Câu Hỏi ôn Tập Các Phương Pháp Phân Tích Quang Phổ - 123doc

Nếu môi trường vật chất là dung dịch chất mẫu nồng độ C đựng trong một cuvet có bề dày b, độ hấp thụ quang A của các phân tử trong dung dịch chất mẫu A=log I0 I =ɛ.. Câu 3: Các yếu tố ản

Câu hỏi ôn tập các phương pháp phân tích quang phổ

1 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

Câu 1: Biểu thức của định luật Beer? Ý nghĩa vật lý của hệ số hấp thụ mol?

Khi chiếu một chùm tia sáng đơn sắc đi qua một môi trường vật chất thì cường độ tia sáng ban đầu I0 sẽ bị giảm đi chỉ còn là I do các hiện tượng hấp thụ (phần chính), phản xạ và tán xạ

Nếu môi trường vật chất là dung dịch chất mẫu nồng độ C đựng trong một cuvet có bề dày b, độ hấp thụ quang A của các phân tử trong dung dịch chất mẫu

A=log I0

I =ɛ b C

ɛ là hệ số hấp thụ mol (hệ số hấp thụ phân tử gam)

Ý nghĩa vật lý của ɛ:

- ɛ là độ hấp thụ quang của dung dịch có nồng độ 1M đựng trong cuvet có bề dày 1 cm

- ɛ đặc trung cho bản chất của chất nghiên cứu (phụ thuộc bản chất của chất nghiên cứu) và phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng tới

Câu 2: Độ truyền quang (T %), độ hấp thụ quang (A)?

Độ truyền quang T là tỷ lệ lượng ánh sáng đi qua một mẫu (P) so với lượng ánh sáng ban đầu được chiếu vào mẫu (ánh sáng tới P0), độ truyền quang T = P

P0

Độ hấp thụ A của một mẫu được định nghĩa là số đối của logarit của độ truyền qua

A=−logT =−log P

P0

Câu 3: Tại sao trong phân tích định lượng ở phổ UV-VIS người ta phải đo độ hấp thụ quang tại bước sóng ứng với cực đại hấp thụ của chất nghiên cứu?

Cực đại Amax ứng với giá trị λmax gọi là cực đại hấp thụ Khi tiến hành phân tích theo quang phổ đo quang đã chọn mật

độ quang A của dung dịch nghiên cứu tại λmax bởi tại giá trị này cho kết quả phân tích có độ nhạy và chính xác tốt nhất, loại bỏ sự ảnh hưởng của nền mẫu lên kết quả phân tích Câu 4: Tính cộng tính về độ hấp thụ

Giả sử chiếu liên tiếp một chùm tia sáng đơn sắc qua hai dung dịch có nồng độ lần lượt là C1 và C2 Độ hấp thụ mol tương ứng là ε1 và ε2

Ở dung dịch 1 có độ hấp thụ A1=A1=logI0

I1

Dung dịch 2 có A2= logI1

I2

logI0

I1+log

I1

I2=log

I0× I1

I1× I2=log

I0

I2

↔ A1+A2=A

=> Độ hấp thụ quang có tính chất cộng tính: A=∑

i=1

n

A i

Câu 5: Nguyên tắc phép đo phân tích bằng phương pháp phổ UV-VIS

 Hòa tan chất phân tích bằng một dung môi phù hợp, hoặc cho chất nghiên cứu, thường là ion kim loại, tác dụng với thuốc thử hữu cơ trong dung môi thích hợp để tạo ra hợp chất (phức chất) có phổ UV-VIS nhạy

 Chiếu vào dung dịch mẫu chứa chất nghiên cứu (đựng trong cuvet) một chùm sáng có bước sóng phù hợp để chất nghiên cứu hay sản phẩm của nó hấp phụ bức xạ để tạo thành phổ UV-VIS

 Thu, phân ly phổ đó và chọn bước sóng cần đo rồi ghi lại giá trị của độ hấp thụ quang A

2 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử AES

Câu 1: Trình bày sự xuất hiện của phổ phát xạ nguyên tử

 Phổ phát xạ nguyên tử là phổ của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi khi nó bị kích thích Hình thành do sự tương tác của các nguyên tử tự do ở trạng thái khí với một nguồn năng lượng nhiệt, điện,… phù hợp

 Khi bị kích thích ( năng lượng kích thích nhỏ hơn năng lượng ion hóa), các điện tử lớp ngoài (điện tử hóa trị) của nguyên

tử chuyển từ trạng thái cơ bản bền vững lên trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn

 Trạng thái kịch thích không bền, lưu lại nhiều nhất khoảng

10-8 s Nguyên tử ở trạng thái kích thích có xu hướng quay trở về trạng thái ban đầu, giải phóng ra năng lượng dưới dạng các bức xạ quang học

 Các tia bức xạ của quá trình trên được gọi là phổ phát xạ của nguyên tử

∆ E=E n−E0=hν =(hc )/ λ

Câu 2: Trình bày cơ chế hoạt động của nguồn hồ quang điện và tia lửa điện

 Nguồn hồ quang điện: Khi hồ quang làm việc, điện cực F sẽ

được đốt nóng đỏ và dưới tác dụng của điện trường các điện

tử bật ra khỏi bề mặt điện cực âm, chúng được gia tốc và chuyển động về điện cực dương Những điện tử này có động năng rất lớn, và khi chuyển động trong plasma giữa hai điện cực, các điện tử va chạm vào các phần tử khác (nguyên tử, ion, phân tử,…) trong plasma F, nó truyền năng lượng cho những phần tử đó Khi đó trong plasma có phần tử bị ion hóa,

bị phân ly và bị kích thích Kết quả lại có thêm điện tử tự do nữa cùng với một số nguyên tử, ion, phân tử bị kích thích Các phần tử mang điện tích dương và âm duy trì dòng điện qua cột khí của plasma Giữa hai điện cực F, các phần tử bị kích thích sẽ sinh ra phổ phát xạ của nó

 Tia lửa điện: Sự phóng điện giữa hai điện cực có thế hiệu cao

(10000 – 20000 kV) và dòng điện rất thấp (< 1A) Nó là sự phóng điện gián đoạn từ 50 – 300 chu kì trong một giây, tùy thuộc thông số máy phát tia lửa điện Điện cực không bị đốt nóng đỏ, nguyên tử hóa và hóa hơi mẫu bằng điện trường giữa hai điện cực

Câu 3: Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp phân tích phổ phát xạ nguyên tử:

Yếu tố phổ:

- Sự phát xạ phổ nền

- Sự chen lấn của các vạch phổ gần nhau

- Sự bức xạ của các hạt rắn

Yếu tố vật lý:

- Độ nhớt và sức căng bề mặt của dung dịch mẫu

- Sự ion hóa chất phân tích

- Hiện tượng tự đảo (tự hấp thụ)

Hiện tượng tự đảo thường xuất hiện trong vùng ngoài của plasma

là rõ rệt nhất hay khi nồng độ chất phân tích lớn Vì vùng này có nhiệt độ thấp, nên các nguyên tử của chất phân tích lại hấp thụ chính tia phát xạ mà các nguyên tử ở trong lõi của ngon lửa sinh

ra Chính vì thế, làm mất bớt đi một phần cường độ phát xạ của chất phân tích Điều này góp phần giải thích tại sao ở nồng độ lớn thì mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ phát xạ và nồng độ của chất không còn là tuyến tính nữa

Yếu tố hóa học:

- Nồng độ axit và các loại axit trong dung dịch mẫu

- Ảnh hưởng của các cation

- Ảnh hưởng của các anion

- Ảnh hưởng của thành phần nền mẫu

Câu 4: Trình bày các phương pháp phân tích định lượng trong phổ phát xạ nguyên tử

Định tính:

- Dựa vào vạch phổ phát xạ đặc trưng (ít nhất 2 vạch)

- Yêu cầu vạch phổ: Rõ ràng, không trùng lẫn; nhạy (tín hiệu lớn); tùy thuộc nguồn năng lượng kích thích phổ mà chọn vạch nguyên

tử hay ion

- Phương pháp quan sát trực tiếp phổ bằng mắt với một vài nguyên tố có vạch phổ đực trưng trong vùng khả kiến

- Phương pháp dùng bảng chuẩn gồm bốn bước:

+ Chụp ảnh của sắt, đánh dấu các vạch đặc trưng của nguyên tố khác

+ Chụp phổ của nguyên tố phân tích lên cùng một tấm bìa với sắt

+ Ghép trùng các vạch của phổ sắt của hai bìa

+ Tìm nguyên tố trùng vạch đặc trưng để nhận ra nguyên tố trong mẫu phân tích

Định lượng:

Phương pháp đường chuẩn:

- Các mẫu đầu có trạng thái vật lý và thành phần như mẫu phân tích

- Mẫu đầu và mẫu phân tích phải được xử lý trong cùng một điều kiện

- Các mẫu đầu phải bền vững theo thời gian

- Nồng độ mẫu phân tích năm trong khoảng tuyến tính nồng độ dãy chuẩn trong cùng điều kiện

Phương pháp thêm chuẩn:

- Dùng một dung dịch chuẩn và áp dụng công thức tính

∆ C

C x =

∆ A

A1

C x=∆ C A1

∆ A

- Dùng đồ thị

Câu 5: Hiện tượng tự đảo, nguyên nhân và cách loại trừ

- Khái niệm: ở trạng thái hơi plasma, hiện tượng một nguyên tử có khả năng hấp thụ tia bức xạ do chính một nguyên tử khác cùng loại của chúng phát ra được gọi là hiện tự tự đảo (hay tự hấp thụ)

- Ảnh hưởng: Hiện tượng này thường xảy ra mạnh và chủ yếu đối với các vạch cộng hưởng, vạch cuối cùng của phổ phát xạ của một nguyên tố, và ở nồng độ càng lớn thì hiện tượng này càng xảy ra càng mạnh Lạm cho cườngđộ phổ phát xạ I không phụ thuộc tuyến tính vào C, dẫn đến sai lệch kết quả phân tích

- Cách loại trừ: trong phân tích không nên xác định một nguyên tố

ở vùng nồng độ đã bắt đầu xuất hiện tượng tự đảo, tức là nằm ngoài vùng tuyến tính, pha loãng mẫu để có két quả chính xác hơn

Câu 6: Trình bày cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của nguồn ICP trong phương pháp phát xạ nguyên tử AES

Cấu tạo:

 Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất (các trạng thái khác

là rắn, lỏng, khí) trong đó các chất bị ion hóa mạnh Đại bộ phận phân tử hay nguyên tử chỉ còn lại hạt nhân, các electron chuyển động tương đối tự do gữa các hạt

 Nguồn plasma cảm ứng cáo tần có một ống thạch anh chịu nhiệt

 Cuộn cảm ứng cao tần nối với nguồn phát cao tần (RF)

 Khí dùng trong plasam là các khi trơ Ar, Ne, N2 Dùng tốt nhất là khi Argon

Nguyên tắc hoạt động:

 Khí Ar được bơm qua rãnh đồng tâm của đuốc ICP

 Khi dòng điện được cấp cho cuộn cao tần từ bộ phát cao tần, dao động điện trường và từ trường sẽ tạo thành ở cuối đuốc ICP

 Dòng khí Ar được đánh lửa qua đuốc ICP, các điện tử sẽ được tách ra khỏi nguyên tử Ar, để tạo ion Ar Những ion này bị bắt lại trong các trường dao độngvà va chạm với các nguyên

tử Ar khác tạo thành plasma

Câu 7: Nguyên tắc của phép đo phổ phát xạ nguyên tử:

 Mẫu phân tích cần chuyển thành hơi (khí) của nguyên tử hay ion tự do trong môi trường kích thích (quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu)

 Dùng nguồn năng lượng phù hợp kích thích đám hơi đó để chúng phát xạ (quá trình kích thích phổ của mẫu)

 Thu, phân li và ghi toàn bộ phổ phát xạ

 Đánh giá phổ đã ghi về mặt định tính và định lượng theo những yêu cầu đề ra

Câu 8: Đặc điểm nguồn ICP trong phương pháp phân tích phổ AES:

- Nguồn năng lượng có nhiệt độ cao (5000-10000oC) nên hóa hơi

và nguyên tử hóa hết được mọi trạng thái của vật liệu mẫu với hiệu suất cao Với plasma phổ phát xạ của nguyên tử ion là chủ yếu

- ICP là nguồn năng lượng kích thích phổ phát xạ đảm bảo cho phép phân tích có độ nhạy rất cao, độ ổn định cao với sai số rất nhỏ

- Nhiệt độ cao nhưng kích thích phổ phát xạ êm dịu Ít xuất hiện ảnh hưởng của chất nền

- ĐỊnh lượng được nhiều chất cũng một lúc nên tốc độ phân tích rất nhanh.Mặt khác vùng tuyến tính định lượng rất rộng

Câu 9: Đặc điểm của nguồn năng lượng kích thích phổ hồ quang điện:

- Hồ quang là sự phóng điện giữa hai điện cực có thế thấp (dưới 260V) và dòng cao (8-20A), năng lượng trung bình 3500-6000oC

- Nhiệt độ của hồ quang phụ thuộc nhiều vào bản chất của nguyên liệu làm điện cực

- Nguồn kích thích cho độ nhạy tương đối cao, mẫu phân tích được hóa hơi tương đối dễ dàng Nhưng độ lặp lại kém

- Hồ quang dòng xoay chiều ổn định hơn hồ quang dòng một chiều

Câu 10: Đặc điểm của nguồn năng lượng kích thích phổ tia lửa điện:

- Tia lửa điện là sự phóng điện giữa hai điện cực có thế cao ( 10000-20000kV) và dòng điện rất thấp (<1A) là sự phóng điện gián đoan 50-300 chu kỳ trên một giây

- Nguồn kích thích phổ có năng lượng tương đối cao (

4000-6000oC)

- Nguồn kích thích tương đối ổn định và có độ lặp lại cao Nhưng

về độ nhạy lại kém hồ quang điện

- Điện cực không bị đốt nóng đỏ Nên tia lửa điện là nguồn kích thích phù hợp đối với phép phân tích các mẫu thép, hợp kim và dung dịch, nhưng không phù hợp khi phân tích các mẫu quặng, đất đá và bột vì hóa hơi các mẫu này không tốt

Câu 11: Nguyên nhân, ảnh hưởng và cách loại trừ bức xạ nền trong phổ phát xạ

Nguyên nhân:

 Sự phát sáng của hạt vật rắn được đốt nóng đỏ trong plasma

 Tác dụng của ánh sáng trắng

 Sự bức xạ của điện từ trong plasma nhiệt độ cao Do điện cực bị đốt nóng sáng và phát xạ (vật rắn phát sáng ở nhiệt

độ cao)

ẢNh hưởng: Phổ nền thường quá mạnh, đặc biệt là trong vungg

khả kiến và khi dùng hồ quang Lúc này nó che lấp mất vạch phổ của nguyên tố phân tích, nhất là ở nồng độ nhỏ

Cách loại trừ: Loại trừ bức xạ nền có thể sử dụng nhiều phương

pháp khác nhau

 Dùng màn chắn trước khe sáng, không cho ánh sáng do hai đầu điện cực bị đốt óng đỏ chiếu vào khe máy quang phổ

 Thêm chất phụ gia vào mẫu phân tích để khử bớt một phần cường độ nền, làm cho nền của phổ không quá đen

 Kích thích phổ trong môi trường khí trơ Ar hay hỗn hợp khí

Ar và O2 với tỷ lệ phù hợp Phương pháp này loại bỏ được phổ nền và phổ xám của nhóm Cn và phổ phân tử H2O, tăng được cường độ vạch phổ

3 Phổ hấp thụ nguyên tử AAS

Câu 1: nguyên tắc của phương pháp đo quang phổ hấp thụ nguyên tử:

 Chọn điều kiện và trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích

từ trạng thái ban đầu sang trạng thái hơi của các nguyên tử

tự do Đó là quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu

 Chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử vừa điều chế được Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó Nguồn ucng cấp chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần nghiên cứu goi

là nguồn bức xạ đơn sắc hay nguồn bức xạ công hưởng

 Nhờ hệ thống máy quang phổ, thu toàn bộ chùm sáng, phân

ly và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ của nó Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử

Câu 2: Vai trò của ngọn lửa trong F-AAS và F-AES:

F-AAS:

- Hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu

F-AES:

- Hóa hơi và nguyên tử háo mẫu

- Cung cấp năng lượng vừa đủ cho nguyên tử đến khi điện tử háo trị của nguyên tử chuyển lên tạng thái có mức năng lượng cao hơn

Câu 3: Trang thiết bị trong hệ thống phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS:

 Nguồn phát bức xạ đơn sắc, chiếu vào môi trường hấp thụ chứa các nguyên tử tự do của nguyên tố Có thể là đèn catot rỗng (hollow cathode lamp), đèn phóng điện không điện cực (EDL), nguồn phát bức xạ đã được biến điệu ( laser,…)

 Hệ thống hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu, được chế tạo theo hai kĩ thuật là kĩ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lử đèn khí

và kĩ thuật không ngọn lửa

 Máy quang phổ hấp thụ (bộ đơn sắc) thu, phân ly và chọn tia sáng (vạch phổ ) cần đo

 Bộ chỉ thị tín hiệu hấp thụ của vạch phổ

Câu 4: Yêu cầu của nguồn phát bức xạ đơn sắc:

 Bức xạ đơn sắc phải là các tia bức xạ nhạy đối với nguyên tố cần phân tích Tần số của bức xạ (bước sóng) ứng đúng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ

 Chùm tia sáng phải cường độ ổn định, lặp lại được trong các lần đo khác nhau trong cùng điều kiện và phải điều chỉnh được để có cường độ cần thiết trong mỗi phép đo

Câu 5: kĩ thuật nguyên tử hóa dùng ngọn lửa và không ngọn lửa trong AAS:

 kĩ thuật nguyên tử hóa dùng ngọn lửa là kĩ thuật dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hóa hơi và nguyên tử hoá mẫu Quá trình phụ thuộc vào đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí

 kĩ thuật nguyên tử hóa không dùng ngọn lửa là quá trình nguyên tử hóa ngay tức khắc trong thời gian ngắn nhờ năng lượng dòng điện công suất lớn trong môi trường khí trơ Quá trình gồm tất cả ba giai đoạn theo thứ tự: sấy khô, tro hóa

luyện mẫu, nguyên tử hóa để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm sạch cuvet

Câu 6: Định nghĩa, ảnh hưởng và loại trừ hiệu ứng lưu lại trong phân tích quang phổ AAS:

Định nghĩa: Hiện tượng khi nguyên tử hóa mẫu để đo cường độ

vạch phổ thì một lượng nhỏ của một số nguyên tố phân tích khó bay hơi không bị nguyên tử hóa và lưu lại bề mặt cuvet

Ảnh hưởng: Hiện tượng làm tăng số nguyên tử tự do có trong

cuvet làm tăng cường độ vạch phổ và làm sai lệch kết quả phân tích

Cách loại trừ:

 làm sạch cuvet sau mỗi lần nguyên tử hóa mẫu phân tích bẵng cách làm bay hơi hết các chất trong cuvet với ngọn lửa

ở nhiệt độ cao hơn ngọn lửa dùng trong phân tích

 Dùng các loại cuvet được chế tạo từ graphit đã được hoạt hóa toàn phần, có bề mặt chắc và mịn

 Phân tích đo lần lượt từ nồng độ nhỏ đến lớn

 Sử dụng chất đệm phù hợp thêm vào mẫu phân tích

 Tráng bề mặt trong của cuvet bằng hợp chất bền nhiệt

Câu 7: Các yêu tố ảnh hưởng đến quá trình đo phổ hấp thụ nguyên tử:

Ảnh hưởng của các cation:

Trong dung dịch phân tích ngoài nguyên tố cần xác định còn có những cation lạ Ảnh hưởng của các cation có thể có hiệu ứng dương, có thể có hiệu ứng âm hoặc vửa dương vừa âm ở các nồng

độ khác nhau

Ta có các biện pháp loại trừ:

 Chọn điều kiện xử lý mẫu phù hợp để loại các nguyên tố lạ ra khỏi dung dịch phân tích

 Chọn thông số máy đo thích hợp

 Chọn điều kiện thí nghiệm và điều kiện nguyên tử hóa mẫu phù hợp