết diện ngang của phân tử N2 được thực hiện với các chất rắn khácnhau không có cấu trúc mao quản và có độ hạt khá đồng đều. Bằng phương pháp kínhhiển vi điện tử người ta xác định được diện tích bề mặt, biết Vm thì suy ra tiết diệnngang.Đối với các chất bị hấp phụ khác, người ta đã xác định sẵn và lập bảng.Các giá trị tiết diện ngang không phải là đại lượng tuyệt đối. chúng có thể phụthuộc vào nhiệt độ hấp phụ và các tính chất vật lý của bề mặt.Chẳng hạn như, trạng thái hấp phụ của Krypton ở 77K, tức là dưới điểm tới hạncủa nó, luôn là vấn đề tranh cãi. Hoặc như, sự hấp phụ các phân tử N 2 có thể được thựchiện theo hướng vuông góc hoặc song song với bề mặt vật rắn mà Rouquerol và các cộngsự đã xác định theo phương pháp microcalorimet (phương pháp vi nhiệt lượng kế). Cầnhết sức thận trọng đối với những trường hợp chất hấp phụ tương tác với bề mặt. Chính vìlý do đó người ta thường lựa chọn các khí trơ và nhiệt độ thấp để xác định bề mặt riêng.N2 là chất khí được sử dụng nhiều nhất trong phép đo bề mặt BET. Trong một sốtrường hợp cần có sự khuếch tán tốt trong các vi mao quản người ta phải chọn các phântử hay nguyên tử bé hơn N 2. Ar là ứng cử viên số một, sau đó là He và H 2. Tuy nhiên,H2có thể hấp phụ hóa học, còn He thì khó thao tác thực nghiệm, do đó, việc ứng dụngchúng bị hạn chế.2.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt độngMẫu được đặt trong cell đo, sau đó dùng bơm chân không cao để hút chân khôngđến áp suất 10-9 mmHg nhằm loại bỏ các khí có trong mao quản của mẫu. Cho mẫu hấpSinh viên : Võ Huy Đạt 12H5Page 46phụ các chất bị hấp phụ (ở đây dùng N 2 lỏng ở 77K). Đo áp suất trước và sau khi hấpphụ, từ đó suy ra lượng hấp phụ, ta có một điểm trên đường hấp phụ. Tiến hành cho đếnkhi P/Po =1 thì ngừng hấp phụ, rồi tiến hành nhả hấp phụ, với mỗi giá trị P/Po ta lại cómột điểm trên đường nhả hấp phụHình 5:Hệ thiết bị xác định diện tích bề mặt riêng Hướng dẫn sử dụng ASAP 2020Bước 1: Tạo file cho mẫu cần đo•Khởi động hệ thống•Vào File → Open → Sample InformationSinh viên : Võ Huy Đạt 12H5Page 47Đặt tên cho mẫu cần đo trong hộp File name → Click OK → Click Yes để tạo file•Trong mục Sample Information:Nhập khối lượng của mẫu (công đoạn này sẽ thực hiện sau quá trình Desgas)•Trong mục Sample Tube:a. Đặt tên cho Sample Tube (mục này không bắt buộc)b. Double Click để chọn (ѵ): Use isothermal jacket; Use filler rod; SealFrit.•Trong mục Degas Conditions: Chọn điều kiện Degas cho mẫu cần đo.(có thể tham khảo chi tiết tại file HDSD ASAP 2020 đặt trên Desktop của máy này).•Trong mục Analysis Conditions: Chọn điều kiện đo tuỳ thuộc theo mục đích.(có thể tham khảo chi tiết tại file HDSD ASAP 2020 đặt trên Desktop của máy này).•Trong mục Adsortive Properties:a. Trong cửa sổ Dosing Method: Click để chọn Normal;b. Click để chọn mục Ideal gas law with non Ideality correction.•Trong mục Report Options:a. Trong cửa sổ Description: ghi chú về mẫub. Trong cửa sổ Show report title: đặt tên để nhận kết quả đoc. Trong cửa sổ Selected reports: Double clic để chọn kết quả cần xuất ra(thông thường chọn:Summary, Isotherm, BET Surface Area, t-Plot,BJH Adsorption, BJH Desorption)Bước 2: Thực hiện giai đoạn đuổi khí mẫu (Degas)•Vào Unit1 → Start Degas;•Chọn mẫu Degas trên cổng tương ứng;•Trong trường hợp chỉ thực hiện Degas 01 mẫu thì trên cổng còn lại phảichọn Clear để đảm bảo cổng còn lại chưa làm việc.Sinh viên : Võ Huy Đạt 12H5Page 48Bước 3: Thực hiện giai đoạn phân tích mẫu (Sample Analysis)•Vào Unit1 → Sample Analysis → chọn mẫu cần phân tích•Trong của sổ Mass: nhập khối lượng của mẫu (giá trị thu được sau Degas)•Kiểm tra lại các thông tin của mẫu (ex: Analysis Conditions …);•Click Start để bắt đầu phân tích.Ghi chú: đặt tên cho mẫu không được quá 08 ký tự.4 .Kết quảKết quả đo của nhóm 2-4Loại vật liệu: TNTBề mặt riêng BET : 91 m2/gamĐường hấp phụ và nhả hấp phụ đẳng nhiệt của N2 lỏngNhận xét:Ta thấy đường hấp phụ và nhả hấp thụ không trùng nhau mà có một vòngkhuyết đặc trưng cho vật liệu có mao quản trung bình d=2÷50nm.Sinh viên : Võ Huy Đạt 12H5Page 49Sự phân bố thể tích N2 hấp phụ theo đường kính mao quảnNhận xét: Ta thấy đường kính mao quản chủ yếu nằm trong khoảng 8-20 nm(2nm