Bài giảng "Phân tích thành phần thực phẩm: Phân tích công cụ" được biên soạn với các nội dung chính sau đây: Đặc tính của bức xạ điện từ; Sơ đồ chung của thiết bị đo quang; Phổ hấp thụ hồng quang, Phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến; Phổ huỳnh quang... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng!
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 1
1. Nhóm các phương pháp phân tích hóa học 2. Nhóm các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý (phương pháp công cụ) - Các tín hiệu về phát xạ (dùng trong phương pháp phổ xạ phát quang...) - Các tín hiệu về hấp thụ bức xạ (phương pháp so màu, đo quang, cộng hưởng từ hạt nhân và cộng hưởng Spin electron) - Các tín hiệu về tán xạ (phương pháp đo độ đục, quang phổ Raman) - Các tín hiệu về khúc xạ (phương pháp đo khúc xạ, giao thoa) - Các tín hiệu về nhiễu xạ (phương pháp nhiễu xạ tia X và nhiễu xạ electron) - Các tín hiệu về điện thế, điện tích, dòng điện, điện trở (phương pháp đo điện thế, phương pháp phổ cực, ampe, đo độ dẫn…) - Các tín hiệu về tỷ lệ khối lượng/điện tích (phương pháp khối phổ) - Các tín hiệu về vận tốc phản ứng, về nhiệt, về phóng xạ (phương pháp động học, đo độ dẫn nhiệt, entalpy, phương pháp hoạt hóa và pha loãng đồng vị…) Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
1
2
ĐẶC TÍNH CỦA BỨC XẠ ĐIỆN TỪ
Bức xạ điện tử bao gồm: ánh sáng nhìn thấy, các tia tử ngoại, hồng ngoại, tia Rơnghen (tia X), tia gama (γ), sóng radio… có bản chất 2 mặt: vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. Mô hình sóng – bức xạ điền từ
Tần số n
là số dao động mà bức xạ điện từ thực hiện trong 1 giây
1-= s
[ ]
Cv (cid:222)==
Số sóng
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 3
1
]
=
=
cm
[
1
Quan điểm hạt: bức xạ điện từ là những hạt photon
=
=
- (cid:222)
h
[ ] E
, jec
= . hE
C
h: hằng số planck = 6,627.10-27ec.s = 6,627.10-34j.s
(cid:222)
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
2
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 4
Miền phổ
Khoảng bước sóng
Khoảng tần số (Hg)
< 0,05 A0 0,05 ‚ 100 A0 10 ‚ 180 nm 180 ‚ 350 nm 350 ‚ 770 nm 770 ‚ 2500 m m 2,5 ‚ 50 m m 50 ‚ 1000 m m 1‚ 300 mm > 300 mm
> 6.1019 3.1016 ‚ 6.1019 1,7.1015 ‚ 3.1016 8,6 .1014 ‚ 1,7.1015 3,9.1014 ‚ 8,6 .1014 1,2.1014 ‚ 3,9 .1014 6.1012 ‚ 1,2 .1014 3.1011 ‚ 6.1012 1.109 ‚ 3.1011 < 1.109
Tia γ Tia X Tử ngoại xa Tử ngoại gần Khả kiến Hồng ngoại gần Hồng ngoại giữa Hồng ngoại xa Viba Sóng vô tuyến
SƠ ĐỒ CHUNG CỦA THIẾT BỊ ĐO QUANG
=
+
+
+
+
I
I
I
I
I
I
o
dm
x
pc
tx
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 5
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
3
6 Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN
=
+
+
I
I
I
I
¢+ I
o
dm
pc
tx
-
PHỔ HẤP THỤ HỒNG NGOẠI (PHỔ ĐIỆN TỬ - PHỔ DAO ĐỘNG)
1. Trạng thái năng lượng phân tử Etf = Ee + Ev + Ej
Etf : năng lượng toàn phần của hệ phân tử Ee : năng lượng liên quan đến chuyển động của điện tử Ev: năng lượng liên quan đến chuyển động dao động Ej: năng lượng liên quan đến chuyển động quay
Ee
‡ Ej
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 7
‡ Ev » 60 - 150 Kcal/mol 1 - 10 Kcal/mol » 0.01 - 0.1 Kcal/mol
Ee Ev Ej
»
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
4
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 8
2. Trạng thái dao động của phân tử • Phân tử có 2 nguyên tử
=
+
=
s
1 1 1 mmM 1 2
1 2
K M
(cid:213)
Dao động điều hòa:
h
=
+
+
=(cid:247)
E
.
v
h
v
. S
2
K M
1 2
1 2
2
(cid:246) (cid:230) (cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) (cid:231) (cid:213) ł Ł ł Ł
2 s
Dao động phi điều hòa:
=
+
+
E
h
v
v
s
h 4
2 D
1 2
1 2
2
(cid:246) (cid:230) (cid:246) (cid:230) - (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) ł Ł ł Ł
=
+
+
E
h
v
hx .
v
.
s
s
1 2
1 2
x: hệ số phi điều hòa Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN
• Phân tử có nhiều nguyên tử
– Dao động hóa trị (dao động co dãn liên kết)
– Dao động biến dạng (dao động biến hình)
(cid:246) (cid:230) (cid:246) (cid:230) - (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) ł Ł ł Ł 9
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
5
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 10
3. Máy quang phổ hồng ngoại • Nguồn sáng
(cm-1)
Nguồn phát xạ
Miền phổ
Điều kiện phát xạ
Thanh Cacbon silic
Miền hồng ngoại gần và trung bình: 300 - 5000 Miền hồng ngoại gần và trung bình. 400 – 5000
Thanh nén nec từ hỗn hợp: ZrO2, CeO2, Y2O3 ThO2 Đèn sợi đốt Vonfram
50V; 4 A 1600 K 90 V; 04 A 1900 K 6 V; 5 A (chứa Ar hay N)
Miền hồng ngọai gần và miền nhìn thấy 2500 - 5000
• Bộ tán sắc Lăng kính
Miền phổ (cm-1)
Ngoài nay còn dùng cách tử nhiễu xạ phản xạ, giao thoa kế
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 11
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
6
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 12
• Bộ thu bức xạ Không dùng tế bào quang điện hoặc nhân quang điện tử, mà dùng cặp nhiệt điện • Bộ ghi
4. Ứng dụng phổ hồng ngoại • • • • • •
Đồng nhất các chất hữu cơ Xác định cấu trúc phân tử của hợp chất Ứng dụng trong nghiên cứu hợp chất vô cơ Phân tích định lượng và kiểm tra sản xuất Nghiên cứu động học phản ứng Nghiên cứu toàn diện phân tử
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 13
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
7
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 14
PHỔ HẤP THỤ TỬ NGOẠI-KHẢ KIẾN (PHỔ UV-VIS)
1. Nguyên lý phương pháp Khi cho ánh sáng đi qua dung dịch nghiên cứu, dung dịch này sẽ hấp thụ một phần năng lượng ánh sáng ti và chỉ cho truyền qua một phần ánh sáng, phần ánh sáng này sẽ đi tới máy thu (Detector) và được ghi nhận. l =200 ‚ 800nm 2. Định luật cơ bản Định luật Lambert-Beer:
= ACl
Io = .. lg I
-1
I = Io.e-klC hay A = as.lcm.Cg.l
-1 = am.lcmCmol.l
3. Tính cộng tính của độ hấp thụ
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 15
A1 A2 I Io I1 1 2
ε1, l, C1 ε2, l, C2
o
=
+
=
+
=(cid:247)
A
log
log
log
log
.
tong
A 1
A 2
=(cid:247)
I I
I 1 I
I O I
I 1 I
I o I
1
1
1.l.C1 + e
2.l.C2+…+ e
n.l.Cn = l (e
1.C1+...+ e
nCn)
ATổng = e
(cid:246) (cid:230) (cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) (cid:231) (cid:231) ł Ł ł Ł
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
8
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 16
4. Hiệu lực của định luật Lambert-Beer
A
C
Cmax
• Tính đơn sắc của ánh sáng • Ảnh hưởng của chỉ số khúc xạ và nhiệt độ dung dịch • Tương tác của chất nghiên cứu với chất lạ và môi trường
5. Các điều kiện thực nghiệm • Chọn bề dày dung dịch • Chọn bước sóng thích hợp • Nền phổ
– Không có ảnh hưởng của nền phổ – Nền phổ hấp thụ ở λmax nhưng không ở mọi điểm – Nền phổ hấp thụ ở mọi bước sóng
6. Các phương pháp xác định nồng độ 6.1. Phương pháp so màu
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 17
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
9
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 18
6.2. Phương pháp đo độ hấp thụ • Đối với 1 chât nghiên cứu
– Phương pháp đường chuẩn – Phương pháp thêm – Phương pháp vi sai
• Đối với hỗn hợp chất nghiên cứu
– Trường hợp lý tưởng – Một trong hai chất ảnh hưởng đến chất kia – Trường hợp chung
7. Thiết bị đo • Sơ đồ nguyên lý
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 19
Khe vào F- bộ lọc Cốc đo R- Bộ thu quang học
Nguồn sáng • Nguồn sáng • Bộ lọc sóng – Kính lọc
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
10
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 20
– Nguyên tắc chọn kính lọc
Vùng sóng bị hấp thụ
Màu bị hấp thụ
Màu phụ họa mắt thấy
Tím
Lục vàng
Xanh
Vàng
Da cam
Xanh lục
Lục xanh
Đỏ
Lục
Đỏ tía
Tím
Lục vàng
Vàng
Xanh
Da cam
Xanh lục
Đỏ
Lục xanh
(nm) 400 ‚ 450 450 ‚ 480 480 ‚ 490 490 ‚ 500 500 ‚ 560 560 ‚ 580 580 ‚ 600 600 ‚ 650 650 ‚ 750
– Đơn sắc kế
– Cách tử
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 21
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
11
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 22
• Bộ thu quang điện Detector quang điện: Tế bào quang điện, ống nhân quang • Cốc đo:
– Vùng khả kiến: thủy tinh, chất dẻo – Vùng tử ngoại: thạch anh, silica nung chảy
8. Ứng dụng • Kiểm tra thực phẩm
– Xác định thành phần hóa học, giá trị thực phẩm – Đánh giá chất lượng sản phẩm – Xác định chất chống oxy hóa – Kim loại nặng
• Ứng dụng khác – Dược phẩm – Môi trường – Y học
PHỔ HUỲNH QUANG
1. Sự phát quang
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 23
Hấp thụ
Phát quang
A(If)
Chuyển dịch Stoc
2. Nguyên tắc
l
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
12
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 24
3. Phân tích huỳnh quang • Phân tích định tính • Phân tích định lượng
If= k.Io(1-10-e .l.c)
Khai triển chuỗi Taylor
2
3
)
)
(
(
=
+
I
Ik .
cl ...303,2
2 303,2
3 303,2
...
f
o
cl .. !2
cl .. !3
=
I
..303,2 Ik
... cl
f
o
(cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) - - (cid:247) (cid:231) ł Ł
4. Thiết bị đo • Sơ đồ đo
– Một nhánh quang học
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 25
Đèn tử ngoại
Cửa sổ
Kính lọc sơ cấp
Bộ ghi Mẫu Kính lọc thứ cấp
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
13
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 26
– Hai nhánh quang học
Đèn tử ngoại
Cửa sổ
Thấu kính
Kính lọc sơ cấp
Bộ ghi Bộ ghi Mẫu Kính lọc thứ cấp
• Nguồn sáng • Bộ chọn sóng: hay dùng kính lọc giao thoa và đơn sắc kế có
độ phân giải trung bình
• Cốc đựng mẫu: vật liệu Silica tổng hợp nung chảy • Bộ ghi: ống nhân quang 5. Ứng dụng • Định lượng chất vô cơ • Phân tích chất hữu cơ: phân tích lâm sàng, sinh hóa, môi
trường
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 27
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
14
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 28
PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ
1. Sự phát sinh quang phổ phát xạ Việc phát bức xạ điện từ của các nguyên tử là do sự thay đổi trạng thái năng lượng của nguyên tử. Tần số bức xạ phát xạ:
*
=
E - h
E h
Với nguyên tử hydro có một điện tử:
= R
1 2 n 1
1 2 n 2
R: hằng số Rydberg 1,097.107 m-1
(cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) - (cid:247) (cid:231) ł Ł
Với các hạt ion có 1 điện tử, với điện tích Z
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 29
2
= RZ
1 2 n 1
1 2 n 2
Với hạt nhiều điện tử
(cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) - (cid:247) (cid:231) ł Ł
2
= RZ
2
2
)
) (cid:247)
1 D+
1 D+
( n 1
( n 2
Δ: số hiệu chỉnh phụ thuộc số lượng tử phụ
(cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) - (cid:231) ł Ł
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
15
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 30
a- Dãy chính (tử ngoại chân không) b- Dãy phụ I (nhìn thấy) c- Dãy phụ II (hồng ngoại)
2. Cường độ vạch quang phổ Định luật Planck
3
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 31
·
/
-
he
Hệ thức Lomakin
bCa
3. Vạch quang phổ đặc trưng của một nguyên tố • Vạch cuối cùng – vạch cộng hưởng
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
16
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 32
4. Cấu tạo thiết bị • Sơ đồ nguyên lý
- Kính ảnh
• Nguồn sáng – Ngọn lửa – Hồ quang – Tia lửa điện – Nguồn plasmatron
• Hệ tán sắc: lăng kính, cách tử nhiểu xạ. Lăng kính bằng thủy
tinh, thạch anh, fluorin, muối mỏ…
• Bộ ghi phổ: kính ảnh, thiết bị quang điện (tế bào quang điện,
nhân quang điện tử)
- Tbào quang điện máy phát hồ quang Hệ tán sắc Bộ thu ánh sáng
5. Phân tích bằng phương pháp phổ phát xạ 5.1. Phân tích định tính Mỗi nguyên tố có 1 quang phổ phát xạ đặc trưng • Phương pháp đo độ dài sóng • So sánh với mẫu chuẩn đã biết trước thành phần • Tìm vạch cuối cùng
5.2. Phân tích bán định lượng • Phương pháp hiện vạch • Phương pháp so sánh
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 33
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
17
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 34
5.3. Phân tích định lượng • Quang phổ chụp ảnh (dùng kính ảnh)
– Phương pháp so sánh độ đen (phương pháp đường chuẩn) S = K.lgC + Ko – Phương pháp “cặp vạch phân tích” (pp nội chuẩn) ΔS = Snc – Sss = k.lgC + ko
• Thiết bị quang điện (tế bào quang điện, nhân quang điện tử) 6. Các ứng dụng • Luyện kim • Địa chất, khai khoáng • Môi trường, y sinh học, thực phẩm • Nghiên cứu vũ trụ (phương pháp không thể thay thế được)
PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ
1. Nguyên lý chung
Khả năng hấp thụ chọn lọc các bức xạ cộng hưởng của nguyên tử ở trạng thái tự do.
2. Sự hấp thụ bức xạ có tần số cộng hưởng
Định luật Lambert-Beer
=
=
A
.. ClK
I lg 0 I
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 35
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
18
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 36
3. Thiết bị đo 3.1. Sơ đồ nguyên lý
Hệ thống phát bức xạ I0,l Il Il
Ngọn lửa Bộ lọc tia đơn sắc Nguồn photon Bộ thu
Mẫu phân tích Nguồn nguyên tử
=
=
A
.. ClK
I lg 0 I
3.2. Nguồn bức xạ • Đèn catot rỗng • Đèn khác 3.3. Thiết bị nguyên tử hóa • Ngọn lửa • Kỹ thuật sợi cacbon • Lò graphit 3.4. Bộ tách tia đơn sắc (hay dùng bộ ngắt-biến điện tín hiệu) 4. Phân tích định lượng • Phương pháp đường chuẩn • Phương pháp thêm 5. Ứng dụng
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 37
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
19
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 38
PHƯƠNG PHÁP KHỐI PHỔ
1. Đặc điểm chung
Phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách đo chính xác khối lượng phân tử chất đó. Chất nghiên cứu → hóa hơi → ion hóa → phân tích
2. Sự hình thành khối phổ 2.1. Sự ion hóa • •
Ion hóa bằng va chạm điện tử Ion hóa bằng trường điện tử
2.2. Máy khối phổ
R
1. Bộ nạp; 2. Buồng ion hóa; 3. Thấu kính đẩy; 4. Thấu kính hội tụ (điện cực); 5. Khe vào buồng phân tích; 6. Bộ phận tích từ; 7. Khe ra; 8. Bộ thu; 9. Điện nghiệm; 10. Nhân điện từ; 11. Bộ ghi.
=
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 39
R
2
m z
V 2 He .
·
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
20
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 40
3. Ion phân tử và ion phân tử đồng vị
Đa số các nguyên tố trong thiên nhiên gồm hỗn hợp nhiều đồng vị Giả sử phân tử có 2 nguyên tố A và B mỗi nguyên tố có một số đồng vị: A1, A2…Ai; B1, B2…Bj thành phần tương ứng của chúng trong thiên nhiên là a1, a2,…ai; b1, b2…bj. Hệ số hóa học của A, B trong hợp chất là n và m (An Bm).Cường độ tương đối của các pic có thể được tính theo hệ thức: (a1 + a2 + …ai)n (b1 + b2 +…+ bj)m Khai triển đa thức này cần chú ý tổ hợp các số hạng đồng nhất sẽ cho ion cùng khối lượng và từ đó tính được cường độ tương đối của các pic
4. Năng suất phân giải R
Năng suất phân giải R của một máy khối phổ đo khả năng có thể phân biệt hai pic ứng với khối lượng gần nhau nhất M và M + D M trên khối phổ đồ.
=
R
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 41
M M
5. Ứng dụng khối phổ • Đồng nhất chất • Xác định công thức cấu tạo • Phân tích định lượng
I = K.C
D
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
21
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 42
PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN THẾ
1. Đặc điểm chung của phương pháp
Phương pháp xác định nồng độ các ion dựa vào sự thay đổi thế điện cực khi nhúng vào dung dịch phân tích Phương trình Nernst
ln
. a
= EE o
me
.+ TR Fn .
Với dung dịch loãng
303,2+
lg
. C
= EE o
. TR Fn .
Ở 25oC ta có
lg
. C
= EE o
me
059,0+ n
me
2. Điện cực dùng trong phương pháp điện thế 2.1. Điện cực chỉ thị • Phương pháp kết tủa, tạo phức: điện cực Ag • Phản ứng oxy hóa khử: điện cực trơ: Pt, Au, Pd, Ir • Phản ứng trung hòa: điện cực Quinhydron, điện cực thủy tinh 2.2. Điện cực tiêu chuẩn (điện cực so sánh) • Điện cực Ag-AgCl • Điện cực Calomel (Hg2Cl2) 3. Định phân theo phương pháp điện thế • Phương pháp axit-bazơ • Phản ứng oxy hóa khử • Phản ứng tạo kết tủa • Phản ứng tạo phức complexon
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 43
PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK
22
Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 44
![Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất dihydro benzo[h]cinnoline-5,6-dion bằng các phương pháp hóa lý hiện đại](https://cdn.tailieu.vn/images/document/thumbnail/2021/20210705/fishbell/135x160/3661625533444.jpg)
