Bài giảng Phân tích thành phần thực phẩm: Phân tích công cụ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Phân tích thành phần thực phẩm: Phân tích công cụ

PHÂN TÍCH CÔNG CỤ Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 1 MỞ ĐẦU 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 2 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 1
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 Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 3 Tần số ν là số dao động mà bức xạ điện từ thực hiện trong 1 giây  = = ⇒[ ] = s−1 v C   Số sóng   =  1 [] ⇒  = cm −1 Quan điểm hạt: bức xạ điện từ là những hạt photon E = h. = h ⇒[E] = ec, j C  h: hằng số planck = 6,627.10-27ec.s = 6,627.10-34j.s Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 4 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 2
Miền phổ Khoảng bước sóng Khoảng tần số (Hg) Tia γ < 0,05 A0 > 6.1019 Tia X 0,05 ÷ 100 A0 3.1016 ÷ 6.1019 Tử ngoại xa 10 ÷ 180 nm 1,7.1015 ÷ 3.1016 Tử ngoại gần 180 ÷ 350 nm 8,6 .1014 ÷ 1,7.1015 Khả kiến 350 ÷ 770 nm 3,9.1014 ÷ 8,6 .1014 Hồng ngoại gần 770 ÷ 2500 µm 1,2.1014 ÷ 3,9 .1014 Hồng ngoại giữa 2,5 ÷ 50 µm 6.1012 ÷ 1,2 .1014 Hồng ngoại xa 50 ÷1000 µm 3.1011 ÷ 6.1012 Viba 1÷ 300 mm 1.109 ÷ 3.1011 Sóng vô tuyến > 300 mm < 1.109 Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 5 SƠ ĐỒ CHUNG CỦA THIẾT BỊ ĐO QUANG I o = I dm + I x + I pc + I tx + I Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 6 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 3
I o = I dm + I pc + I tx + I ′ Ix =I′−I Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 7 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 ≥ Ev ≥ Ej Ee ≈ 60 - 150 Kcal/mol Ev ≈ 1 - 10 Kcal/mol Ej ≈ 0.01 - 0.1 Kcal/mol Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 8 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 4
2. Trạng thái dao động của phân tử • Phân tử có 2 nguyên tử 1 K 1 1 1 s = = + 2∏ M M m1 m2 Dao động điều hòa: h K  1   1  E = . v +  = h . S  v +  2 ∏ M  2   2  Dao động phi điều hòa: E = h   v + 1  − h  2  1  2 2  s   v +  s  2  4D  2  2  1  1 x: hệ số phi điều hòa E  = h  s  v +  − x . h . s  v +  Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN  2  2 9 • Phân tử có nhiều nguyên tử – Dao động hóa trị (dao động co dãn liên kết) – Dao động biến dạng (dao động biến hình) Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 10 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 5
3. Máy quang phổ hồng ngoại • Nguồn sáng Nguồn phát xạ Miền phổ  (cm-1) Điều kiện phát xạ Thanh Cacbon silic Miền hồng ngoại gần và 50V; 4 A trung bình: 300 - 5000 1600 K Thanh nén nec từ hỗn Miền hồng ngoại gần và 90 V; 04 A hợp: trung bình. 400 – 5000 1900 K ZrO2, CeO2, Y2O3 ThO2 6 V; 5 A Đèn sợi đốt Vonfram Miền hồng ngọai gần và (chứa Ar hay N) miền nhìn thấy 2500 - 5000 Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 11 • 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 12 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 6
• Bộ thu bức xạ Không dùng tế bào quang điện hoặc nhân quang điện tử, mà dùng cặp nhiệt điện • Bộ ghi Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 13 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 14 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 7
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. λ =200 ÷ 800nm 2. Định luật cơ bản Định luật Lambert-Beer: I I = Io.e-klC hay lg o = .l.C = A I A = as.lcm.Cg.l-1 = am.lcmCmol.l-1 Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 15 3. Tính cộng tính của độ hấp thụ A1 A2 Io I1 I 1 2 ε1, l, C1 ε2, l, C2 I  I I  I I Atong = log o  = log o . 1  = log O + log 1 = A1 + A2  I   1 I I  I 1 I ATổng = ε1.l.C1 + ε2.l.C2+…+ εn.l.Cn = l (ε1.C1+...+ εnCn) Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 16 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 8
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 Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 17 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 18 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 9
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 Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 19 7. Thiết bị đo • Sơ đồ nguyên lý Nguồn sáng Khe vào F- bộ lọc Cốc đo R- Bộ thu quang học • Nguồn sáng • Bộ lọc sóng – Kính lọc Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 20 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 10
– Nguyên tắc chọn kính lọc Vùng sóng bị hấp thụ Màu bị hấp thụ Màu phụ họa (nm) mắt thấy 400 ÷ 450 Tím Lục vàng 450 ÷ 480 Xanh Vàng 480 ÷ 490 Xanh lục Da cam 490 ÷ 500 Lục xanh Đỏ 500 ÷ 560 Lục Đỏ tía 560 ÷ 580 Lục vàng Tím 580 ÷ 600 Vàng Xanh 600 ÷ 650 Da cam Xanh lục 650 ÷ 750 Đỏ Lục xanh Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 21 – Đơn sắc kế – Cách tử Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 22 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 11
• 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 Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 23 PHỔ HUỲNH QUANG 1. Sự phát quang A(If) Phát Hấp thụ quang Chuyển dịch Stoc λ 2. Nguyên tắc Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 24 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 12
3. Phân tích huỳnh quang • Phân tích định tính • Phân tích định lượng If= k.Io(1-10-ε.l.c) Khai triển chuỗi Taylor  I f = k . I o  2,303. .l.c − 2,3032 ( .l.c )2 + 2,3033 ( .l.c )3 − ...    2! 3!  I f = 2,303.k . I o . .l.c Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 25 4. Thiết bị đo • Sơ đồ đo – Một nhánh quang học Đèn tử ngoại Cửa sổ Kính lọc sơ cấp Bộ ghi Mẫu Kính lọc thứ cấp Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 26 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 13
– Hai nhánh quang học Đèn tử ngoại Cửa sổ Kính lọc sơ cấp Thấu kính Bộ Bộ ghi ghi Mẫu Kính lọc thứ cấp Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 27 • 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 28 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 14
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* E  = − h h Với nguyên tử hydro có một điện tử:  1 1   = R 2 − 2   n1 n2  R: hằng số Rydberg 1,097.107 m-1 Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 29 Với các hạt ion có 1 điện tử, với điện tích Z  1 1   = Z 2 R 2 − 2   n1 n2  Với hạt nhiều điện tử  1 1   = Z 2 R −  2   (n1 + ∆ ) (n2 + ∆ )  2 Δ: số hiệu chỉnh phụ thuộc số lượng tử phụ Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 30 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 15
a- Dãy chính (tử ngoại chân không) b- Dãy phụ I (nhìn thấy) c- Dãy phụ II (hồng ngoại) Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 31 2. Cường độ vạch quang phổ Định luật Planck 2h.v 3 1 I = × C2 e h / kT − 1 Hệ thức Lomakin I = a.C b 3. Vạch quang phổ đặc trưng của một nguyên tố • Vạch cuối cùng – vạch cộng hưởng Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 32 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 16
4. Cấu tạo thiết bị • Sơ đồ nguyên lý - Kính ảnh - Tbào quang điện máy phát hồ quang Hệ tán sắc Bộ thu ánh sáng • 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) Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 33 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 34 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 17
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) Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 35 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 I0 A = lg = K .l.C I Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 36 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 18
3. Thiết bị đo 3.1. Sơ đồ nguyên lý Hệ thống phát bức xạ I0,λ Iλ Iλ Ngọn lửa Bộ lọc tia Nguồn photon đơn sắc Bộ thu Mẫu phân tích Nguồn nguyên tử Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 37 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 I A = lg 0 = K .l.C • Phương pháp đường chuẩn I • Phương pháp thêm 5. Ứng dụng Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 38 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 19
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 Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 39 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. m 2V R= × z e. H 2 Vũ Hồng Sơn-ĐHBK HN 40 PhD. Vũ Hồng Sơn-ĐHBK 20