Bài giảng Phân tích hữu cơ: Chương 2 - TS. Nguyễn Thị Thảo Trân

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:140

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Phân tích hữu cơ - Chương 2: Phương pháp phổ trong phân tích định tính, cung cấp những kiến thức như các bước chung trong việc xác định cấu trúc một hợp chất hữu cơ; những định luật cơ bản của sự hấp thụ ánh sáng; tương tác giữa bức xạ và phân tử;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Phân tích hữu cơ: Chương 2 - TS. Nguyễn Thị Thảo Trân

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH HỮU CƠ PHƯƠNG PHÁP PHỔ Tp. HCM, 09-2016 TRONG PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH GVGD: TS. NGUYỄN THỊ THẢO TRÂN Email: ntttran@hcmus.edu.vn
CÁC BƯỚC CHUNG TRONG VIỆC XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC MỘT HỢP CHẤT HỮU CƠ HCHC Phân tích định lượng tinh khiết (pp phổ, spectroscopic Phân tích hóa lý Xác định nguyên tố method) Phân tích định tính Khối lượng Công thức nguyên Nhóm chức hiện diện Công thức trong phân tử phân tử Cấu trúc phân tử
Hóa phân tích PP thiết bị PP hóa học Phổ khối lượng ➢ Chuẩn độ: Titration (Mass Spectrometry) ➢Phân tích tỉ trọng: Gravimetric Analysis ➢Hóa dung dịch: Solution Chemistry Quang phổ (Spectroscopy) ➢FT-ICR Microwave ➢TOF ➢Quadrupole ➢Ion Trap NMR Optical Absorption ➢Linear Trap ➢Magnetic Optical Emission Sector
 NGUYÊN TẮC PHƯƠNG PHÁP PHỔ Phân tử Năng lượng Tín hiệu Đầu dò Phổ (Molecule) (Signal) (Detector) (Spectrum) (Tia/sóng) Tia/sóng: - Nhiễu xạ tia X - Sóng radio: làm hạt nhân cộng - Sóng hồng ngoại: hấp thu Phổ: - Ghi nhận tương tác - Vẽ giản đồ hấp thu - Biểu diễn mối liên hệ giữa tương tác và cấu trúc.
Bức xạ điện từ (electromagnetic radiation, EMR): ánh sánh nhìn thấy (visible light), tia hồng ngoại (infrared rays), tia tử ngoại (ultraviolet rays), tia Röntgen (tia X, tia X quang, X- rays), sóng radio (radio waves), vi sóng (microwaves), tia γ (gamma rays).
▪ Bức xạ có bản chất sóng – hạt. ▪ Các dạng bức xạ (dao động (theo kiểu hình sin với vận tốc ánh sáng, theo trục x): dao động của cường độ điện trường (electric fields, theo trục z) và cường độ từ trường (magnetic fields, theo trục y).
 CÁC DẠNG BỨC XẠ ▪ Các dạng bức xạ khác nhau thì khác nhau về năng lượng hν của các hạt photon (hạt của ánh sáng, particle of light). Với: E = hν ▪ Bức xạ điện từ bao gồm các dải sóng điện từ có bước sóng biến đổi trong khoảng rất rộng, từ m (sóng radio) đến cỡ Å = 10-8 cm (tia X) hoặc nhỏ hơn nữa. Mắt người chỉ cảm nhận được vùng phổ điện từ rất nhỏ, đó là vùng nhìn thấy (khả kiến) bao gồm các bức xạ có bước sóng từ 396 – 760 nm.
Bức xạ khả kiến bao gồm các tia (bảy sắc cầu vồng): - Đỏ: λ 739-610 nm - Da cam: λ 610-590 nm - Vàng: λ 590-560 nm - Lục: λ 560-510 nm - Lam: λ 510-490 nm - Chàm: λ 490-430 nm - Tím: λ 430-400 nm
Những định luật cơ bản của sự hấp thụ ánh sáng ▪ Định luật Bouguer-Lambert: Lượng tương đối của dòng ánh sáng bị hấp thụ bởi môi trường mà nó đi qua không phụ thuộc vào cường độ của tia tới. Mỗi một lớp bề dày như nhau hấ[ thụ một phần dòng sáng đơn sắc đi qua dung dịch như nhau. A = l.k Trong đó: A: mật độ quang, đặc trưng cho khả năng hấp thụ của dung dịch màu, A = lg(Io/I) = lgnl = l.lgn l: bề dày của dung dịch, đơn vị là cm. k: đại lượng hằng số đặc trưng cho chất đã cho. Hệ số này trong các giới hạn rộng không phụ thuộc cường độ chùm sáng. 10
▪ Định luật Beer: có 2 cách phát biểu định luật - Sự hấp thụ dòng quang năng tỉ lệ bậc nhất với số phân tử của chất hấp thụ mà dòng quang năng đi qua nó. - Độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu (đại lượng mật độ quang) tỉ lệ bậc nhất với nồng độ của dung dịch chất hấp thụ ánh sáng. A = K.l.C Trong đó: K: hệ số tỉ lệ C: nồng độ dung dịch, đơn vị mol/L l: bề dày của dung dịch, đơn vị cm. 11
▪ Định luật hợp chất Bouguer-Lambert - Beer: Khi đi qua hệ (dung dịch màu) một chùm photon đơn sắc thì mức độ hấp thụ của dung dịch màu tỉ lệ thuận với công suất chùm photon và nồng độ các phần tử hấp thụ. Io A  lg   .C.l I Trong đó: A: độ hấp thụ (absorbance) hay còn gọi là mật độ quang T = I/Io: độ truyền qua (transmittance), đơn vị là % : độ hấp thụ phân tử gam, đơn vị L.mol-1.cm-1 C: nồng độ dung dịch màu, đơn vị mol/L l: bề dày của dung dịch, đơn vị cm. 12
Các dạng bức xạ khác nhau thì khác nhau về năng lượng hν của các hạt photon (hạt của ánh sáng, particle of light). E = hν Trong đó: - E: năng lượng bức xạ - h: hằng số Planck, h = 6.626 x 10-27 ec.s=6.626 x 10-34 J.s - ν: tần số dao động điện từ, đơn vị thường dùng là Hz, MHz ν = c/λ Trong đó: - c: vận tốc ánh sáng, c = 2.9979 x 1010 cm/s - ν: tần số dao động điện từ - λ: bước sóng hay độ dài sóng; đơn vị thường là m, cm, μm, nm, Å 1     Trong đó:  c - : sốsóng, đơn vị thường dùng là cm-1 với 1000 cm-1 = 1000 K (Kaiser) = 1 kK (kilokaize)
Tóm lại: năng lượng bức xạ được tính theo công thức sau: hc E  h   hc  Đổi đơn vị: 1 ec = 10-7 J = 2.3884 x 10-8 cal = 0.6241 x 1012 eV  Bước sóng càng ngắn, năng lượng càng lớn.
 TƯƠNG TÁC GIỮA BỨC XẠ VÀ PHÂN TỬ Khi bức xạ chiếu vào phân tử, tia bức xạ sẽ bị khuếch tán hoặc hấp thụ bởi các phân tử. Sự khuếch tán không làm thay đổi tần số bức xạ được gọi là sự khuếch tán thường. Sự khuếch tán làm thay đổi tần số bức xạ được gôi là sự khuếch tán tổ hợp. Việc ghi phổ phân tử chính là ghi lại sự hấp thụ bức xạ của phân tử. Trạng thái năng lượng của phân tử trong quang phổ có ba dạng: - Năng lượng electron (Eel): phụ thuộc vào sự phân bố electron (từ orbital phân tử này sang orbital phân tử khác). - Năng lượng dao động (Edd): đặc trưng cho sự dao động của các hạt nhân nguyên tử xung quanh vị trí cân bằng của chúng trong phân tử. - Năng lượng quay (Eqy): liên quan đến sự quay của phân tử xung quanh những trục nào đó của phân tử.
Eel : B, electronic transition Edd : C, vibrational transition Eqy : D, rotational transition Ept = Eel + Edd + Eqy hay ∆Ept = ∆Eel + ∆Edd + ∆Eqy Trạng thái năng lượng của phân tử
Ngay sau khi phân tử hấp thụ (absorption) bức xạ và chuyển lên trạng thái kích thích S1, nó va chạm với phân tử khác; chuyển bớt năng lượng cho chúng để tụt xuống mức năng lượng thấp hơn, ví dụ S10 = 0. - Tiếp đó, phân tử trở về trạng thái electron cơ bản So kèm theo sự phát bức xạ với tần số nhỏ hơn bức xạ mà nó phát trước đó. Hiện tượng này gọi là sự phát huỳnh quang (fluorescence) với thời gian 10-7-10-9 s. - Sự phát lân quang (phosphorescence): phân tử ở trạng thái singlet có khuynh hướng nhường bớt năng lượng (kg bức xạ) để chuyển sang trạng thái triplet (sự đảo spin) và từ trạng thái triplet tiếp tục trở về trạng thái cơ bản So với thời gian sống lên đến hàng Giản đồ năng lượng tương ứng với các trạng thái cơ giây. bản và trạng thái kích thích của phân tử
PHƯƠNG PHÁP PHỔ THÔNG TIN CUNG CẤP Phổ khối lượng phân tử Khối lượng phân tử, cấu tạo 1H-NMR Sự kết nối của cấu trúc Loại proton và số lượng proton cho mỗi loại 13C-NMR Loại bậc C Sườn C IR Nối hóa học Nhóm chức hóa học UV-Vis Sự liên hợp trong phân tử XRD (đơn tinh thể) Độ dài nối, góc nối. Cấu trúc phân tử
KHỐI PHỔ (MS, MASS SPECTROMETRY) Phổ hồng ngoại, phổ tử ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân: phân tử được giữ nguyên. Phổ khối lượng: phân tử bị phá hủy, mẫu được hóa hơi và sau đó phân tử ở thế khí bị bắn phá bởi electron với năng lượng cao. Khi phân tử M va chạm với các (chùm) electron có năng lượng cao (40-80 eV), quá trình đầu tiên xảy ra là sự ion hóa phân tử theo 3 kiểu: a. M + e  [M]+. + 2e b. M + e  [M]z+ + (z+1)e c. M + e  [M]-. Trong máy khối phổ chỉ những ion dương mới đến được bộ phân tích còn các ion âm thì bị giữ lại ở buồng ion hóa.
Ví dụ: sự phân mảnh của phân tử ABCDE 1. Sự ion hóa phân tử ABCDE + e  [ABCDE]+. + 2e 2. Ion phân tử tự phân tách thành các mảnh [ABCDE]+.  [ABC]+. + [DE]. [ABC]+  [AB]+ + C [AB]+  A + B+ [ABC]+ , [AB]+, B+: mảnh ion 3. Ngoài ra, sự phân mảnh có thể xảy ra các kiểu sau: - Sự chuyển vị: [ABCDE]+.  [ABECD]+. [ABECD]+.  [AB]+. + [ECD]. [ABECD]+.  [ABE]+. + CD - Tạo cặp ion: [ABCDE]+. + e  [AB]+ + [CDE]- - Tương tác của ion phân tử với một mảnh trung hòa điện: