Cơ sở phổ phân tử và

Ứng dụng trong phân tích vật chất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA DẦU KHÍ

BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU

TRÌNH BÀY CƠ SỞ PHỔ PHÂN TỬ VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH VẬT CHẤT

1.KIM THANH HÀ 2.NGUYỄN NGỌC HIẾU 3.NGÔ NGỌC HIỂN

Nhóm sinh viên thực hiện

Giáo viên hướng dẫn : TS.TỐNG THỊ THANH HƯƠNG

1# bản chất sự hình thành thành phổ phân tử

2# Một số Ứng dụng trong phân tích vật chất

Ý nghĩa

Nội dung

SỰ HÌNH THÀNH PHỔ PHÂN TỬ

Ứng dụng phổ phân tử

Ví dụ phân tích phổ phân tử

Sự hình thành phổ phân tử

1.Sự bức xạ điện từ và trạng thái năng lượng của phân tử

2.Các phương pháp phổ hấp thụ phân tử

3.Định luật Lambert – beer

4.Biểu diễn phổ hấp thụ phân tử

Sự hình thành phổ phân tử

1.Sự bức xạ điện từ và trạng thái năng lượng của phân tử

2.Các phương pháp phổ hấp thụ phân tử

3.Định luật Lambert – beer

4.Biểu diễn phổ hấp thụ phân tử

Phân tử tồn tại nhiều chuyển động

• Chuyển động của các phân tử quay hạt nhân • Chuyển động tuần hoàn của các hạt nhân với

nhau. • Chuyển động thay đổi hướng toàn phần.

Sự thay đổi trạng thái lượng tử của phân tử sẽ dẫn đến sự biến thiên năng lượng ∆𝑬

Phân tử chỉ tồn tại trong trạng thái kích thích trong khoảng thời gian rất ngắn (10-6 -10-9 ) và quay trở lại

trạng thái ban đầu.

Q u á t r ì n h p há t x ạ

Quá trình một phân tử chuyển trạng thái lượng tử cao hơn sang thấp hơn và thoát

ra một photon

Quá trình hấp thụ

Quá trình một phân tử chuyển từ trạng thái lượng tử thấp hơn sang cao hơn và

hấp thụ một photon

Q u á t r ì n h p há t x ạ

Quá trình một phân tử chuyển trạng thái lượng tử cao hơn sang thấp hơn và thoát

ra một photon

Quá trình hấp thụ

Quá trình một phân tử chuyển từ trạng thái lượng tử thấp hơn sang cao hơn và

hấp thụ một photon

∆𝑬= Ecao - Ethấp = h.𝝑

∆E = 0: năng lượng phân tử không thay đổi khi tương tác với bức xạ điện từ.

∆E > 0: phân tử hấp thụ năng lượng. ∆E < 0: phân tử bức xạ năng lượng

Năng lượng được phân tử lưu giữ dưới ba dạng quay, dao động và điện tử

∆𝑬 = ∆𝑬 quay + ∆𝑬dao động +∆𝑬điện tử

“hiện tượng bức xa điện từ của phân tử gây

nên các bước chuyển năng lượng quay, dao

động và điện tử của phân tử là nguồn gốc

của các loại phổ hấp thụ”

Sự hình thành phổ phân tử

1.Sự bức xạ điện từ và trạng thái năng lượng của phân tử

2.Các phương pháp phổ hấp thụ phân tử

3.Định luật Lambert – beer

4.Biểu diễn phổ hấp thụ phân tử

∆𝑬= h.𝝑

∆𝑬 = ∆𝑬 quay + ∆𝑬dao động +∆𝑬điện tử

Mỗi bức xạ điện từ có một tần số riêng gọi là tần số quay 𝝑q, tần số dao động 𝝑d và tần

số kích thích điện từ 𝝑e.

Hiện tượng bức xạ điện từ của phân tử đã hình thành đám phổ có

tần số xác định

Phổ quay

Phổ dao động – quay

Phổ điện tử - dao động – quay.

Phổ quay Hấp thụ trong vùng vi sóng hay vừng hồng ngoại xa làm thay đổi trạng thái quay Phổ quay thuần túy gồm các vạch rất xít nhau và cách đều

nhau với tần số : 𝝑q =∆𝑬𝒒

𝒉

Phổ dao động - quay Hấp thụ bức xạ ở vùng hồng ngoại gần, trạng thái dao động bị kích thích (trạng thái electron vẫn không đổi) Phổ quay-dao động-điện tử Hấp thụ bức xạ có nặng lượng lớn hơn như các bức xạ khả kiến hay bức xạ tử ngoại

Phổ quay Hấp thụ trong vùng vi sóng hay vừng hồng ngoại xa làm thay đổi trạng thái quay Phổ quay thuần túy gồm các vạch rất xít nhau và cách đều

nhau với tần số : 𝝑q =∆𝑬𝒒

𝒉

Phổ quay Hấp thụ trong vùng vi sóng hay vừng hồng ngoại xa làm thay đổi trạng thái quay Phổ quay thuần túy gồm các vạch rất xít nhau và cách đều

nhau với tần số : 𝝑q =∆𝑬𝒒

𝒉

Phổ dao động - quay Hấp thụ bức xạ ở vùng hồng ngoại gần, trạng thái dao động

bị kích thích . 𝝑d =∆𝑬𝒅

𝒉

(trạng thái electron vẫn không đổi)

Vì∆𝑬 d > > ∆𝑬q nên cùng với sự biến thiên năng lượng dao động luôn có biến thiên năng lượng quay. Phổ ta thu được các đám vạch với tần số

𝝑 = 𝝑q + 𝝑q

Phổ dao động - quay ( phổ dao động hay phổ hồng ngoại ).

Phổ quay Hấp thụ trong vùng vi sóng hay vừng hồng ngoại xa làm thay đổi trạng thái quay Phổ quay thuần túy gồm các vạch rất xít nhau và cách đều

nhau với tần số : 𝝑q =∆𝑬𝒒

𝒉

Phổ dao động - quay Hấp thụ bức xạ ở vùng hồng ngoại gần, trạng thái dao động bị kích thích (trạng thái electron vẫn không đổi) Phổ quay-dao động-điện tử Hấp thụ bức xạ có nặng lượng lớn hơn như các bức xạ khả kiến

hay bức xạ tử ngoại . 𝝑e =∆𝑬𝒆

𝒉

Sự thay đổi trạng thái electron luôn có sự thay đổi trạng thái dao động và trạng thái quay nên ta sẽ thu được đám vạch với tần số

𝝑 = 𝝑q + 𝝑q + 𝝑e

Phổ hấp thụ electron hay phổ electron (phổ tử ngoại – khả kiến ).

Phổ quay Hấp thụ trong vùng vi sóng hay vừng hồng ngoại xa làm thay đổi trạng thái quay Phổ quay thuần túy gồm các vạch rất xít nhau và cách đều

nhau với tần số : 𝝑q =∆𝑬𝒒

𝒉

Phổ dao động - quay Hấp thụ bức xạ ở vùng hồng ngoại gần, trạng thái dao động bị kích thích (trạng thái electron vẫn không đổi) Phổ quay-dao động-điện tử Hấp thụ bức xạ có nặng lượng lớn hơn như các bức xạ khả kiến hay bức xạ tử ngoại

Sự hình thành phổ phân tử

1.Sự bức xạ điện từ và trạng thái năng lượng của phân tử

2.Các phương pháp phổ hấp thụ phân tử

3.Định luật Lambert – beer

4.Biểu diễn phổ hấp thụ phân tử

3# Định luật Lambert – beer

Cơ sở để sử dụng phổ hồng ngoại và phổ tử ngoại -khả kiến

Với hai tia sáng có cùng năng lượng nhưng có cường độ sáng khác nhau :

Độ truyền qua : T= I/Io .100%. Độ hấp thụ :A= (Io – I )/ Io .100%.

aaaaaa

T và A Phụ thuộc vào bản chất của chất hòa tan . chiều dày d của lớp mỏng và nồng độ C của dung dịch . Biểu theo công thức:

𝝐 gọi là hệ số hấp thụ, C được tính bằng mol/l, d tính bằng cm và D là mật độ quang

Note :Phương trình trên chỉ đúng với tia đơn sắc

Trên trục tung: A, D,𝝐 , lg 𝝐, T Trên trục hoành: tần số bức xạ 𝝑 , số

sóng 𝝑, bước sóng bức xạ kích thích ּג.

Xây dựng đồ thị từ định luật Lambert - Beer

Sự phụ thuộc của D vào bước sóng: D ּג. = f( .ּג )

Với cùng một chất nhưng với các tia sáng khác nhau

sẽ cho các đường đồ thị khác nhau. Dùng phương trình này để phân tích định lượng

Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ vào chiều dài của bước sóng kích thích

Hai đường biểu diễn này dùng để phân tích cấu tạo của các hợp chất

Sự hình thành phổ phân tử

1.Sự bức xạ điện từ và trạng thái năng lượng của phân tử

2.Các phương pháp phổ hấp thụ phân tử

3.Định luật Lambert – beer

4.Biểu diễn phổ hấp thụ phân tử

Phổ hồng ngoại Đ

ộ t

ruyề

n q

ua

(%)

Bước sóng

Phổ thường được ghi dưới dạng thể hiện sự phụ thuộc của % độ truyền qua vào số sóng ( hoặc bước sóng ) của bức xạ

Phổ tử ngoại – khả kiến

Hệ

số

hấp

th

ụ m

ol

Bước sóng

Thể hiện sự phụ thuộc của mật độ quang D (A) vào bước sóng ( hoặc số sóng )

Để so sánh giữa các chất , giữa các cấu tạo khác nhau thì phổ d thể hiện sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ mol 𝜺 (hoặc lg 𝜺 ) vào bước sóng.

Nội dung

SỰ HÌNH THÀNH PHỔ PHÂN TỬ

Ứng dụng phổ phân tử

Ví dụ phân tích phổ phân tử

Sử dụng phổ hồng ngoại và Phổ tử ngoại khả kiến trong phân tích vật chất

Ứng dụng của phổ phân tử

# Phương pháp phổ tử ngoại - khả kiến # Có ý nghĩa quan trọng trong phân tích định tính,

phân tích cấu trúc phân tử và phân tích định lượng

Ưu điểm của phổ tử ngoại khả kiến

Khả năng áp dụng rộng Phần lớn các chất hữu cơ, vô cơ, hóa sinh hấp thụ trực tiếp và hấp thụ không trực tiếp. Khoảng 90% các phân tích trong phòng thí nghiệm ở bệnh viện.

Độ nhạy cao Giới hạn dò trong khoảng 10-4 đến 10-5M ,có thể được mở rộng đến 10-6 thậm chí 10-7 M với những thủ tục bổ sung.

Độ chọn lọc từ trung bình đến cao

Có thể hấp thụ một chất mà không phải tách khỏi hỗn hợp.

Độ chính xác cao Sai số nằm trong khoảng 1-5%.

Ưu điểm của phổ tử ngoại khả kiến

Khả năng áp dụng rộng Phần lớn các chất hữu cơ, vô cơ, hóa sinh hấp thụ trực tiếp và hấp thụ không trực tiếp. Khoảng 90% các phân tích trong phòng thí nghiệm ,ở bệnh viện

Chất hấp thụ trực tiếp Những nhóm chức mang màu hữu cơ.

Một số chất vô như những ion kim loại chuyển tiếp mang màu trong dung dịch như Cu2+,Ni2+hoặc các ion MnO4-,

Cr2O72-…

Chất không hấp thụ trực tiếp Chất hay ion ví dụ ion kim loại không hấp thụ trực tiếp

hoặc hấp thu với cường độ yếu. Thêm các thuốc thử vô cơ, để thiết lập môi trường thích hợp để chuyển toàn bộ chất hoặc ion phân tích về dạng

phức có thể hấp thụ trực tiếp.

Chất hấp thụ trực tiếp Những nhóm chức mang màu hữu cơ.

Một số chất vô như những ion kim loại chuyển tiếp mang màu trong dung dịch như Cu2+,Ni2+hoặc các ion MnO4-,

Cr2O72-…

Chất không hấp thụ trực tiếp Chất hay ion ví dụ ion kim loại không hấp thụ trực tiếp

hoặc hấp thu với cường độ yếu. Thêm các thuốc thử vô cơ, để thiết lập môi trường thích hợp để chuyển toàn bộ chất hoặc ion phân tích về dạng

phức có thể hấp thụ trực tiếp

Ưu điểm của phổ tử ngoại khả kiến

Khả năng áp dụng rộng Phần lớn các chất hữu cơ, vô cơ, hóa sinh hấp thụ trực tiếp và hấp thụ không trực tiếp. Khoảng 90% các phân tích trong phòng thí nghiệm ở bệnh viện.

Độ nhạy cao Giới hạn dò trong khoảng 10-4 đến 10-5M ,có thể được mở rộng đến 10-6 thậm chí 10-7 M với những thủ tục bổ sung.

Độ chọn lọc từ trung bình đến cao

Có thể hấp thụ một chất mà không phải tách khỏi hỗn hợp.

Độ chính xác cao Sai số nằm trong khoảng 1-5%.

Ưu điểm của phổ tử ngoại khả kiến

Khả năng áp dụng rộng Phần lớn các chất hữu cơ, vô cơ, hóa sinh hấp thụ trực tiếp và hấp thụ không trực tiếp. Khoảng 90% các phân tích trong phòng thí nghiệm ở bệnh viện.

Độ nhạy cao Giới hạn dò trong khoảng 10-4 đến 10-5M ,có thể được mở rộng đến 10-6 thậm chí 10-7 M với những thủ tục bổ sung.

Độ chọn lọc từ trung bình đến cao

Có thể hấp thụ một chất mà không phải tách khỏi hỗn hợp.

Độ chính xác cao Sai số nằm trong khoảng 1-5%.

Ưu điểm của phổ tử ngoại khả kiến

Khả năng áp dụng rộng Phần lớn các chất hữu cơ, vô cơ, hóa sinh hấp thụ trực tiếp và hấp thụ không trực tiếp. Khoảng 90% các phân tích trong phòng thí nghiệm ở bệnh viện.

Độ nhạy cao Giới hạn dò trong khoảng 10-4 đến 10-5M ,có thể được mở rộng đến 10-6 thậm chí 10-7 M với những thủ tục bổ sung.

Độ chọn lọc từ trung bình đến cao

Có thể hấp thụ một chất mà không phải tách khỏi hỗn hợp.

Độ chính xác cao Sai số nằm trong khoảng 1-5%.

Ưu điểm của phổ tử ngoại khả kiến

Khả năng áp dụng rộng Phần lớn các chất hữu cơ, vô cơ, hóa sinh hấp thụ trực tiếp và hấp thụ không trực tiếp. Khoảng 90% các phân tích trong phòng thí nghiệm ở bệnh viện.

Độ nhạy cao Giới hạn dò trong khoảng 10-4 đến 10-5M ,có thể được mở rộng đến 10-6 thậm chí 10-7 M với những thủ tục bổ sung.

Độ chọn lọc từ trung bình đến cao

Có thể hấp thụ một chất mà không phải tách khỏi hỗn hợp.

Độ chính xác cao Sai số nằm trong khoảng 1-5%.

Ưu điểm của phổ tử ngoại khả kiến

Khả năng áp dụng rộng Phần lớn các chất hữu cơ, vô cơ, hóa sinh hấp thụ trực tiếp và hấp thụ không trực tiếp. Khoảng 90% các phân tích trong phòng thí nghiệm ở bệnh viện.

Độ nhạy cao Giới hạn dò trong khoảng 10-4 đến 10-5M ,có thể được mở rộng đến 10-6 thậm chí 10-7 M với những thủ tục bổ sung.

Độ chọn lọc từ trung bình đến cao

Có thể hấp thụ một chất mà không phải tách khỏi hỗn hợp.

Độ chính xác cao Sai số nằm trong khoảng 1-5%.

Một số ứng dụng khác

Xác định hằng số cân bằng, hằng số phân

li và nghiên cứu động. Là cơ sở của phương pháp đo quang ,

ứng dựng trong nhiều ngành: dược , luyện kim , địa chất, nông nghiệp.

Là phương pháp hỗ trợ quan trọng cho phổ hồng ngoại và cộng hưởng từ hạt nhân để đồng nhất các chất.

Phổ hồng ngoại

Đồng nhất các chất Số liệu cho kết quả đồng nhất, quá trình đồng nhất là so sánh phổ của chất nghiên cứu với phổ chuẩn.

Xác định cấu trúc phân tử Các nhóm chức trong phân tử và đặc tính của liên kết cũng như cấu trúc và vị trí các nhóm thế trong hợp chất.

Phân tích định lượng Kém chính xác hơn so với các phương pháp khác (như phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis). Phân tích dung dịch kết quả chính xác hơn so với mẫu dạng rắn.

Phổ hồng ngoại

Đồng nhất các chất Số liệu cho kết quả đồng nhất, quá trình đồng nhất là so sánh phổ của chất nghiên cứu với phổ chuẩn.

Phổ chuẩn

Là các tần số ,những tần số này đã được xác định bởi các nhà khoa học và đã được

đưa vào bảng tra cứu.

Phổ hồng ngoại

Đồng nhất các chất Số liệu cho kết quả đồng nhất, quá trình đồng nhất là so sánh phổ của chất nghiên cứu với phổ chuẩn.

Xác định cấu trúc phân tử Các nhóm chức trong phân tử và đặc tính của liên kết cũng như cấu trúc và vị trí các nhóm thế trong hợp chất.

Phân tích định lượng Kém chính xác hơn so với các phương pháp khác (như phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis). Phân tích dung dịch kết quả chính xác hơn so với mẫu dạng rắn.

Phổ hồng ngoại

Đồng nhất các chất Số liệu cho kết quả đồng nhất, quá trình đồng nhất là so sánh phổ của chất nghiên cứu với phổ chuẩn.

Xác định cấu trúc phân tử Các nhóm chức trong phân tử và đặc tính của liên kết cũng như cấu trúc và vị trí các nhóm thế trong hợp chất.

Phân tích định lượng Kém chính xác hơn so với các phương pháp khác (như phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis). Phân tích dung dịch kết quả chính xác hơn so với mẫu dạng rắn.

Phổ hồng ngoại

Đồng nhất các chất Số liệu cho kết quả đồng nhất, quá trình đồng nhất là so sánh phổ của chất nghiên cứu với phổ chuẩn.

Xác định cấu trúc phân tử Các nhóm chức trong phân tử và đặc tính của liên kết cũng như cấu trúc và vị trí các nhóm thế trong hợp chất.

Phân tích định lượng Kém chính xác hơn so với các phương pháp khác (như phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis). Phân tích dung dịch kết quả chính xác hơn so với mẫu dạng rắn.

Nội dung

SỰ HÌNH THÀNH PHỔ PHÂN TỬ

Ứng dụng phổ phân tử

Ví dụ phân tích phổ phân tử

Ví dụ về về phân tích phổ

Xét một ví dụ với phổ hồng ngoại

1

Ghi các vùng phổ (chân peak), (đỉnh peak). Chú ý các peak đặc trưng: đặc điểm (đỉnh kép, mạnh và rộng, yếu và hep, nhọn và hẹp, chân rộng ... )

Các bước tiến hành

2 Từ công thức phân tử, dự đoán có thể chứa dao động của những nhóm chứa nào?

Các peak của phổ có thể ứng với dao động của những nhóm chức nào? 3

Đối chiếu 4

Phổ hồng ngoại hexanoic acid

HẾT RỒI

Cảm ơn cô và các bạn đã lắng nghe và theo dõi.