🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Các phương pháp phân tích công cụ trong hoá học hiện đại Ebooks Nhóm Zalo HỒ VIẾT QUÝ Các phỉiong pliap phan tích cong cụ trong Hoa học hiỄn dại NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC s ư PHẠM G S.TS. HỒ V IẾ T QUÝ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG cụ TRONG HOÁ HỌC HIỆN ĐẠI (Tái bản lần thứ hai) NHÀ XUẤT BẨN ĐẠI HỌC sư PHẠM MỤC LỤC Lời nói đ ầ u ...................................................................................................................................7 C hương 1 . K hoa học phân tíc h và hệ th ố n g các phương ph áp n g h iê n cứu .11 1 . Khoa học phân tích (ngành phân tích hiện đại) và phương hướng phát triển.....................................................................................11 2. Hệ thống các phương pháp phân tích.................................................................. 12 3. Hoá học phân tích và vai trò của nó trong ngành Phân tích............................................................................................ 17 C hương 2. Đại cương về pno và các phương pháp p h ổ ........................................ 51 1 . Bức xạ điện từ......................................................................................................51 2. Các phương pháp quang phổ.................................................................................53 3. Các phương pháp tổ hợp giữa phản chia và xác định chấ t................................67 C hương 3. Phân tích lí h o á ..................................................................................................69 1 . Các phương pháp phân tích công cụ và tín hiệu phân tích..............................69 2. Phân tích đo quang phản tử................................................................................... 70 3. Các phương pháp phân tích điện hoá................................................................... 92 4. Một số phương pháp phản tách, phân chia, làm giàu........................................ 136 C hương 4. Các phươ ng ph áp đ o qu a n g ng uyên tử vù n g p h ổ U V -V IS ......... .……二••ニ":..........................................................187 1 . Đặc điểm chung của nhóm phương pháp đo quang nguyên tử vùng UV-VIS................................. ....... て.........................................187 2. Phương pháp đo pho phát xạ nguyên tử............................................................. 192 3. Phương pháp đo pho hấp thụ nguyên tử ............................................................203 4. So sánh phép đo phổ hap thụ nguyên tử và phép đo phổ phát xạ nguyên tử ................................................................... 216 5. Phép đo phổ huỳnh quang nguyên tử ................................................................ 218 6. Các phương pháp đo phổ nguyên tử không dùng ngọn lửa.................................. 223 C hươ ng 5. Phương pháp đo p h ổ hổ ng ng oạ i (IR )..................................................229 1 . Đặc điem của phương pháp đo phổ hổng ngoại............................................ 229 2. Cơ sơ lí thuyết của phương pháp......................................................................... 229 3. Kĩ thuật thực nghiệm............................................................................................. 248 4. Cac yếu to anh hưởng làm dịch chuyển tần sô đặc trưng................................ 250 5. Một so ví dụ cụ the vế các dao động cơ bản của một so phân tử, một số nhóm trong phổ IR....................... ^ ....................................................... 254 6. Phản tích định tính và phản tích định lượng bằng cách đo phổ IR .................258 7. ứng dụng của phép đo phổ hổng ngoại............................................................261 Chương 6. Phương p h áp đo p h ổ tán xạ tổ hợp (p h ổ R a m a n )..........................263 1 . Hiện tượng tán xạ tổ hợp..................................................................................263 2. Phổ kế Raman......................................................................................................271 3. Phân tích định tính và định lượng trong phép đo phổ Raman.......................... 271 4. ứng dụng của phép đo phổ Raman..................................................................... 272 Chương 7. Phương pháp đo p h ổ hấp th ụ e le c tro n (phổ kích thích electron vùng UV-VIS)....................................................275 1 . Cơ sở lí thuyết của phương pháp đo phổ U V -V IS........................................276 2. Kĩ thuật thực nghiệm........................................................................................... 290 3. ứng dụng của phép đo phổ hấp thụ electron...................................................295 Chương 8. P hương p h áp đ o p h ổ h u ỳ n h q u an g và lân q u an g phân tử ...................................................................................309 1 . Cơ sở lí thuyết của phương pháp....................................................................309 2. Kĩ thuật thực nghiệm........................................................................................... 320 3. Tiêu chuẩn đánh giá độ nhạy của phản úìig huỳnh quang.................................... 323 4. ứng dụng của phép đo phổ huỳnh quang........................................................... 324 5. Giới thiệu về sự phát quang hoá học....................................................................329 Chương 9. Phương pháp đo p h ổ c ộ n g hưởng từ hạt n h â n .................................331 1 . Phân loại các phương pháp vật lí ứng dụng trong hoá học.................................331 2. Những ưu việt của các phương pháp phản tích vật lí dùng trong hoá học............................................................................................332 3. Cơ sở lí thuyết của phép đo phổ NM R................................................................333 4. Kĩ thuật thực nghiệm của phép đo phổ NMR.....................................................345 5. Độ dịch chuyển hoá học............................................................................... 351 6. Tương tác spin - spin................................................................................... 365 7. Đường cong tích phản tín hiệu..................................................................... 372 8. Phân tích phổ NMR phân giải ca o .............................................................. 374 9. Phổ NMR của các hạt nhản khác hạt nhản hiđro (1H).............................. 379 10. Các loại phổ NMR 2 chiểu (2D-NMR), phổ NDE (1D), phổ NOESY (2D), 3 chiểu (3D-NMR) và 4 chiều (4D-NMR)..................... 381 11. ứng dụng của phép đo phổ N M R ................................................................ 382 Chương 10. Phương pháp đo p h ổ c ộ n g hưởng spin e le c tro n ..........................383 1 . Cơ sở lí thuyết của phương pháp....................................................................383 2. ứng dụng phổ E S R .............................................................................................395 4 C hương 1 1 .Phương pháp đo p h ổ khôi lư ợ n g .........................................................397 1 . Đặc điểm của phương pháp.............................................................................397 2. Nguyên tắc chung của phương pháp (phương pháp ion hoá bằng va chạm electron)............................................... 398 3. Kĩ thuật thực nghiệm............................................................................................400 4. Phân loại các ion................................................................................................. 406 5. Cơ chế phân mảnh..............................................................................................413 6. Phổ khối lượng của một số hợp chất................................................................. 417 7. Một so VI dụ về phương pháp phân tích phổ khoi lượng..........................................426 8. ứng dụng của phép đo phổ khối lượng..............................................................438 C hương 12. Phương ph áp đo p h ổ tia X (tia R ơ n g h e n )........................................ 441 1 . Đặc điểm của phương pháp............................................................................ 441 2. Cơ sở lí thuyết của các phương pháp đo phổ tia X..........................................442 3. Phép đo phổ hấp thụ tia X. Sự tương tác của tia X với vật chất....................... 451 4. Tia X để nghiên cứu cấu tạo mạng tinh thể....................................................... 453 5. Nguyên lí cấu tạo phổ kế Rơnghen.....................................................................454 6. Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X ......................................................................... 458 7. Phương pháp đo phổ huỳnh quang tia X ........................................................... 466 8. ứng dụng chung của phép đo phổ tia X.............................................................. 471 C hư ơ ng 13. Phương ph áp kích ho ạ t p h ó n g x ạ ....................................................... 473 1 . Bản chất của phương pháp..............................................................................473 2. Phương pháp kích hoạt phóng xạ trực tiếp.........................................................473 3. Phương pháp kích hoạt phóng xạ gián tiế p ....................................................... 473 4. Hoạt động phóng xạ tự nhiên...............................................................................473 5. Bien đổi phóng xạ nhân tạ o .................................................................................474 6. Chu kì bán phân hủy............................................................................................. 474 7. Tia Y ......................... 475 8. Xác định định tính và định lượng......................................................................... 475 9. Đổ thị chuẩn.......................................................................................................... 476 10. Xác định theo chu kì bán phản hủy................................................................. 477 11. Phương pháp pha loãng đồng vị phóng x ạ .....................................................477 12. Phân tích dựa theo khả năng của các nguyên tố phát xạ tia p......................478 13. Chuẩn độ hoạt động phóng xạ......................................................................... 479 14. Bức xạ hoạt hoá bằng các nguồn có năng lượng lớn.................................... 480 15. Phân tích các nguyên tổ đất hiếm bằng phương pháp kích hoạt ndtron...................................................................................................484 C hư ơ ng 14. Phương p h á p phân tích n h iệ t (nhiệt khối lượng, nhiệt vi phân, nhiệt quét vi phân, nhiệt cơ học, phân tích khí thoát ra )....................................................... 487 1 .Phán tích nhiệt khối lượng (Thermogravimetry TG ).........................................487 5 2. Phân tích nhiệt vi phàn (DTA) và phép đo nhiệt lượng quét vi phản (DSC)............................................................................................... 497 3. Phán tích nhiệt cơ học..........................................................................................503 4. Phản tích khí tách ra............................................................................................. 509 Chương 15. P hép đo p h ổ ph át xạ tia X ..................................................................... 515 1 . Nguyên tắc của phương pháp đo phổ prtát xạ tia X.......................................515 2. Thiết b ị.............. 516 3. ứng dụng................................................................................................................516 4. Các nguyên tắ c .....................................................................................................516 5. Kĩ thuật thực nghiệm............................................................................................. 519 Chương 16. P hép đo p h ổ plasm a cảm ứng tổ h ợ p ..............................................523 1 . Nguyên tắc của phương pháp.........................................................................523 2. Plasma cảm ứng tổ hợp......................................................................................523 3. Phép đo phổ plasma cảm ứng tổ hợp - phổ khối lượng..................................523 4. Các nguyên tắ c ................................................................................................... 524 5. Thiết bị plasma cảm ứng tổ hợp.........................................................................525 6. Phép đo phổ plasma cảm ứng tổ hợp - khối phổ............................................527 7. ứng dụng................................................................................................................529 Chương 17. Các phươ ng pháp tổ hợp giữa tách - xác định hợp c h ấ t......... 531 1 . Giải pháp tổ hợp................................................................................................ 531 2. Chiến lược phân tích tổ hợp............................................................................... 532 3. Cách giai quyết vấn đề.........................................................................................532 4. Các uu việt của các phương pháp (kĩ thuật) tổ hợp........................................ 533 5. Biện pháp tổ hợp.................................................................................................. 533 6. Giải quyết vấn đ ề ................................................................................................. 534 7. Các ưu thế..............................................................................................................535 8. Sắc kí khí - phổ hổng ngoại (Gc - IR/S)............................................................536 9. Sắc kí lỏng - phổ khỏi lượng (Lc - MS)..............................................................542 10. Phép đo phổ plasma cảm ứng tổ hợp - phổ khối lượng (ICP - M S)........... 545 11. Các phương pháp tổ hợp giữa chiết và các phương pháp xác định . . . ..........546 Chương 18. K ết hợp các phương pháp ph ô đ ể nhận biết và xác đ ịnh cảu trú c phân t ử ................................................................ 555 1 . Nhận biết và xác định cấu trúc phân tử từ việc kết hợp các phương pháp phổ................................................. ............. 555 2. Một số nguyên tắc của phương pháp giải phổ.................................................555 3. ứng dụng............................................................................................................... 561 Tài liệu tha m k h ả o ...............................................................................................................589 LỜI NÓI ĐẦU Các phương pháp phân tích công cụ bao gồm các phương pháp phân tích lí - hoá và các phương pháp phân tích vật lí ứng dụng trong Hoá học hiện đại. Trong các phương pháp phân tích công cụ, Toán học, Tin học đóng vai trò cực kì quan trọng. Chúng giúp cho việc xử lí thống kê kết quả, mô hình hoá, kế hoạch hoá, tối ưu hoá thực nghiệm, tính kết quả, xử lí đổ thị, tính sai số phân tích... Các phương pháp phân tích công cụ là giáo trình phục vụ cho các hệ đào tạo Cử nhân (hệ chính quy, tài năng, tại chức, chuyên tu), Thạc sĩ, nen sĩ Hoá học trong nhiều trường Đại học và Cao đẳng của nhiều ngành đào tạo khác nhau. Giáo trình này được đưa vào chương trình đào tạo Thạc sĩ và Tiến sl Cử nhân các hệ từ năm 1991. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội xuất bản lần đầu năm 1998, giáo trình đã phục vụ kịp thời việc đào tạo các hệ đào tạo nói trên. Từ năm 1991 đến nay, trong lĩnh vực các phương pháp phân tích công cụ đã xuất hiện nhiều phương pháp, các kĩ thuật phân tích hiện đại, có hiệu quả cao trong phân tích định tính, định lượng, cấu trúc, VÍ dụ kĩ thuật biến đổi Fourier (Fouriêí Transformation ニ FT) trong càc phương pháp F T -IR /S ; FT - Raman/S; F T - MS; FT-N M R /S, các thế hệ phổ kế NMR từ 500MHz ớến 800MHz, đa xung, đa chiều, khử tương tác, 7, 2, 3, 4 chiều (1D - NMR, 2D - NMR, 3D - NMR, 4D - NMR,...) cho phép tàng tín hiệu đo, giảm tín hiệu nhieu, giam sai số, tăng độ phân 7 giải, độ nhạy, độ chọn lọc, độ chính xác; hầu như trong nhiều trường hợp không cần phải tách trước các cấu tử cản trỏ trong mẫu phân tích, tiết kiệm được công sức, giảm thời gian phàn tích... mà đạt hiệu quả phân tích cao. Xuất hiện nhiều kĩ thuật, nhiều phương pháp tổ hợp (combined technigues, methods) giữa các phương pháp tách và phương pháp xác định hàm lượng chất như： sắc kí khí (lỏng) - phổ khối lượng, phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Gc - FT/MS; Gc - FT/IR; Lc - FT/MS; Lc - FT/IR), phương pháp tiêm mẫu vào trong dòng chảy (FIA = Flow Injection Analysis), chiết - trắc quang (huỳnh quang, cực phổ), đo hoạt độ phóng xạ, chuẩn độ, phổ plasma cảm ứng tổ hợp - phổ khối lượng (ICP - MS = Inductively Coupled plasma - Mass Spectrometry)... cho phép vừa tách được các cấu phần từ hỗn hợp mẫu vừa xác định được hàm lượng của chúng. Ngày nay, trong Hoá học hiện đại, việc xác định hàm lượng lớn và trung bình là vấn đề được giải quyết, các phương pháp phân tích công cụ cho phép xác định được hàm lượng vết, siêu vết (ví dụ, ỈC P -M S , AAS, AFS...). Giáo trình Các phương pháp phân tích cóng cụ trong Hoá học hiện đại gồm 18 chương, đề cập một cách toàn diện các phương pháp phân tích lí - hoá (phàn tích quang học, phân tích điện hoá, phân tích phân từ, phân tích nguyên tử...), các phương pháp phân tích vật lí (các phương pháp phàn tích quang phổ, phổ hấp thụ electron vùng UV-VIS, phổ huỳnh quang, lân quang phân tử, phổ hấp thụ, phát xạ, huỳnh quang, tia X nguyên tử, phổ plasma nguyên tử, phổ huỳnh quang, phổ Raman, phổ khối lượng, phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR, PMR), phổ hấp thụ, nhiễu xạ, huỳnh quang tia X), các phương pháp tách, phân chia, làm giàu. Các phương pháp phân tích sắc ki: sắc kí khí (rắn, lỏng), sắc kí lỏng (rắn, lỏng), sắc kỉ bản mỏng, sắc kí giấy, sắc kí gel (sắc ki rây phân tử), sắc kí trao đổi ionf sắc kí điện di, sắc kí mao quản... 8 Các phương pháp chiết bằng dung môi hữu cơ, chiết pha rắn... Các phương pháp tách bằng điện hoá, kết tủa, chưng cất, thăng hoa... Qua 28 năm đào tạo hệ Sau Đại học trước đây và hệ Cao học (hiện nay), tác giả thấy cần phải biên soạn giáo trình này ỏ mức độ hiện đại, cập nhật có thể được nhằm phục vụ các hệ đào tạo Cử nhân (đặc biệt hệ Cử nhân chất lượng cao), hệ đào tạo Thạc sĩ và Tiến sĩ Hoá học vói chất lượng ngày càng tăng. Tác giả mong muốn nhận được sự góp ỷ, bổ sung của bạn đọc, đồng nghiệp để lần xuất bản sau chất lượng giáo trình càng tốt hơn, phục vụ có hiệu quả hơn sự nghiệp đào tạo, nghiên cứu khoa học, bồi dưdng cán bộ... Tác giả xin chân thành cảm ơn. TÁC GIẢ 9 Chương 1 KHOA HỌC PHÂN TÍCH V À HỆ THốNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u 1 . Khoa học phân tích (ngành phân tích hiện đại) và phương hướng phát triển Trong công tác nghiên cứu khoa học, giảng dạy từ bậc Đại học, trên Đại học, ngành Hoá học phải được trang bị các phương pháp phân tích có hiệu quả cao nhằm phục vụ cho các mục đích như： nhận biết chất, xác định hàm lượng chất, đặc biệt hàm lượng vết, siêu vết ^cơ ppm, cõ ppb...), xác định cấu trúc phan tử, tinh chế, điều chế các hợp chất siêu tinh khiết dùng trong kĩ thuật cao như bán dẫn, siêu bán dẫn, công nghệ tinh vi... Ngày nay, trong Hoá học hiẹn đại đã và đang sử dụng nhieu phương pháp phân tích hoá học, phân tích lí hoá, phân tích vật lí (thường gọi là phương pháp phân tích công cụ), sử dụng toán học, tin học để xử lí số liệu thực nghiệm (toán thông kê), để tôi ưu hoá thực nghiệm, kế hoạch hoá, mô hình hoá thực nghiệm, nghiên cứu cơ chế phản ứng, xác định các tham sô" định lượng các hợp chất tạo thành... Như vậy, do sự kết hợp hữu cơ giữa Hoá học, Vật lí, Toán học, một số khoa học khác như Sinh học, Dược học, Y học, Địa lí, Địa chât, Môi trường, Khảo cổ học v.v... đã ra đời Khoa hoc phân tích, tức ra đời ngành Phân tích hiện đại phục vụ có hiệu quả cho nghiên cứu khoa học, giảng dạy Hoá học, khai thác, sử dụng tài nguyên... phục vụ tốt cho công cuộc hiện đại hoá, công nghiệp hoá đât nước. 11 Khoa học phân tích (ngành Phân tích hiện đại) đòi hỏi phải có một hệ thông phong phú, đa dạng các phương pháp phản tích... nhằm phục vụ cho các mục đích nêu trên. Hệ thông các phương pháp phân tích hiện đại nhằm đáp ứng kịp thời, có chất lượng cao các mũi nhọn phát triển có triển vọng trong ngành Hoá học ngày nay như： phát tnen nhanh các phương pháp phân tích vật lí ứng dụng trong Hoá học (các phương pháp phân tích quang pho), tăng độ nhạy igiam độ phát hiện) các phương pháp phân tích, đưa Toán học, Tin học phục vụ cho nghiên cứu khoa học giảng dạy hoá học, giảm nhanh sai sô" phân tích,... giảm thời gian phân tích, tăng nhanh việc phân tích hữu cơ, ra đời các phương pháp phân tích mới như phép phân tích điểm, phép phân tích phá một lượng mẫu nhỏ, phép phân tích từ xa, tăng nhanh độ chọn lọc phép phân tích, sử dụng các máy ghép nối quy trình tách, phân chia, làm giàu với xác định vi lượng chất... 2. Hệ thống các phương pháp phân tích Để đáp ứng các nhu cầu về độ nhạy, độ chọn lọc, độ lặp, độ đúng, độ chính xác, độ tin cậy của phép xác định hàm lượng, cấu trúc, Hoá học phân tích ngày nay đã và đang sử dụng các phương pháp sau: 2.1. Các phương pháp phân tích hoá học [4] Các phương pháp phân tích hoá học (thường được gọi là phương pháp hoá học cổ điển) được hình thành và phát triển từ lâu, có truyền thông. Cho đến nay, nhóm phương pháp này vẫn còn được sử dụng, được dùng để chuẩn hoá phương pháp (như phương pháp phân tích khôi lượng vói sai sô' nhó 土 0,1%). Nhóm phương pháp này có thê sử dụng cho mục đích phân tích định tính, bán định lượng và định lượng. 12 Nhóm các phương pháp phân tích hoá học dựa trên bổn loại phản ứng cơ bản: phản ứng axit - bazơ, phản ứng oxi hoá - khử, phản ứng tạo phức, phản ứng tạo hợp chất ít tan [4]. ưu điểm của nhóm phương pháp này là thiết bị đơn giản (cân phân tích và các dụng cụ thủy tinh như buret, pipet, bình định mức, eclen...) không đắt tiền, có sẵn ở các phòng thí nghiệm. Do phát tnen lâu đời nên khá ổn định, lí thuyết được nghiên cứu khá đầy đủ. Tuy nhien, nhóm phương pháp này có một sô" nhược aiem rất cơ bản: Thời gian phân tích kéo dài, vùng phổ quan sát được hạn chế (vùng phổ UY-VIS từ 400 đến 800nm) do phải quan sát sự bien đôi tín hiệu màu sắc bằng mắt nên phạm sai sô" chủ quan, độ nhạy, độ chọn lọc không cao, trong các phép quan sát, xác định nhiều mẫu gặp sai sô (do sự mỏi mệt của mắt người quan sát), độ đúng và độ tin cậy không cao, nhiểu yếu tô" gây nhiễu, gây sai s〇x (do phần lớn phép xác định được tiến hành trong dung dịch nên có nhiều loại tương tác và gây nhiễu). Do vậy, ngày nay phần lớn các phương pháp phân tích hoá học được thay thế dần bằng phương pháp phân tích lí - hoá, phân tích vật lí (các phương pháp phân tích công cụ). 2.2. Các phương pháp phân tích l í - hoá [5 ;10】 Do các nhược điểm của các phương pháp phân tích hoá học nên ngày nay các phương pháp này được thay thế khá nhanh bằng các phương pháp phân tích lí - hoá. Nhóm phân tích lí — hoá, do các tín hiệu cỉược đo bằng mấy nên tránh được các nhược aiem của nhóm các phương pháp phân tích hoá học nêu trên. Ngoài ra, nhóm phương pháp này có độ nhạy, độ lặp, độ chọn lọc, độ chính xác, độ tin cậy cao hơn nhiều. 13 Các phương pháp phân tích lí - hoá gồm: 2.2.1. Các phương pháp phân tích đo quang [7 ] Nhóm này có các phương pháp: đo quang phân tử và đo quang nguyên tử. Trong nhóm đo quang phân tử có các phương pháp đo quang dựa trên phổ hấp thụ electron vùng UV-VIS (vùng tử ngoại và khả kiến), phổ huỳnh quang, lân quang phân tử, phép đo độ đục hấp thụ và khuếch tán, chuấn độ đo quang, động học đo quang. Trong nhóm đo quang nguyên tử vùng UV-VIS gồm các phương pháp: phương pháp đo phô phát xạ nguyên tử (PXNT, AES); phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử (HTNT, AAS); phương pháp đo phổ huỳnh quang nguyên tử (HQNT, AFS). Nhóm phân tích đo quang nguyên tử có nhiều ưu điểm vê độ nhạy, độ lặp, độ chính xác, độ tin cậy của phép phân tích; phân tích nhanh, tiện lợi. Ngày nay, các phổ kế AES, AAS, AFS có ngọn lửa và không dùng ngọn lửa được trang bị ngày càng nhiều cho các phòng thí nghiệm. Ví dụ\ Máy AAS dùng ngọn lửa, lò grafit 6300 của hãng SHIMADZU (Nhật Bản) có trang bị bộ đo thủy ngân, bộ đo cho các nguyên tố tạo hợp chất dễ bay hơi dạng MeH3 (Me: As, Sb, Se, Sn, Bi...). Các quá trình đo, xử lí kết quả được tự động hoá cao. Trong nhóm các phương pháp phân tích đo quang còn có phương pháp đo phổ hồng ngoại (IR/S = Infrared Spectroscopy) và phương pháp đo pho Raman (Raman/S). Nhóm này được sử dụng cho mục đích nghiên cứu cấu trúc phân tử, nhận biết chất, xác định định lượng. Ngày nay đã phát triển kĩ thuật bien đổi Fourier (FT = Fourier Transformation; FT/IR = Fourier, Transformation- Infrared Spectrophotometer) cho phép tăng hiệu quả cao của phép đo phổ này. Tương tự, ta có phép đo phổ Raman biến đổi Fourier (FT/Raman/S). 14 2.2.2. Nhóm các phương pháp phân tích điện hoá [4,5] Nhóm này gồm các phương pháp: —Phương pháp đo độ dẫn diện [ 4; 5; 6 ] —Phương pháp đo điện thế [4; 5; 6 10 ] —Các phương pháp điện phân [4; 5; 6;10 ] —Phương pháp đo điện lượng [ 4; 5; 6;10 ] - Phương pháp cực phổ (phương pháp Vôn - Ampe) [4; 5; 6] - Phương pháp chuẩn độ Ampe. Nhóm phương pháp này có độ nhạy, độ chọn lọc, độ chính xác khá cao. 2.2.3. Nhóm các phương pháp tách, phân chia, làm giàu Nhóm này có các phương pháp phân chia sau: a. Phản chia bằng chiết bởi dung môi (hay hỗn hợp dung môi): Đây là phương pháp tách, phân chia, làm giàu có hiệu quả tốt, giá thành thấp, có tính khả thi ơ nước ta. b. Phân chia bằng các phương pháp phân tích sắc kí: Đây là nhóm phương pháp phân chia, làm giàu phong phú gồm: - Sắc kí lỏng dạng cột (sắc kí lỏng hiệu suất cao); —Sắc kí lỏng - rắn (sắc kí hấp phụ lỏng); - Sắc kí trao aoilon; - Sắc kí lỏng - lỏng trên cột (sắc kí phân bố); —Sắc kí lớp mỏng; - Sắc kí giấy; —Sắc kí gel(sắc kí rây phân tử); —Sắc kí khí. 15 Các thiết bị sắc kí trang bị khá phổ biến cho các phòng thí nghiệm. Các phương pháp phân tích sắc kí cho hiệu quả tách, phân chia, làm giàu đạt hiệu quả cao. Đặc biệt, các máy ghép nối giữa sắc kí khí hoặc sắc kí lỏng với các loại phổ IR Raman MS, có biến đổi Fourier cho hiệu quả cao trong phân tích hàm lượng vết và phân tích cấu trúc. c. Các phương pháp tách, phân chia, làm giàu khác: - Tách, làm giàu bằng kết tủa, cộng kết. - Tách, làm giàu bằng cách chưng cất. - Tách, làm giàu bằng thăng hoa. - Tách, làm giàu bằng cách đun nóng vùng. - Tách, làm giàu bằng kết tủa điện hoá. 2.3. Các phương pháp phân tích vật ìí Đây là nhóm phân tích được đặc trưng bằng máy móc, thiêt bị hiện đại, đắt tiền, đạt hiệu quả cao về xác định hàm lượng vết, siêu vết (cỡ ppm, cở ppb) và xác định cấu trúc. Nhóm phương pháp này sử dụng các nguồn bức xạ điện từ (BXĐT) từ vùng sóng cực ngắn (tia X) đến vùng sóng dài (sóng vô tuyến). Nhóm này bao gồm các phương pháp phân tích phổ sau: —Phổ hấp thụ electron (UV-VIS); - Phổ huỳnh quang, lân quang phân tử; - Phổ hồng ngoại, phổ Raman; —Phổ phát xạ nguyên tử (PXNT，AES); - Phổ hấp thụ nguyên tử (HTNT, AAS); - Phổ huỳnh quang nguyên tử (HQNT, AFS); - Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR, P M R ,13c - NMR, 19F - NMR; 31P - NMR; 14N(1ÕN) - NMR; nB - NMR); 16 - Phổ cộng hưởng spin electron; —Phổ khối lượng; - Phổ hấp thụ tia Rơnghen (tia X); - Phổ nhiễu xạ tia X; - Phổ huỳnh quang tia X; - Phổ phát xạ tia X; - Pho tia 7， - Phương pháp kích hoạt phóng xạ (RAM). Nhóm phân tích vật lí sử dụng các kĩ thuật hiện đại, hiệu quả cao như kĩ thuật xung, biến đổi Fourier, NMR 2, 3, 4 chiều (2D - NMR; 3D - NMR; 4D - NMR) cho kôt quả phân tích hàm lượng, xác định cấu trúc với độ nhạy, độ chính xác, độ chọn lọc cao. Việc sử dụng các phương pháp phân tích vật lí trong Hoá học hiện đại tạo cho Hoá học có được các phương pháp phân tích nhanh, nhạy, tin cậy, hiệu quả cao. 3. Hoá học phân tích và vai trò của nó trong ngành Phân tích 3.1. Các nhiệm vụ cẩn giải quyết Hoá học phân tích cùng với ngành Phân tích hiện đại là lĩnh vực gồm nhiều ngành khoa học (Scientific disciplines) được sử dụng để nghiên cứu thành phần hoá học, cấu trúc và các tính chất của vật liệu, ứng dụng trong khoa học, kĩ thuật và đời sống. Mục đích của phân tích hoá học là tìm hiểu và giải thích các thông tin vể Hoá học mang lợi ích cho xã hội trong nhiểu lĩnh vực khác nhau. Phạm vi và những ứng dụng của ngành Phân tích hiện đại rât rộng như kiểm tra chất lượng trong các ngành công nghiệp sản xuất, dự báo lâm sàng, phân tích các đối tượng môi trường, 17 2. Các FP thử nghiệm các mẫu địa chất và tiến hành các nghiên cứu cơ bản cũng như ứng dụng đa dạng v.v… Ngành Phân tích hiện đại bao gồm việc ứng dụng của nhiều ngành kĩ thuật, phương pháp luận phong phú, đa năng để thu được và aanh giá các thông báo định tính, định lượng, cấu trúc về bản chất của vật liệu [36]: - Phân tích định tính là nhận biết các phân tử, các nguyên to va các hợp chat có mặt trong mẫu. —Các phép phân tích định lượng nham xác định hàm lượng tuyệt đốì và tương đốì của các phân tử, các nguyên tô" hoặc các hợp chất hiện diện trong mẫu. —Phân tích cấu trúc là xác định sự sắp xếp không gian của các nguyên tử, các nguyên tô" hoặc phân tử và sự nhận biết các nhóm đặc trưng cua các nguyên tử ^cac nhóm chức). —Các nguyên to, các phân tử hoặc các hợp chất là đoi tượng phân uch được goi chung là chất phân tích (analyte). —Phần còn lại của vật liệu hoặc của mẫu trong đó chất phân tích tạo ra được gọi chung là phông, nền (matrix). Việc hieu bièt và sự giai thích các thông tin định tính, ainh lượng và cau trúc là rất cần cho nhieu hướng tìm kiem của con ngươi ơ trên và ngoai Trai Đất. Sự duy trì và cai tien chất lượng cuộc sông trên the giơi và viẹc quản lí các nguồn tai nguyên đều dựa trên các thông báo nhạn được từ phép phân tích hoá học. Các ngành công nghiệp sản xuất sử dụng các aư liẹu phân tích để dự báo về chất lượng và nhược điểm của vật liệu, của sản phẩm trung gian và các sản phẩm cuối cùng. Sự tiến bộ và nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực phụ thuộc vào việc thiết lập thành phan hoá học của các vật liẹu thiên nhien hay do con ngươi làm ra và sự dự báo các chất độc hại trong moi trương cỏ tam quan-trọng ngày càng tăng hơn bao giơ het. 18 Việc nghiên cứu các hệ sinh học và các hệ phức tạp khác cũng dựa trên sự thu lượm một lượng lớn các dữ liệu phân tích. Các dữ liệu phân tích cần một phạm vi lớn các nguyên lí và tình huông, nó bao gồm không chỉ có Hoá học mà còn cả nhiều ngành khoa học khác, từ Sinh học đến Động vật học, cả các ngành nghệ thuật như Hội họa, Điêu khắc, Khảo cổ học. Thám hiểm vũ trụ và chẩn đoán bệnh là hai lĩnh vực khác hẳn nhau nhưng các dữ liệu phân tích cũng đóng vai trò cực kì quan trọng. ứ n g dụng ngành phân tích hiện đại vào cá c lĩnh vực quan trọn g sau : -K iể m tra chất lượng ÍQC = Quality Control) Trong nhiều ngành công nghiệp sản xuất, để đảm bảo cho chất lượng và tính ổn định thành phần hoá học của vật liệu thô (chưa chế biến), các sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối cùng rất cần phải được dự báo. Hầu như tất cả sản phẩm tiêu dùng từ ô tô đến quần áo, dược phẩm và các món ăn, các hàng về điện, các thiết bị thể thao và các sản phẩm làjm vườn đều dựa trên phân tích hoá học. Thức ăn, dược phẩm và các ngành công nghệ nước uống đặc biệt cần phải có thiết bị chính xác đến nghiêm ngặt nhằm đảm bảo về pháp chê đôi với các cấu tử chính và các mức (ngưỡng) cho phép của độ nhiễm bẩn hay độ không tinh khiết. Công nghệ điện tử cần có những phép phân tích ở mức siêu vết (Ultra - trace) một phần do liên quan đến việc chê tạo các vật liệu bán dẫn. Các phương pháp được kiểm tra bằng máy tính, tự động hoá cho phép phân tích quá trình xảy ra liên tục, được sử dụng trong một sồ^ ngành công nghiệp. 19 一 Dự báo và tziem tra các cnat ô nhiễm Sự có mặt của một sô" kim loại nặng độc hại (như Pb, Cd, Hg, As,...), các hoá chất hữu cơ như policlo điphenyl, các chất tẩy rửa và các chất khí thoát ra từ các xe cộ (các oxit cacbon, ni tơ; sunfua và các hiđrocacbon) chuyển vào môi trường là những nguon nguy cơ cho sức khoe con ngươi; chúng cần phai được dự báo trưốc bang các phương pháp nhạy, chính xác của phép phân tích và phai có các phương pháp dieu m thích hợp. Các nguon ô nhiem cơ bản là các chất khí, chất rắn và nước thải (lỏng), được thải ra hoặc được tích tụ từ các khu công nghiệp và từ phương tiện giao thông. —Các nghiên cứu sinh học và dieu trị Hàm lượng các kim loại dạng vet (như Na, K, Ca và Zn), các hoá chat được tạo ra một cách tự nhien như cholesterol, các loại đường và urê, các chất thuoc uông trong các chat lỏng của cơ thể các bệnh nhân tại ơ bệnh viẹn đòi hoi phải được dự báo trước. Tốc độ phân tích thường là yếu to quyet định và các phương pháp tự động thường được sử dụng cho các phép phân tích này. - Thử nghiẹm địa chát Giá trị thương mại của các quặng và khoáng chất được xác định bởi các định mức của một số kim loại đặc biệt; các kim loại này phai được xác định một cách chính xác nhờ các phương pháp phân tích tin cậy. Các phòng thí nghiệm thường được sử dụng làm trọng tai khi nảy sinh tranh cai. - Nhưng nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng Thành phần và cấu trúc hoá học của vật liệu được sử dụng hay đã được khai thác trong các chương trình nghiên cứu, trong nhieu phương pháp cũng co y nghía quan trọng... Những chat 20 hay thuoc mới hoặc vật liệu có giá trị thương mại tiềm tàng được tổng hợp thì những đặc trưng hoá học đầy đủ phải được nghiên cứu từ các công trình phân tích quan trọng, hoa học tổ hợp là một ngành được sử dụng trong nghiên cứu về Dược; nó tạo ra một sô" lượng rất lớn các hợp chất mới cần đến sự xác nhận từ việc nhận biết và nghiên cứu cấu trúc. 3.2. Các nộì dung và phương pháp phân tích Sự lựa chọn, khai thác và làm cho có hiệu quả các phương pháp dành riêng cho phép phân tích để nhận được các dữ liệu tin cậy trong nhiều lĩnh vực là những vấn đề có tính nguyên tắc mà nhà phân tích hoá học phải nắm chắc và quán triệt. Bất kì một phép phân tích nào cũng được phân ra một sô" giai đoạn bao gồm cả việc xem xét về mục đích phân tích, chất lượng các kết quả cần có và các bước riêng biệt trong toàn bộ phương pháp phân tích. 3.2.1. Các nội dung cần phân tích Phần lớn các hướng quan trọng của phép phân tích là đảm bảo để tạo được các dữ liệu tin cậy và bổ ích về thành phần định tính và định lượng của vật liệu cũng như thông báo về cấu trúc các hợp chất riêng biệt có trong mẫu. Nhà Hoá học Phân tích thường phải kết hợp với các nhà khoa học khác và những người có liên quan nhằm tìm được sô" lượng và chất lượng của thông báo cần có, trình tự cho công việc để hoàn thành công trình và eân nhắc những vấn dề tài chính cố thể nảy sinh. Phần lốn các kĩ thuật và phương pháp phân tích đặc thù sau đó được lựa chọn từ các phương pháp này với kĩ thuật có sẵn cho phép phân tích hợp chất có thành phần hay cấu trúc chưa biet. Nhà Hoá học Phân tích cũng cần phải đánh giá các đôì tượng phân tích 21 và hiểu biet những khả năng của các kĩ thuật phân tích khác nhau mà họ sử dụng; thiếu điều này thì sự hợp lí và phương pháp hiệu quả cần thiet sẽ không được chọn đúng hoặc không được tiến triển. 3.2.2. Các phương pháp phân tích Các giai đoạn hay từng bước trong toàn bộ phương pháp phân tích có thể được tổng kết như sau: a. Xác định vấn đề Thông báo phân tích và mức độ chính xác đòi hỏi. Giá trị, sự chọn đúng, lợi ích, mức độ dễ kiem các thiết bị phòng thí nghiệm và các điều kiện thuận lợi đạt được. b. Chọn kĩ thuật và phương pháp Chọn kĩ thuật tốt nhất mà phép phân tích đòi hỏi, ví dụ như sắc kí, phép đo phổ hồng ngoại, phép chuẩn độ, nhiệt khối lượng v.v... Chọn phương pháp thích hợp là chọn các thiết bị lần lượt, chi tiết dùng cho kĩ thuật đã chọn. c. Lấy mẫu Chọn một mẫu nhỏ của vật liệu để phân tích. Khi mẫu không đồng nhất (màu hỗn tạp) thì phải cần dùng các phương pháp đặc biệt để đảm bảo cho mẫu đại diện xác thực đã nhận được. d. Xử lí mẫu sơ bộ hay mẫu thử Cần chuyển mẫu vào dạng thích hợp cho việc nhận biết hay đo hàm lượng của chất phân tích. Công việc này bao gồm cả việc hoà tan mẫu, chuyển chất phân tích vào dạng hoá học đặc biệt hoặc tách chất phân tích ra khỏi các hợp chât khác của mẫu (nền mẫu, analyte matrix) có thể gây cản trở cho việc nhận biết hoặc các phép đo định lượng. 22 e. Phân tích định tính Thử nghiệm mẫu ở những điều kiện được kiểm soát và đặc thù. Tiến hành các phép thử trên vật liệu chuẩn để so sánh, giải thích các thí nghiệm nhận được. f. Phàn tích định lượng Điều chế các chất chuẩn có chứa hàm lượng đã biết của chất phân tích hay các thuốc thử sạch để tương tác với chất phân tích. Chuẩn hoá (calibration) các thiết bị để xác định sự phù hợp với các chât chuẩn ở những dieu kiện được không cne. Kiem tra sự phù hợp về thiet bị cho từng mẫu ở cùng các đieu kiện như các điều kiện đã tiến hành với các mẫu chuẩn. Tất cả các phép đo có thể lặp lại để cải thiện độ tin cậy của dữ liệu, nhưng cũng cần quan tâm đến giá trị và thời gian tiêu tôn. Tính toán các ket quả và đánh giá thông kê. g. Chuẩn bị báo cáo và làm các hồ sơ phân tích Công việc này bao gồm từ việc tổng kết phương pháp phân tích, các kết quả và đánh giá thông kê và tất cả các chi tiet của mọi vấn đề gặp phải ở mọi giai đoạn phân tích. h. Duyệt lại những vấn đề chính Các kết quả cũng cần được thảo luận với sự quan tâm đến ý nghĩa và sự thích hợp của chúng trong việc giải quyết những vấn đề cơ bản. Cũng có khi cần lặp lại các phép phân tích hay làm các phép phân tích mới. 3.3. Kĩ thuật và phương pháp phân tích Gia công hoá học hay hoá - li lằm cơ sỏ cho các phép đo phân tích được mô tả như các kĩ thuật phân tích. Các phương pháp phân tích: Phương pháp là cách trình bày chi net trên thiết bị đỗì với phép phân tích cụ thể có sử dụng kĩ thuật đặc trưng. 23 Hiệu lực của phương pháp: Sự gia công từ phương pháp phân tích để kiểm tra lại độ tin cậy theo nghĩa bao hàm cả độ chính xác, độ lặp lại và tính thiết thực liên quan đến những ứng dụng có mục đích. Các kĩ thuật phân tích Có nhiều phép xử lí hoá học hay hoá - lí được sử dụng để nhận được thông báo phân tích. Các phép xử lí này có liên quan đến một phạm vi rất rộng của các tính chat nguyên tử và phân tử và các hiện tượng làm cho các nguyên tô' và các hợp chất được nhận biết hay được đo lường định lượng dưới những điều kiện được kiem soát (hay không chể). Việc xử lí cơ bản sẽ xác định được các kĩ thuật phân tích thích hợp khác nhau. Những kĩ thuật phân tích quan trọng nhất được liệt kê trong bảng 1.1 cho phép phân tích, định lượng cấu trúc và các tính chất của chat phân tích trong mẫu có thể đo được. Các phép đo phổ nguyên tử phân tử và sắc kí bao gồm một nhóm lớn nhất và được sử dụng nhiều nhất của các kĩ thuật phân tích mà tiếp theo có thể được phân nhỏ hơn để phù hợp với cơ sỏ hiệu lí của chúng. Các kĩ thuật quang phổ có thể bao gồm cả sự phát xạ hay hấp thụ bức xạ điện từ của một vùng rất rộng của năng lượng và có thể tạo ra các thông báo vê định tính, định lượng, cấu trúc dùng cho phép phân tích các cấu tử chính trong mẫu cho đến vùng siêu vết. Những kĩ thuật quang phổ phân tử, nguyên tử quan trọng nhất và những ứng dụng có tính nguyên tắc của chúng được liệt kê ở bảng 1.2. Các kĩ thuật sắc kí cho phép tạo ra các biện pháp tách các cấu tử của hỗn hợp mà các phép phân tích định tính, định lượng đồng thòi cần đến chúng. Việc kết hợp các kĩ thuật sắc kí và quang phô được gọi là phương pháp ghép (tức phương pháp tổ hợp, hyphenation) tạo ra các phương pháp hiệu quả cao trong việc tách và nhận biết các hợp chất chưa biết. 24 Bảng 1.1. Các kĩ thuật phân tích và những ứng dụng chính [36] T TK ĩ th u ậ t T ín h c h ấ t được đo N hữ hg lĩnh vực áp d ụng S ố ch ín h thức 1 2 3 Phép phân tích khối lượng Phép chuẩn độ Phép đo phổ nguyên tử và phân tử Khối lượng của chất phân tích nguyên chất hay hợp chất có hệ số tỉ lượng đã biết Thể tích của dung dịch thuốc thử tiêu chuẩn tương tác với chất phân tích 巳ước sóng hay cưởng độ của bức xạ điện từ phát xạ hay hấp thụ bởi chất phân tích Phân tích định lượng các cấu tử chính hay phụ Phân tích định lượng các cấu tử chính hay phụ Phân tích định tính, định lượng, cấu trúc các cấu tử chính cho đến hàm lượng vết 4Phép đo phổ khối lượng 5Sắc kí và điện di Phản tích Khối lượng của Chat phân tích hoặc các mảnh vỡ của nó Các tính chất hoá lí khác nhau của các chất cần tách Sự thay đổi hoả học Phân tích định tính, cấu trúc các cấu tử chính cho đến hàm lượng vết, tỉ lệ các đồng vị Tách định tính và định lượng của hỗn hợp cho cấu tử chính cho đến hàm lượng vết Đặc trưng của từng chất hay 6 nhiệt hay vật lí trong chất phân tích khi nung nóng hay làm lạnh hỗn hợp, các cấu tử chính hay phụ 7Phân tích điện hoá 8Phân tích hoả phóng xạ Các tính chất điện của chất phân tích trong dung dịch Bức xạ hạt nhân ion hoá đặc trưng phát xạ bởi chất phân tích Phân tích định tính và định lượng các cấu tử chính cho đến hàm lượng vết Phân tích định tính và định lượng các cấu tử chính cho đến hàm lượng vết 25 Bảng 1.2. Các kĩ thuật quang phổ và các ứng dụng chính [36] K ĩ th u ậ t Cơ sởNhững ứng d ụ n g S ố chính T T 1 2 3 4 5 6 7 26 Phép đo phát xạ fISsma (PES) Phép đo phổ phát xạ ngọn lửa (FES) Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Phép đo phổ huỳnh quang nguyên tử (AFS) Phép đo phổ phát xạ tia X (X - RayAES) (X - RayAFS) Phép đo phổ phát xạ tia Y (y-RayNES) Phép đo phổ hấp thụ electron vùngUV-VIS (UV-VIS/EAS) Phát xạ nguyên tử sau khi bị kích thích trong flasma khi nhiệt độ cao Phảt xạ nguyên tử sau khi bị kích thích Dang ngọn lửa Hấp thụ nguyên tử sau khi bị ion hoá bằng ngọn lửa hoặc bằng các nguồn nhiệt điện Phát xạ huỳnh quang nguyên tử sau khi được kích thích bằng ngọn lửa Phát xạ nguyên tử hay phát xạ huỳnh quang nguyên tử sau khi bị kích thích bằng chùm electron hay bức xạ điện từ Phát xạ tia Ỵ sau khi bị kích thích hạt nhân Hấp thụ electron phân tư trong dung dịch Xác định một số kim loại và phi kim chủ yếu ở hàm lượng vết Xác định chất kiềm, kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ Xác định một số kim loại dạng vết và một số phi kim Xác định thủy ngân và các hiđrua của các phi kim hàm lượng vết Xảc định các cấu tử thành phấn chính và phụ của các mẫu luyện kim và các mau địa chất Dự báo các nguyên tố hoạt động phóng xạ trong các mẫu môi trường Xác định định lượng các hợp chất hữu cơ chưa bão hoà T TK ĩ th u ậ t C ơ sởN hữ ng ứng d ụ n g S ố ch ín h 8Phép đo phổ hồng ngoại (IR/S) Hấp thụ phân tử dao động Nhận biết các hợp chất hữu cơ 9 10 Phép đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR/S) Phép đo phổ khối lượng (MS) Hấp thụ hạt nhân (sự thay đổi trạng thái spin) Sự ion hoá và sự phân mảnh của phân tử Nhận biết, phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ Nhận biết và phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ Các kĩ thuật điện di (Electrophoresis) là kĩ thuật tách khác, tương tự được sử dụng đê tách các phân tử tích điện. Các kĩ thuật tách có tính nguyên tắc và ứng dụng của chúng được liệt kê trong bảng 1.3. Bảng 1.3. Các kĩ thuật tách và những ứng dụng chính {36] Sổ T TK ĩ th u ậ t Cơ sở N hữ ng ứng d ụ n g ch ính 1 Sắc kí bản mỏng Các tốc độ khác nhau của sự di chuyển chất phân tích qua pha tĩnh bởi sự chuyển động Phân tích định tính các hỗn hợp 2 Sắc kí khí (GC) Xác định định tính và 3 Sắc kí lỏng hiệu suất cao (HPLC = High performance liquid chromatography) của pha động lỏng hay chất khí định lượng các hợp chất bay hơi Xác định định tính và định lượng các hợp chất không bay hơi 27 S ố T TK ĩ th u ậ t Cơ sởNhững ứng d ụn g ch ính 4 Sắc kí điện di (EPC = Electrophoresis Chromatography) 5 Chiết bằng dung môi và chiết pha rắn (Solvent and Solid Extraction) Các tốc độ khác nhau của sự di chuyển chất phân tích qua môi trường đệm Phân bố khác nhau của chất phân tích trong 2 dung môi không trộn lẫn Xác định định tính, định lượng các hợp chat ion Xác định định tính, định lượng, làm giàu các hợp chất Các phương pháp phân tích Phương pháp phân tích bao gồm những chỉ dẫn chi tiet, từng bước cho phép tiến hành phép phân tích định tính, định lượng, cấu trúc của mẫu đốì với một hoặc vài chất phân tích và việc sử dụng kĩ thuật đặc trưng. Phương pháp cũng bao gồm cả việc tổng hợp danh mục các hoá chất, các thuốc thử được dùng, các máv móc ở phòng thí nghiệm, dụng cụ thủv tinh và các thiet bị chuyên dùng. Chất lượng và các nguồn hoá chất bao gồm dung môi và các đặc tính hiệu suất đòi hỏi của các thiết bị cũng sẽ được đặc trưng như chính phương pháp nhận được mẫu đại diện của vật liệu cần phân tích. Điều này có tầm quan trọng quyết định trong việc nhận được các kết quả có ý nghĩa. Việc chuẩn bị hay xử lí sơ bộ mẫu sẽ được tiếp nôi với sự chuẩn hoá cần thiết các thuốc thử hay chuẩn hoá dụng cụ ở các điều kiện đặc trưng. Những thử nghiệm định tính đôi với chất phân tích hay các phép đo định lượng ở cùng các điều kiện như các điều kiện đã được sử dụng cho các chât chuẩn sẽ kết thúc phần thực nghiệm của phương pháp. 28 Những giai đoạn còn lại có liên quan đến gia công dữ liệu; các phương pháp tính toán cho phép phân tích định lượng và làm báo cáo phân tích. Đánh giá thông kê các dự kien định lượng là rất quan trọng trong việc tìm ra độ tin cậy, giá trị của dữ liệu và việc sử dụng các tham số thông kê khác nhau cũng như các phép thử nghiệm là rất phổ biến. Nhiều phương pháp phân tích chuẩn được công bô" như các bài báo khoa học trong các tạp chí phân tích và các tài liệu khoa học khác và trong sách giáo khoa. Việc tập hợp dữ liệu về các tổ hợp nghe nghiệp tiêu biểu, ví dụ như mĩ phẩm, thức ăn, thép, sắt, dược liệu, chất dẻo polime, hội họa và công nghệ nước uống rất có giá trị. Các chất tiêu chuẩn, các cơ quan có thẩm quyển luật pháp, các chú thích sử dụng của công nghệ sản xuất thiết bị, hội Hoá học Hoàng gia và Hãng Bảo vệ môi trường Mĩ là các nguồn quý giá của các phương pháp tiêu chuẩn. Thường thì các phòng thí nghiệm cũng sẽ tự tạo ra các phương pháp riêng hoặc làm cho các phương pháp có sẵn thích ứng với các mục đích riêng được đặt ra. Sự phát triển tiếp phương pháp tạo ra một phần có ý nghĩa quan trọng trong công việc của phần lớn các phòng thí nghiệm phân tích và hiệu quả của phương pháp; việc đánh giá lại định kì phương pháp cũng rất cần thiết. Việc lựa chọn phương pháp phân tích thích hợp phải lưu ý đến một sô yếu tô" sau: - Mục đích của phép phân tích, quỹ thời gian cho phép cũng như cân nhắc giá thành phát sinh. - Hàm lượng chất phân tích có thể có và giối hạn phát hiẹn đòi hỏi. —Bản chất của mẫu, lượng mẫu có thế kiếm được và lượng mẫu cần có, phương pháp chuẩn bị mẫu. 29 —Độ chính xác đòi hỏi với phép phân tích định lượng. - Sự dễ hay khó kiếm các vật liệu chuẩn để so sánh, các chất chuẩn, hoá chất, dung môi, thiết bị và những điều kiện thuận lợi có được. —Sự cản trở có thể khi nhận biết hay đo lưòng định lượng chất phân tích và mức độ làm sạch mẫu để tránh được sự cản trở của phông. - Mức độ của độ chọn lọc, các phương pháp có được có thể chọn lọc đốĩ với một sô" ít các chất phân tích hoặc đặc trưng chỉ đốỉ với một chất phân tích. —Kiem tra chất lượng và các yếu tô^ an toàn. Hiệu quả của phương pháp Các phương pháp phân tích phải chỉ ra và cho các dữ liệu aang tin cậy, khong thien vị và thích hợp đôl với các mục đích ứng dụng. Phần lớn các phương pháp gồm nhiều giai đoạn và quy trình xử lí, để có độ tin cậy cao nói chung bao gồm các bước trong đó các tham sô" thực nghiệm tối ưu được thử nghiệm trong các điều kiện bên ngoài; chúng phải nhạy với việc thay đoi điều kiện và phát hiện các nguồn sai sô" khi nghiên cứu. Cách thức chung là bắt đầu từ giai đoạn đo cuối cùng, bằng cách sử dụng các chất chuẩn hoá có độ sạch cao đã biết cho mỗi chất phân tích để tìm ra các đặc trưng hiệu quả của hệ nhận biết (có ý nghĩa là tính đặc thù, khoảng nồng độ, sự trả lời có tính chất định lượng (sự tuyến tính), độ nhạy, đọ on định và độ lặp). Các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, đọ am và sự thay đoi áp suất cũng được lưu ý trong giai đoạn này và việc xử lí thống kê được làm từ việc lặp lại các phép đo. Sau đó, việc xử lí được tập trung theo hướng ngược lại. Qua các giai đoạn trước đó của phương pháp, theo dõi xem các điều kiện tốì ưu và hiệu quả tìm được đôl với phép đo cuôi cùng trên chất phân tích thì các chất 30 chuẩn dùng làm chuẩn có còn hiệu lực nữa không, ở chỗ nào Ixià điều này xảy ra không như đã nói ở trên thì những điểu kiện mói cần được nghiên cứu bằng cách điều chỉnh phương pháp và lặp lại việc xử lí. Tổng hợp lại phương cách này được chỉ ra ở sơ đồ trang 32 trong biểu đồ liên tiếp đốì với tín hiệu của phương pháp. ở mỗi một giai đoạn, các kết quả được xử lí bằng cách dùng các thử nghiệm thông kê thích hợp và được so sánh đôì với tính ổn định các kết quả giai đoạn trước. Khi sự thay đổi không thể chấp nhận được thì phải thay đổi phương pháp và lặp lại việc xử lí. Tính hiẹu quả và các yếu tô" bên ngoài của toàn phương pháp cuối cùng phải được thử nghiệm với sự kiểm tra ở hiện trường trong một hay nhiều phòng thí nghiệm được chỉ định trước khi phương pháp được xem như hoàn toàn có hiệu lực thực hiện. 3.4. Sai sô trong phân tích [11;26 ] Bất cứ một phép phân tích nào cũng có thể phạm sai sô". Việc đánh giá kết quả phân tích thu được có đúng, có chính xác không và mức độ đúng và chính xác như thê nào là việc làm cần thiêt. Thường từ n lần thí nghiệm, ta chỉ nhận được giá trị trung bình X . Nếu giá trị thực \1 của đại lượng cần đo, thì sai sô" tuyệt đôl s: S = X - Ị I (1.1) và sai so tương đôl 5: 5 = ( 1.2) Sai sô" tương đôì tính theo %: 31 5 % ：£ . 100% 8. 100% X (1.3) Cũng cần phải đánh giá sai sô" hệ thống (sai sô" xác định) và sai sô" ngẫu nghiên mắc phải của phép phân tích. Giai đoạn 1Các đăc tính hiêu quả detector đối với chất chuẩn để chuẩn hoá một chất phân tích Xử lí lặp lại đối với các chất chuẩn để chuẩn hoá chất phân tích hỗn hơp Giai đoạn 2 Xử lí lặp lại đối với các chất chuẩn để chuẩn Giai đoạn 3 Giai đoạn 4 Giai đoạn 5 Giai đoạn 6 hoá với các chất cản trở có thể có và đối với phông của thuốc thử Xử lí lặp lại đối với các chất chuẩn để chuẩn hoá chất phân tích với các cấu tử nền mong đợi cho sự cản trở phông ước lượng Phép phân tích phông mẫu giả có nghĩa phông có thêm những lương đã biết của chất phân tích để thử nghiệm độ lặp lại của phương pháp Các sự thử nghiệm hiện trường trong phòng thí nghiệm được chỉ định với các người ít kinh nghiệm hơn để thử sơ bộ B iêu đ ổ liên tiếp a o i với tín hiệu củ a phư ơng p h á p [36] 32 3 .5 •欠 ư // s ố //ẹ ư Í/7ỢỨ r7gẢ7/ệ/?7 fcằ/7g í/? ố /7 g Ắcé íoa>7 /7ỌC 3.5.1. Các khái niệm Sai số* ngẫu nhiên bao giờ cũng có, do các nguyên nhân ngẫu nhiên không biet trước gây ra mà ta chỉ có thể giảm nó đến mức tối thiểu bằng cách làm việc cẩn thận và tăng sô" lần phân tích. Sau đó kết quả phải xử lí bằng thống kê toán học. Sai so hệ thong phản ánh đọ aúng của phương pháp, cho ta biet mức độ phù hợp (khác nhau) giữa gia trị thực nghiẹm trung bình X và giá trị thực |i. Trong lúc đó, sai sô" ngẫu nhiên phản ánh độ phân tan các ket quả phân tích, tức độ lệch giưa các gia trị neng re và gia trị trung bình (độ lạp lại). Độ đúng và độ lặp của phep phân tích có the chia ra 4 trường hợp sau: - Độ đúng và độ lặp lại đều thấp. —Độ đúng cao, nhưng độ lặp lại thấp. - Độ lặp cao, nhưng độ đúng lại thấp. - Độ đúng và độ lặp đều cao. Trong trường hợp độ đúng và độ lặp đều cao, ta nói phép phân tích có độ chính xác cao. Như vậy, độ chính xác phản ánh đồng thời cả độ lặp và độ đúng. Không nên quan niệm độ lặp lại chính là độ chính xác cua phép đo. 3.5.2. Các đại lượng trung bình Trong thỗ>ng kê thường phân ra cac đại lượng trung bình sau: —Trung bình ỏô hộc： X = Ẻi=l n(1.4) 33 3. Các pp - T ru n g b ìn h b ìn h phương: - T ru n g b ìn h n h ân : x nh = i / x ,- x 2...x n (1.5) ( 1.6) H ay1 〇 g _ ih = l〇g X l + l〇g X2 + ....l〇g X,i(1.7) 3.5.3. Các đại lượng đặc trưng cho độ phân tấn Đ ể đ ặc trư n g cho độ p h ân tá n , người ta dùng cá c đại lư ợng sa u : - Độ lệch tru n g bình: n( 1.8) —P hư ơng s a i lự a chọn (tập hữu h ạn n < 10): g2 _ I ( x , - x f n - l (n - 1 ) là b ậc tự do (thư ờng kí h iệu là k). (1.9) N ếu n > 10 th ì (1.9) trở th à n h ơ 2 ( ơ 2 phương sa i tập lớn) 2 ... z ( x ,- げ n( 1. 10) S 2, a 2 dùng để tín h sa i so ngau nhien. — Đọ lệch ch u ẩ n h ay sa i so b ìn h phương tru n g b ìn h là can b ậc h a i củ a ơ2 v à s2: 34 s :I ( x , - x f _ I ( x , - x ) 1 2 n - 1 Ơn T o n g z ( x t - x ) 2 được tín h theo công thức: Z (x , - x ) J = z ：( X x , ) 2 n 3.5.4. Độ lệch của giá trị trung bình (1.11) (1.12) (1.13) P h ư ơ ng s a i củ a g iá tr ị tru ng bình X b ằn g phương sa i ch ia cho sô" th í n g h iệm n: n V à độ lẹch củ a g iá trị tru n g bình X : s (1.14) (1.15) S x = 3.5.5. Các loại phân bố 云 — P h â n bo th ự c n g h iệm là sự bieu diễn tầ n x u a t p h ân bo các k ẽ t qu ả th ự c n g h iẹm . - P h â n bo c h u ẩ n G au ss: Khi n rất lớn, phân bố chuẩn Gauss eó dạng: 1 o.õí— ì Y - - 4 = - e 1 ơ J (1.16) ơ v 27I 3 5 N ếu b iể u d iễ n y = f(x ) th ì p h â n bô" G a u ss có 2 điểm uô"n ở —a và -Hơ. H àm p h ân bo có cực đ ại ở X = T ừ (1 .1 6 ) ta có: Y max = — , Ị i - Ơ và X2 =|I + Ơ giá trị n ày càn g lốn k h i ơ cà n g nhỏ, tức: độ lặp lạ i càn g cao, nghĩa là sô" các giá trị thu được gần với giá trị thự c |I càn g nhiều. D iện tích của hình tạo bởi đường cong p h ân bô" và trụ c hoành bằn g 1 gồm các giá trị X từ -00 đến +00 . 3.5.6. Biên giới tin cậy T ro n g trư ờng hợp sa i sô" ngẫu nhiên tu ân theo p h ân bô" ch u ẩ n , th ì b iên giối tin cậy (k h oản g trong đó chứa giá trị thự c |i): = x ± 0 , 6 7 . = X 土 1，9 6 • = x ± 2 , 5 8 . 云 (xác su ất p = 0,50) (xác su ấ t p = 0,95) (xác su ất p = 0,99) T ro n g th ự c h à n h p h ân tích n thường nhỏ (n = 3 5) n ên p h ả i d ù ng p h ân bô" S tu d e n t t: S x s ( 1 .17) G iá trị p h ân bo S tu d e n t (t) phụ thuộc vào b ậc tự do k ニ（ n - 1 ) ， xác s u ấ t p . So th í nghiẹm n càn g nho, xác s u ấ t càn g lớn th ì gia tr ị t cà n g lớn (b ản g 1.4). 3 6 Bảng 1.4. Giá trị phân bố student (t) phụ thuộc xác suất p và bậc tựdo k = (n - 1 ) Kp 0,09 0,95 0,99 1 6,31 12,7 63,7 2 2,92 4,3 9,92 3 2,35 3,18 5,84 4 2,13 2,78 4,60 5 2,01 2,57 4,03 6 1,94 2,45 3,71 7 1,89 2,36 3,50 8 1,86 2,31 3,36 9 1,83 2,26 3,25 10 1,81 2,23 3,17 15 1,75 2.13 2,95 20 1,73 2,06 2,79 T ừ (1 .1 7 ) t a có: H ay = X 土 s s = 土t.s —尸ニ là b iên giới tin cậy Vn V ậy : x - s < ỊI < x + 8 (1 .1 8 ) (1 .1 9 ) ( 1.20) 3 7 N ếu t ín h £ th e o % ta có: s% = 土」‘ .100% XV n V à |I% = X 土t.s.1 0 0 % (1.21) x.yjn( 1.22) 3.5.7. huem tra thống kê các dữ kiện thực nghiệm K iểm tr a g iá tr ị nghi ngò, m ắc sa i sô" thô (khi n < 10). T ro n g trư ờn g hợp này, ngươi ta dùng ch u ẩn Đ isơn Q: Q : - f e _ ^ i L (1.23) X隱 - x _ xn g iá tr ị n g h i ngờ; xn+1 là g iá trị lâ n cận giá tr ị xn; xmin, Xmax là cá c gia trị nho n h at, lớn n h ất. Đ ầu tiê n là sắp xếp cá c giá trị th ự c n gh iệm Xj theo thứ tự từ nhỏ đến lớn, tín h QTN theo (1.23). S a u đó tra b an g với n, xác su ấ t đã b iet, tìm Q 1T. N ếu Qtn < Q l t , cần giữ lạ i giá tr ị xn. N ếu Qtn > Q l t , cần loại bỏ x ir C ác g ia trị Q được ghi tro n g bản g 1.5. B ả n g 1 .5 . G ia trị c h u ẩ n Đ is ơ n p h ụ th u ộ c x á c s u ã t p v à n n 0,90 0,95 0,99 3 0:89 0:94 0:99 4 0,68 077 089 5 0,56 0,64 0,76 6 0,48 0,56 0,70 7 0,43 0,51 0,64 8 0,40 0,48 0,58 3 8 Đ ể so sá n h độ lặp lạ i củ a h a i dãy th í n g h iệm , t a so s á n h tỉ sô" củ a h a i phư ơng s a i dù ng ch u ẩ n F ish e r F : F ™ = 參 (1 .2 4 ) T ro n g đó: > s ị ứ ng với k L = (n 1 - 1 ) ; s ミ ứ n g v ó i k 〇 = ( n 2- l ) . G ia trị p h ân bô F is h e r F phụ thuộc vào xác suâx p v à các b ậ c tự do k i = ( n ! - 1 ) v à k 2 = (n 2 — 1 ) tra ở b ả n g 1.6. T ro n g b ả n g 1.6, cá c g iá t n F được cho ở p = 0 ,9 5 . N ếu F xn < F i t , độ lặp lạ i củ a 2 phương pháp là ao n g n h ấ t. N ếu F tn > F LTj độ lặp lại củ a 2 phương pháp không đồng n h ất. B ả n g 1 .6 . G iá tr ị p h â n b ố F is h e r F (P = 0 ,9 5 ) p h ụ t h u ộ c k^, k 2 X1 2 3 4 5 6 8 10 12 1 161 200 216 225 230 234 239 242 244 2 18,51 19,00 19,16 19,25 19,30 19,33 19,37 19,29 19,11 3 10,13 9,55 9,28 9,12 9,01 8,94 8,84 8,73 8,74 4 7,71 6,94 6,59 6,39 626 6,16 6,04 5,96 5,91 5 6,61 5,79 5,41 5,19 5,05 4,95 4,82 4,74 4,68 6 5,99 5,14 4,76 4,53 4,39 4,28 4,15 4,06 4,00 7 5,59 4,74 4,35 4,12 3,97 3,87 3,73 3,63 3,57 8 5,32 4,46 4,07 3,84 3,69 3,58 3,44 3,34 3,23 3 9 X1 2 3 4 5 6 8 10 12 9 5,12 4,26 3,86 3,63 3,48 3,37 3,23 3,13 3,07 10 4,96 4,10 3,71 3,48 3,23 3,22 3,07 2,97 2,31 11 4,84 3,98 3,59 3,36 3,20 3,09 2,95 2,86 2,79 12 4,75 2,88 3,49 3,26 3,11 3,00 2,85 2,76 2,69 15 4,54 3,08 3,29 3,06 2,90 2,79 2,64 2,55 2,48 20 4,35 3,49 3,10 2,87 2,71 2,60 2,45 2,35 2,28 Tim sai sô hệ thống: Đ au tiê n từ tậ p th í n ghiệm ta tìm X , tìm s, tìm p h ân bô" t>TN th eo công thứ c: (1.25) S a u đó so sá n h txN vói tLT(tra b ản g p h ân bô" S tu d en t) (th eo p = 0 ,9 5 và k = (n - 1 ) ) N ếu tpN< t LT phương pháp k h ô n g m ắc sa i sô" hệ thong. N ếu tr N> t LX phương pháp m ắc s a i sô" hệ thông. 3.5.8. Đánh giá kết quả phân tích theo thống kê Có 2 trư ờn g hợp: —Chưa biết kệ sốbiêh động hoặc độ lệch chuẩn của phương pháp Ví dụ 1 :% F e 2〇3 tro n g m ẫu: 2 ,2 5 ; 2 ,1 9 ; 2 ,1 1； 2 ,2 8 ; 2 ,3 2 . V ới p = 0 ,9 5 h àm lượng F e 2〇3 n ằm tro n g giới h ạn nào? K iểm tr a th eo ch u ẩ n Q, khôn g bỏ g iá trị nào. 4 0 x = 2,25 s：U xi - 又 ) n - l0，11 LT(P=0,9Õ, n=5) 8 =t.s 念 ニ ± 0 ， 14 K ế t lu ận : % F e 2〇3 n ằm tro n g k h o ả n g : 2 ,2 5 土 0 1 4 tứ c ịí n ằm tro n g k h o ả n g 2 ， 11 + 2,39% . —Trường hợp biet hệ so bien động hoạc độ lệch chuẩn Ví dụ 2: % M o là 0 ,3 3 ; 0 ,3 2 ; 0 ,3 3 ; 0 ,3 4 % . Độ b iến động củ a phư ơng pháp là 5% . X ác đ ịn h % M o (P = 0 ,9 5 ). K iem tra th eo tieu ch u ẩ n Q: k hôn g bỏ g ia trị nào. s - v'x - 0 ,0 2 100 t.s=± 0 ,0 2 % 0 , 3 3 士 0 ,0 2 (%). 3.6. Các phương pháp Toán học， Tm học trong Hoá học Phân tích N gày n ay, tro n g H oá hoc, n h iều v ấ n đề tro n g n gh iên cứu về th ự c ngh iệm v à lí th u y ế t đoi hoi p h ai to án học hoá K h oa học H oá học h iẹn đ ại. T o á n học càn cho H oá lí th u y ết, H oá lượng tử. T o án học, T in học ca n cho viẹc ke h oạch hoá mô h ìn h hoá, toi ưu h oa th ự c n g h iẹm để tìm ra các a ie u k iẹ n toi ưu cho thực 41 n ghiệm . T o án học, T in học cần cho việc n gh iên cứu cơ chê các loại p h ản ứng, xác đ ịnh các th a m sô" định lượng củ a hợp ch ấ t n gh iên cứu như tín h to á n h ằn g sô" cân b ằn g, h ằn g sô" bển điều k iện , hệ sô" hấp thụ p h ân tử mol củ a các phức. T o án học, T in học cầ n để xử lí th ôn g k ê sô" liệu , đ ánh giá k ế t qu ả th ự c nghiệm th u được, đánh giá sa i sô' m ắc p hải v .v ... N gày nay, th ự c t ế T o án học, T in học đã được ứng dụng trong nhiều n gành củ a H oá học, làm cho K h oa học Hoá học đ ạt h iệu quả cao trong n g h iên cứu xác định h àm lượng (đặc b iệ t h àm lượng vết, siêu v ết), tro n g xác định cấu trú c phân tử, n h ận b iêt, tách , phân ch ia làm giàu các ch ất. Có th ể nói: T h iế u T o án học, T in học th ì K hoa học Hoá học không th ể p h át huy được hiệu quả cao n h ấ t tro n g các lĩnh vực n gh iên cứu, k h a i th á c, ứ ng dụng, điều c h ế v .v ... 3.7. Mục đích phân tích, các chỉ tiêu phân tích 3.7.1. Mục đích phân tích M ục đích các phương pháp phân tích n hằm xác định định tín h , xác định b án đ ịnh lượng (hàm lượng gần đúng) h ay xác định định lượng, xác định cấu trú c hợp ch a t n gh iên cứu. Tùy thuộc m ục đích đ ặt ra, người thự c hiện phân tích thường phải tiế n h à n h m ột h ay tấ t cả các phép xác định trên . - Phăn tích định tính: D ựa trên nhữ ng tính ch ât đặc trư ng củ a ch ất, hợp ch ấ t n gh iên cứu, dựa trên k ết quả thực nghiệm người phân tích có th ể n h ậ n b iết được ch ấ t, hợp ch ấ t nghiên cứu. - Phăn tích định lượng: S a u khi b iế t châ^t, hợp ch ấ t qua p h ân tích định tín h , người p h ân tích p h ải tiến h àn h xác định bán định lượng hay định lượng nhờ m ột phương pháp phân tích đã chọn. 4 2 X á c định định lượng là xác định nồng độ hay h àm lượng m ột cấ u tử đó, h ay tấ t cả các cấu tử ch ứ a tro n g m ẫu n g h iên cứu. -X á c định cấu trúc chất, hợp chất: C ũng có k h i người p h ân tích cầ n p h ả i xác định cấu trú c ch ấ t, hợp c h ấ t n g h iên cứu. Đ ây là m ột n h iệm vụ k h á phức tạp , người p h ân tích p hải dựa trê n k ế t q u ả n h ậ n được trê n các phương p h áp k h á c n h au , ví dụ các phương p háp đo phố U V -V IS , pho IR , phổ N M R , phổ M S, tập hợp sô" liệu , p h ân tích sô" liệu , tổ hợp các sô" liệu mới đưa ra công thức g iả đ ịn h đúng đắn. T ro n g th ự c tế, để tiến h à n h p h ân tíc h m ột đốì tượng cụ th ể, người p h ân tích thường p hải tr ả i qu a các g iai đoạn cơ ban sau: — C họn phương pháp p h ân tích th ích hợp cho đốì tượng p h ân tíc h , xác định các n h iệm vụ Cần tập tru n g g iả i qu yết. - C họn m ẫu đại diện, m ẫu p h ản á n h đúng th à n h p h ần củ a đôi tượng p h ân tích. - Đổì với các m ẫu phức tạp , cầ n tiế n h à n h tách , phân ch ia các cấu tử cả n trở phép p h ân tích đã chọn. - Đ ịn h lượng ch ấ t cần p h ân tích. - T ín h k ế t quả p h ân tích , đ ánh giá sai sô, độ tin cậy củ a phép p h ản tích. T ù y th u ộc b ản c h ấ t phương pháp p h ân tích , người ta ch ia các phương pháp xác định th à n h 3 nhóm : —Nhóm các phương pháp phân tích hoá học. T ro n g nhóm này, người ta thường sử dụng các p h ản ứ ng p h ân tích. C ác phản ứ ng p h ân tích thường dùng là: p h ản ứ ng a x it — bazơ, p h ản ứ ng oxí hoá — k h ử , p h ản ứng tạo phức, p h ản ứ ng tạo th à n h hợp c h ấ t ít tan . —Nhóm các phương pháp phán tích lí — hoá. T hu ộc nhóm n ày có: cá c phương pháp p h ân tíc h đo q u an g vùng U V —V IS , 4 3 v ù n g hồng ngoại; các phương pháp phân tích điện hoá và nhóm ^ấc phương pháp tá ch , p h ân ch ia và làm giàu. — Nhóm các phương pháp phân tích vật lí. N hóm n ày thường dùng các phương pháp p h ân tích qu ang pho ưng dụng tro n g Hoá học. N hóm phương pháp n ày có n h iều ưu điểm n h ư： thời g ian p h â n tích n h an h , th ao tá c ch e, tách cấu tử cản trở thường ít cầ n th iế t hơn, độ n h ạy , độ chọn lọc, độ đúng, độ ch ín h xác tă n g n h ieu so với các phương pháp p h ân tích hoá học. C ác phư ơng pháp p h ân tích lí - hoá, v ậ t lí thường được m ang tê n gọi ch u n g là các phương pháp p h ân tích công cụ. 3.7.2. Các chỉ tiêu phân tích M ột phép p h ân tích được chọn th ích hợp cho đôl tượng phân tích là phép p h ân tích th ỏ a m ãn các ch ỉ tiê u phân tích sau : - Đọ đúng tốt: G iá trị th ự c củ a cấu tử cần xác định tro n g đốì tượng p h ân tích là ị i . G iá tr ị th ự c nghiệm thu được là X . Độ đúng p h ản á n h m ức độ phù hợp giữa giá tr ị thự c nghiệm X và giá trị th ự c |i . P h ép p h ân tích cầ n có độ đúng tố t là phép p h ân tích có -> X (tro n g trư ờng hợp lí tưởng = X ). -Đ ộ lặp: K h i p h ân tích ta thường tiến h àn h các th í nghiệm song song độc lập n h a u X ị, x2, xn. G iá trị tru n g b ìn h c ủ a phép đo là X. K h i các g iá trị th ự c ngh iệm riên g rẽ (Xị) p h ân tá n gần xu ng qu an h giá trị X, ta nói: phép đo có độ lặp lạ i tôt; ngược lại, nếu các giá trị riên g rẽ (Xị) p h ân tá n xa xu n g qu an h giá tr ị X, ta nói: phép đo có độ lặp lạ i kém . - Độ chọn lọc: K hi p h ân tích các đối tượng phân tích phức tạp (chứa n h iều cấu tử) th ì thường có sự cả n trở từ các nguyên tô" đi kèm và an n hưởng củ a phông nói chung. M ột phép phân tích m à các ngu yên tô" đi kèm và ản h hưởng cản trở củ a phông lên tín hiệu đo củ a cấu tử cần xác định nhỏ th ì ta nói: phép phân tích n ày có độ chọn lọc cao. 44 Ví dụ: K h i xác đ ịn h N i2+ b ằ n g th u ố c th ử hữu cơ đ im etylglyocxim (H 2D m), n go ài N i2+ ch ỉ có F e 2+, P d 2+ p h ản ứng với H2D m. N hư vậy, đ im ety lg ly ocxim là m ột th u ốc th ử có độ ch ọn lọc cao đốì với N i2+. 一 Độ nhạy (độ phat hiện): M ột phép p h ân tích tố t cầ n có độ n h ạy cao, tứ c có độ p h á t h iệ n th ấ p . Độ p h á t h iệ n là h àm lượng (hay nồng độ) tố i th iể u củ a c h ấ t còn ôó th ể p h á t h iệ n được b ằn g phương p h áp p h â n tích đa sử dụng. C ác phương pháp p h ân tic n công cụ thư ờng cho độ n h ạ y cao v à độ p h á t h iệ n r ấ t th ấ p (cỡ ppm , ppb), cho phép x á c đ ịn h với độ ch ín h x á c cao h àm lượng v ế t và siê u vet. Ví dụ: Phư ơng p h ap đo pho nap th ụ ngu yên tử (A A S) dùng ngọn lử a cho phép xac đ ịnh h àm lượng đến cơ ppm , n ếu dù ng lò g ra fit cho phép x á c đ ịn h h àm lượng đến cơ ppb. —Độ chính xác . Đ ộ ch ín h xác là m ột ch ỉ u e u r a t qu an trọ n g củ a phép p h ân tích . M ột phép p h ân tíc h vừ a có độ lặp và độ đúng tố t là phép p h ân tích có độ ch ín h x ác cao. K hông n ên cho ra n g m ột phép p h â n tíc h có độ lặp tố t là phép p h â n tíc h có độ ch ín h x á c cao , vì độ lặp lạ i ch ỉ là m ột tiê u c h u ẩ n tro n g h a i tiêu ch u ẩ n để đ án h g ia độ ch ín h xác. T h eo [29] th ì k h ả n ă n g g iảm độ p h á t h iệ n củ a cá c phương pháp p h ân tích n hư sa u (m ư c độ p h a t h iẹn, giới h ạ n p h á t h iện tín h b ằ n g gam ): + Phư ơng phap p h â n tíc h k h o i lượng: 1 0 '9 gam (dùng câ n vi p h ân tích) + Phư ơng pháp p h ân tíc h th ể tích : 10~logam + Phư ơng pháp p h ân tíc h tr ắ c qu ang: 1 0 '11 gam (1 0 -9 gam đ ạ t được a e dàng) 4 5 + Phương pháp p h ân tích h u ỳnh q u a n g : 10 _u gam (10一10 gam đ ạt được de dàng) + Phư ơng pháp p h ân tích động học: 10*13 gam (10-11 gam đ ạt được dễ dàng) + Phư ơng pháp ch u ẩn độ A m p e :10一12 gam (10一11 gam đạt được dễ dàng) + Phư ơng pháp đo phố’ p h á t xạ ngu yên tử: 1 0 '11 gam (1 0一10 gam đ ạt được dễ dàng) + Phư ơng pháp đo phô hấp th ụ nguyên tử và huỳnh quang nguyên tử dùng ngọn l ử a : 10一12 gam (10_10 gam đạt được dễ dàng) + Phương pháp đo pho nguyên tử và huỳnh quang nguvên tử không dùng ngọn lưa: 1 0 '14 gam (5 .1 0 _l í gam đạt được dễ dàng) + Phư ơng pháp p h ân tích sắc k í dùng phức ch elat: 5，10一14 gam (1 0一11 gam đ ạt được dễ dàng) + Phư ơng pháp đo phổ h u ỳnh qu an g R ơnghen: 10"9 gam + Phư ơng pháp đồng vị phóng xạ (n gu yên tử danh dau): 10~16 gam (10~l5gam đ ạ t được dễ dàng) + Phương pháp k ích h o ạ t phóng xạ: 10-11gam ( 1 0 '1:ỉgam đạt được dễ dàng) + Phương pháp đo phổ khối lư ợ n g :10一15 gam (1◦ 一12 gam đạt được dễ dàng). T ro n g n gàn h P h â n ticn h iện đại, các phương pháp p h ân tích v ậ t lí được sử dụng n gày càn g n h iều . T h eo [29]: Nảm 1965 1968 1970 1975 % phép phân tích hoá học 95 85 77 50 % phép phân tích vật lí 05 15 23 50 4 6 T a th ấy : C hỉ tro n g vòng 10 n ăm m à phương pháp p h ân tích v ậ t lí từ 5% đã đ ạ t m ức 50% (b ằn g p h ân tích hoá học). Đ ieu n ày cũ n g nói lên n hữ ng ưu v iệt củ a các phương pháp p h ân tíc h v ậ t lí ứ ng dụng tro n g hoá học. T ro n g các phép p h ân tích h iện đại, n hu cầu g iảm độ p h át h iện đ ạ t được tro n g th ự c t ế và đòi hỏi (n hu cầu ) củ a k h o a học, kĩ th u ậ t lu ôn th ấ p hơn từ 10 đến 100 lần . T h eo sô" liệu củ a V iện sĩ Y u . A. Zolotov [29]: Năm 1940 1968 1970 1975 Giới hạn phát hiện đạt được (%) 1〇-2 10-4 1Ũ-6 1〇4 Giới hạn yêu cẩu (%) 10-4 10^ 10』 1〇-1° S a i số p h â n tích cá c h àm lượng lớn, th eo [29] cũ n g g iảm rấ t n h a n h : Năm 1900 1920 1940 1960 1976 Sai số tương đối tính bằng (%) khối lượng 0,125 0,090 0,025 0,010 0,0012 N hư v ậ y ， tro n g vòng 7 6 n ăm , sa i sô tương đốì củ a phép p h ân tíc h g iảm gần 1 0 0 lần . N goài n hữ ng ch ỉ tiêu trê n , thời gian p h ân tích tro n g các phép p h â n tích h iện đ ại cũ n g giảm n h a n h . T h eo [29] th ì thòi g ian cầ n th iế t cho m ột phép p h ân tích qu an g phổ xác định thép như sau : Năm 1930 1945 1960 1975 Thời gian phân tích (tính bằng phút) 30 20 - 30 10 2 - 7 4 7 T h eo [29] th ì việc tă n g n h a n h m ột p h ú t cho m ột phép phân tích xác định th ép đã m ang lợi n h u ận cho m ột h ãn g sả n x u ất th ép ở Ita lia là 7 5 0 .0 0 0 đô la. T a có th ể th ấ y lợi n h u ận khổng lồ th u được củ a tấ t cả các h ãn g sả n x u ấ t thép tro n g vòng 3 0 phút. Rõ ràn g , “th òi g ian là v à n g ， là b ạ c”. X u hướng tă n g n h a n h các phép p h ân tích các hợp c h ấ t hữu cơ (so với hợp c h ấ t vô cơ) th eo [29]: Năm 1946 1950 1960 1968 Đối tượng phân tích vô cơ (%) 94 87 80 65 Đối tượng phân tích hữu cơ (%) 06 13 20 35 C ác phép p h ân tích mới ra đời là: phép p h ân tích từ xa, phép p h ân tích phá m ột lượng m ẫu vô cù ng nhỏ, phép p h ân tích điểm (thự c h iện trê n m ột diện tích vô cù ng nhỏ). T ro n g n g àn h P h ầ n tích h iện đại thường dùng n h iều biện pháp để n ân g cao độ chọn lọc củ a phương pháp p h ân tích . Đ ieu n à y có ý n g h ĩa r ấ t qu an trọ n g vì p h ần lớn cá c đốì tư ợng p hân tích là đối tượng phức tạp ch ứ a các nguyên tô" cấu tử đi kèm , ả n h hưỏng cử a n ền , phông. C ũng vì lí do các m ẫu p h ân tích là phức tạp nên xu hướng sử dụ ng các phương pháp tổ hợp giữ a qu á trìn h tách , p h ân ch ia, làm g iàu vói các phương pháp xác định h àm lượng ch ấ t ngày cà n g tăn g. V í d ụ ， phương pháp F IA (Flow In jectio n A n aly se = phương pháp tiêm m ẫu vào dòng ch ay ;, các phương pháp ch iế t - trắc q u an g (cực phổ, h u ỳnh qu ang, hâp th ụ nguyên tử, h u ỳ n h qu ang ngu yên tử, p h á t xạ nguyên tử) v .v ... C ác phương pháp k ế t hợp giữ a sắ c k í k h í (G c = C hrom atog rap h y ), sắc k í lỏn g (L c = Liquid 4 8 C h ro m ato g rap h y ) vối các phep đo phổ IR , R a m a n , M S có b ie n đổi F o u rie r: G c (Lc) - F T /IR G c (L c) — F T /R a m a n G c (L c) - F T /M S T ư ơng tự, có sự k ế t hợp củ a các phư ơng pháp sắc k í k h á c vói cá c phư ơng p h áp x á c định h àm lượng. P hư ơng p h áp p h ổ p h á t x ạ cảm ứ ng p la sm a - M S cho ta xác đ ịn h ch ọn lọc, độ p h á t h iệ n r ấ t th ấ p cỡ ppb h oặc nhỏ hơn (IC P — M S : In d u ctiv ely C ou pted P la s m a — M a ss Sp ectroscop y). 3.8. Phân loại các phương pháp phân tích dùng trong Hoá học Phân tích hiện đại T ro n g n gàn h P h â n tích h iện đại, để đ ạt h iệu quả p h ân tích cao, người ta thường dùng cả p hân tích hoá học, phân tích lí — hoá, p h ân tích v ậ t lí, to án , tin học ứng dụng tro n g phân tích. Sơ đồ 1.1 cho b iế t h ệ tn on g cá c phương pháp d ù ng tro n g n gàn h P h â n tích h iệ n đ ại (b ản g phụ lụ c đi kèm giáo trìn h này). 4 9 4. Các pp 〇 §• ^suộ nl luísỉ-lS UDÍIIỊ Ị n U Ixafiu qJ^-T lbAuUÍIIỊ Ị líệ Ị q 301Ị đolỊ 0ÌK 1 1 〇• ffi 〇 B9 o『lq-4-9d 9 lỊ qvos JỊ UOJ:Ịbí) 如u nỊ lỊ UIPiíos UTBIỊ ị Hvtf n 勺X93&QU9XỊ í tprt-o ubĐ u í bouọ tu} uủ 301 {edO IỊ •■cljn .UIÍỊ >nỹ JI—lB9H otp ư ?〇X q ax cd9 THU^Ị l 91Ị p uítíu bvsn J S X ĩq tự lDol{bĐ o ^ B ĩ d 91{3 IỊ UIH— rp -â-pỹ UBOJL .g Ọ ì^sx 'elnb Ị BJ>u§Ị lỊ IPỊ ạ u 1 u'cso x S qu ^— S p o l s Q 丨 .1 I H. ザ — t X C4B X ^^IỊ d 91 (S3 &H-X) s / d o I P H d + SỊIỊU (UBIỊ 3Ị (SIM3 pída)cccHPHdoóI !1 | I I CQ/VXP >-1 s / a x p ỗ ix p H d ỹ Hd aỉ sỹ Hd s d s P H d s lf MUBnb iị uatuị s so s a v p — s w . i S VP H_ pHd s — doIỹ Hd d ) V H bouénsu B3) tlí)UO.Iạ Ntì-H đ|iỊ uA nồx)u BX uiẹ p v m u N V H d H u v l •vold o / l o *w>u«Jn b HUAml ièxsupqdộ p n-sa u ^ UOỊ Ị pp0 uẹ nb (Ấ ip 吻 ầí)u n HU n ỵ l o H Y l 0 ^ 1 ^与í d x ds u í ự 3 B • boUI- 3 u 9 f Pf bou s us dsd3upld) S S ã uTJo « A DÍI - o n ) * 0 1 丨snpỉ Pl ' 7 d l v s .6xfi J 1 T3dẹ lỊ d L LN V H d 0 - u <«Dx nw)u ủ1ỊJ u Jxs*l l d ^ w c<4)x n ^ u n i đ v s 1 / s :p i を Pỉ 3 21Pl3 2 Sqpj3ìg'_ ONBUI X ^ P q u l V55 Ísuộ u 91Ị «íuậ « £ u V E cĩĩm o p* 3 d - d pco丨 s 0 I U OOC— p l ovals 5 n dl bfiup;nIỊ da 'cclo^UOIỊ H N V O N | 1 1 !í l rỉ s ■ • ^ • ã s H < c << £ F I u 圉 E t ó — (HIẢ í -<〇 s £ 1 pl s U) ạ «ffi.「jfopp;§ T------------------ PH Ô d X biDUPJlll cc/dol) CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC -------------------- ------------------------- PH  N T ÍC H T Ử G U Y Ê N ( S 3 V ) 一 N X d ( s w ) J , N 1 K p M d < s v ) H N b d ncd-X -M'csl t d9q j bcuoortxTelJdolJ A pぶ MU S 3u ự 1 ■ -" N I s K-' - Ail slsnb lỊ UẶ mí *ủiỊỊ dvlĩoủ p ỘỊJ 3 s n b bcuoan b ÍHUU M§nb〇G X f100 < 10-6 2. Các phương pháp quang phổ (Spectroscopy methods) T ừ b ả n g 2 .1 ta th ấ y : m ỗi v ù n g bức x ạ đ iện từ có bước són g X v à n ă n g lư ợng k h á c n h au . K h i h ấp th ụ n ă n g lượng n à y sẽ xảy ra các qu á trìn h tương tá c củ a n gu yên tử h ay p h ân tử c h ấ t n g h iên cứu với nguồn bứ c x ạ đ iện từ , là cơ sở cho cá c phương p h áp p h ân tích qu an g phổ k h á c n h au . 2.1. P h ổ ỵ T ia 7 có n ăn g lượng r ấ t lớn, n ă n g lư ợng n ày có th ể làm p h ân h ủ y n gu yên tử h ay p h ân tử , tứ c p h á h ủ y các m ối liên k ế t h ìn h th à n h n gu yên tử h ay p h â n tử (T heo h ệ th ứ c P la n ck , X cà n g nhỏ th ì E cà n g lớn (Ey = 107eV )). 2.2. P hư ơ n g p h á p đo p h ổ tia R ơ n g h e n (tia X ) P h ụ th u ộ c vào cách đo tín h c h ấ t n ào củ a tia X sẽ có các phương pháp p h ần tích phổ tia X tư ơng ứng. Cụ th ể là: Nếu đo sự hấp th ụ tia X, ta có phép đo phổ hấp th ụ tia X (X — A bsorption Sp ectroscop y = X — R ay A S). N ếu đo tín h c h ấ t n h iễu xạ tia X , ta có phép đo phổ n h iễu xạ tia X (X - R a y — D iffractio n Spectroscop y = X — R a y — D S). N ếu ta đo tín h ch ấ t p h á t h u ỳ nh qu an g củ a tia X , ta có phép đo phổ huỳnh qu an g tia 5 3 X (X - R a y — Flu orescen ce Spectroscopy = X - R ay - F S ). Các phư ơng p h áp đo phổ tia X là các phương pháp có hiệu qu ả cao a e xác định h àm lượng và cấu trú c p hân tử. 2.3. P h ổ hấp thụ electron vùng p h ổ UV-VIS 2.3.1. Phép đo phổ phân tử P h ép đo q u an g vùng U V -V IS (U ltra V io le t V isib le ) có th ể p h ân ra 2 nhóm lốn. N hóm 1 là cá c phương p h áp đo qu an g p h ân tử vù n g U V —V IS . N hóm này dựa trê n sự h ấp th ụ chọn lọc bứ c x ạ đ iện từ vùng U V -V IS bở các p h ân tử h ay ion ch ấ t n g h iê n cứ u. N hóm 1 gồm cá c phư ơn g p h á p p h â n tích sau : —P hổ hấp thụ electron vùng u v -V IS : P hép p h ân tích này được giới h ạ n ở vùng bước sóng X 2 0 0 - 80 0 n m . P h ầ n lớn các hợp c h ấ t “có m àu ” m à m ãt ta qu an s á t được đều nằm trong vù ng phổ n ày. —Phép đo pno huỳnh quang và lân quang phân tử: C ác phương pháp đo phổ huỳnh qu an g và lân qu an g p h ân tử m ặc dù không được phổ biến như phép đo phổ hấp th ụ e le ctro n vùng U V —V IS , song có những ưu điểm đáng kể n h ư： độ nhạy, độ chọn lọc cao, k h o ả n g nồng độ tu yến tín h k há rộng, cho phép x á c định h àm lượng v ết k h á nhạy, chọn lọc và ch ín h xác. - Phương pháp đo độ đục hấp thụ và đo độ đục khuech tán: Cơ sở củ a các phương pháp đo độ đục hấp th ụ và đo độ đục k h u ếch tá n dựa trên hiện tượng hấp th ụ hay tá n xạ á n h sáng bởi các p h ần tử rắ n (hay keo) tro n g dung dịch h u y ền phù. P hư ơng pháp khu ếch đục dựa trên sự k h u ếch tá n (tá n xạ) bởi các p h ân tử rắn (hay keo) tro n g dung dịch d ạn g h u y ền phù. R e la y đã đưa ra phương trìn h biểu diễn cường độ dòng sáng k h u ếch tá n I r: 5 4 ^ % ( l - c 〇s 2 P) (2.4) tro n g đó: nb n là ch iế t s u ấ t củ a p h ần tử k eo và m ôi trư ờng; N là tổ n g sô" cá c p h ân tử keo; V là th ể tích củ a p h ần tử keo h ìn h cầ u ; X là bước sóng củ a á n h sá n g tối; r là k h o ả n g cá ch từ dung dịch đến người q u a n sá t; p là góc tạo bởi giữa tia tới và tia k h u ế ch tá n . T h ư ờ n g th ì tro n g cá c điều k iện th í n g h iệm , cá c đ ại lượng nỉy n, r, p tro n g phư ơng trìn h (2.4) k h ô n g đổi, do đó: N V 2 V(2.5) T ro n g đó K là h ệ sô" tỉ lệ. T ừ (2 .5 ) Ir tỉ lệ th u ậ n với N, tứ c tỉ lệ th u ậ n với nồng độ dung dịch h u y ề n phù. M ặ t k h ác, vì I r tỉ lệ th u ậ n vói — n ên I r tă n g Ả n h a n h k h i giảm bước sóng X củ a á n h s á n g tới (dòng k h u ếch tá n có bước só n g n gắn ). Do 1,. phụ th u ộ c vào k h á n h ieu yếu tô" n h ư nồng độ dung dịch h u y ền phù, th ể tích h ạ t keo, bước sóng, c h ie t s u ấ t h ạ t keo, m ôi trư ờ n g, góc q u a n s á t P，n ên ta k hó tạ o r a được các đ iều k iện như n h a u tro n g cá c th í n ghiệm để đo g iá tr ị I r được ổn định tứ c phương p h áp có độ lặp lại không cao. P hư ơ ng pháp đo độ đục k h u ếch tá n ch i d ù ng khi ion n g h iên cứu tạo đươc dung dịch h u yền p h ù bền và chỉ dùng khi ion n ày k h ô n g xác định được b ằn g cá c phư ơng p h áp k hác. P h ư ơ n g pháp đo độ đục hấp th ụ dựa trê n sự hấp th ụ án h sá n g bởi cá c h ạ t rắ n (h ạ t keo) tro n g d u ng dịch h u y ền phù. 5 5 Phương trìn h hấp th ụ án h sán g trong trường hợp này có dạng: c/d(2.6) A 斗 K .d 4 + a 入4 T ro n g đó: I r là cường độ dòng sá n g rọi vào du ng dịch keo; I t là cường độ án h sá n g đã đi qu a dung dịch keo; c là nong độ dung dịch keo; ỉ là b ề dày lớp du ng d ịch h ấp th ụ ; d là đường k ín h tru n g b ìn h cá c h ạ t keo; K , a là n h ứ n g h ằ n g so phụ th u ộ c vào b ả n c h a t h ạ t keo và phương phap ao; X là bước sóng củ a á n h sá n g tơi. T ro n g điều k iệ n th í n g h iệm , X, K, a , d k h ô n g đổi, ta có: A=+ KZc (2.7) Phương trìn h (2.7) có dạng phương trìn h bieu diễn định lu ật hấp thụ án h sáng bơi dung dịch đồng nhất B ou gu er-Ju am bert-B eer: A=lgH c (2.8) trong đó: 8 là hệ so hap thụ mol phân tử. Còn 8 tro n g (2 .8 ) là h ệ s ố h ấp đục mol p h ân tử. T ro n g cả 2 p hư ơng p h áp h a p đục v à k h u ế c h đục, m uon th u được k e t q u ả đ ú ng, có độ lặp lạ i tô t th ì c a n ch u y cá c yếu tô" ả n h h ư ở n g đ ến k íc h th ư ớ c v à tín h c h ấ t q u a n g h ọc c ủ a c á c h ạ t k eo n h ư ： + N ồng độ củ a ion và th u ố c th ư . + T ỉ so nồng độ của các dung dịch khi trộn VƠI nhau. 5 6 + T h ứ tự v à tổc độ k h u ấy trộ n d u n g d ịch. + T h ò i g ia n th u được độ đục cực đ ại. + Độ ổn đ ịn h củ a h u yền phù. + Sự có mặt các chất điện giải lạ. + N h iệ t độ. + Sự có mặt các chất bảo vệ keo (như gelatin, gốm arabic, rượu poliphenol, ho tmh b ộ t...). Đ ể th u được k ế t quả đú ng và có độ lặp tố t cần giữ ngu yên cá c yếu tố n à y v à tiêu ch u ẩ n h oá tố t cá c đ iều k iện tạo h u y ền phù. Đó là n h ữ n g khó k h ă n th ự c sự để ổn định huyền phù. Do v ậy 2 phương p h áp n ày có độ đúng, độ c h ín h xác, độ lặp k h ô n g cao. C h ỉ d ù ng 2 phương pháp n à y k h i k h ô n g có các phương pháp k h á c để x á c đ ịn h các ion. N h ó m 2 là n h ó m đ o q u a n g đ ặ c b iê t . N hóm này gồm: —Phương pháp động học đo quang + P h ư ơ n g p h áp trắ c q u an g — động học xúc tác: T ro n g phư ơng p h áp n ày , việc xác đ ịn h tốc độ p h ả n ứ ng được tie n n àn h th eo phư ơng p h áp tg a . Độ h ấp th ụ củ a cá c dung dịch được xác đ ịnh q u a ch iề u cao pic q u ét 3 0 0 n m /p h ú t v à độ dôc củ a đưòng A ニ f(t) được ghi tự động th eo c h ế độ g h i “K in etic m ode”. C ác phép đo được th ự c h iện trê n m áy tr ắ c q u an g , n h iệ t độ được giữ ổn đ ịn h b ằ n g m áy điều n h iệt. + P h ư ơ n g p h áp p hân tích động học xú c tá c sử dụng k ĩ th u ậ t F IA : H ệ F IA được th iế t k ế gồm 2 k ê n h , tốc độ bơm các c h ấ t p h ản ứ ng, ch ieu d a i vòng p hản ứ ng và cá c th ô n g so hệ đo là các yeu tô' h en q u a n a e n độ cao, tín h ổn đ ịnh c ủ a pic th u được. M au được đưa vào dòng c h a t m ang qu a v an bơm m ẫu , s a n phẩm p h ản ứng được ch u y ển đ ến cu v et dòng ch ảy , tín h iệ u được n h ận ra và đo tạ i d etecto r. 5 7 Đo ch ấ t cần xác định đóng vai trò xúc tác cho phản ứng nên phương pháp động học đo qu an g cho phép xác định hàm lượng v ết cõ l 〇-7- 10-8 M. + Phương pháp xúc tá c hoá p h át qu ang: cho phép xác định được lượng nhỏ các nguyên tô", các hợp c h ấ t vô cơ và hữu cơ dựa trê n các hướng sau [32]: Đ ịn h lượng nhữ ng ch ấ t m à c h ấ t đó là xúc tá c của hệ p hản ứ ng hoá p h át quang, (như Cu, Co, P d ...). Đ ịn h lượng nhữ ng ch ấ t n ằm dưới d ạng hợp ch ấ t kích h o ạt có tá c dụng xúc tá c cho hệ các p hản ứng p h át quang (như h em oglobin, phức củ a sắ t, m a n g an với triety len am in , m uôi sip h ơ ...). Đ ịn h lượng trự c tiep được nhữ ng cấu tử th am gia vào p hản ứng hoá p h át qu an g như các c h ấ t oxi hoá (H 200, HXO). Đ ịn h lượng nhữ ng ch ấ t dựa theo h iệu ứng tắ t bức xạ (như zirico n i, van ađ i, th ori, x e ri...). Độ n h ạy củ a phép p hân tích có th ể đ ạ t tó i 10_7 — 10一11 gam ch ấ t cầ n xác định trong 1 mol dung dịch. Phương pháp được tiế n h àn g k h á đơn giản. — Phương pháp chuản độ trắc quang [4; 7 ; 32] Phư ơng pháp ch u ẩn độ tra c qu an g là m ột dạng k h ác cu a phương pháp ch u ẩn độ th ể tích . T ro n g phương pháp nàv, tín h iệu cầ n đo là m ật độ qu ang; sự phụ thuộc m ậ t độ qu ang vào th ể tích củ a dung dịch tiêu ch u ẩ n : A = f(C TC). Phức m àu phai ben và tạo ra n h an h , cụnh lượng ứng dung hệ sô tỉ lượng củ a p hản ứng tạo hợp c h ấ t m àu. Phư ơng pháp ch u an độ trắ c qu an g được sử dụng trong các trư ờng hợp sau: + S ả n phẩm p hản ứng ch u ẩ n độ có m àu. 5 8 + Màu của chỉ thị không biên đồi đột ngột mà thay đối chậm. + C h u ẩn độ d u ng dịch có m àu. + C h u ẩn độ c h ấ t hấp th ụ án h s á n g th u ộc m iền tử ngoại, k h á kiôn h ay h ồn g ngoại gần. + C h u ẩn độ d u ng dịch r ấ t loãng. L^uíơng pháp ch u ẩ n độ trá c qu an g có ưu điểm là có thố lien h àn h tự dộng, có th ê dùng chi th ị có m àu h ay khôn g m àu. H ình 2.1 vẽ c á c d ạng k h á c n h au củ a ])hóp ch u ấn độ trắ c qu an g. P h ản ứng ch u ẩ n độ trắ c quang: X + R 4 z (C hat cần (Thuốc thử) (Sán phâm Ị)hán ứng) xác đ ịn h ) Hình 2.1. Các dạng đường cong chuấn độ trắc quang (a) X, R không hấp thụ, z hấp thụ ánh sáng. (b) X hấp thụ, R và z không hấp thụ ánh sáng. 5 9 (c) X, z không hấp thụ, R hấp thụ ánh sáng. (d) z không hấp thụ, X, R hấp thụ ánh sáng. («! = a2 ： > a2 ： OLy < 〇 i2). (e) X, R, z đều hấp thụ ánh sáng. (1) X hấp thụ ánh sáng yếu hơn z. (2 ) X , z hấp thụ ánh sáng như nhau, R hấp thụ mạnh hơn hoặc yếu hơn. (3 ) X hấp thụ mạnh hơn z . (f) z, R hấp thụ, X không hấp thụ. (1 ) z hấp thụ mạnh hơn R. (2 ) R hấp thụ mạnh hơn z . (g) X, z hấp thụ, R không hấp thụ. (1 ) z hấp thụ mạnh hơn X. (2) X hấp thụ mạnh hơn z. Do cá c m áy trắ c qu an g, phổ tr ắ c q u an g được tra n g bị k h á phổ b iế n cho cá c phòng th í n g h iệm , n ên phư ơng p h áp ch u ẩ n độ tr ắ c q u an g được dùng k h á tiệ n lợi (dùng cù n g m áy đo qu ang). Phư ơng pháp ch u ẩ n độ tr ắ c qu an g còn m ở rộ n g vù ng bước són g rộng hơn so vói ch u ẩ n độ b ằ n g m ắt (chỉ giói h ạ n A入= 4 0 0 8 0 0 n m ). T ă n g độ tin eậy củ a phép đo, tr á n h được s a i sô" ch ủ q u an củ a người p h ân tích v.v... 2.3.2. Phép đo phổ nguyên tử T ro n g vù ng phổ U V -V IS ta có th ể tiế n h à n h 3 phương pháp p h ân tíc h ngu yên tử: - P h ep đo phổ p n a t xạ ngu yên tư (A E S ニ A tom ic E m issio n Sp ectro sco p y) (vùng bước sóng A入ニ 4 0 0 + 8 0 0 n m ); —P h ép đo pho h ap th ụ n gu yên tử (A A S ニ A tom ic A b so rp tion Sp ectro sco p y ) (vùng bước sóng A人= 2 0 0 + 3 0 0 n m ); 6 0 T ro n g vù ng A入ニ 3 0 0 + 4 0 0 n m có th ể d ù ng cả 2 phương pháp A E S và A A S. — P h ép đo p h ổ h u ỳ n h q u an g n gu yên tử (A F S = A tom ic F lu o re sce n ce Sp ectro sco p y ). B a phương p h áp A E S , A A S, A F S có th e a ù n g ngọn lử a h ay tra n g b ị ca 2 ca cn n gu yên tử h oá m au: + N g u y ên tử h oá m ẫu dùng ngọn lử a (dù ng các ngọn lử a N 20 - C 2H 2; K h ô n g k h í - C2H 2; K h ôn g k h í - H 2; A gon - H 2); 4- N gu yên tủ h oá dù ng lò g ra fit. M áy được tr a n g b ị độ đo cho th ủ y n g ân , tr s n g bị bộ đo ae p h â n tíc h cá c n g u y ên tô" tạo hợp c h ấ t M eH 3 (n h ư A s, S b , S e, S n , B i, Hg). T ừ viẹc đư a m áu p h ân tích , ch ọn các đ ieu k iẹ n tôi ưu củ a phép đo, đ ặt cá c ch e độ đo, a ie u ch ỉn h n h iẹ t đọ lò, ch ieu cao ngọn lử a, là m s ạ ch a iẹ n cực, a ie u ch ỉn h tốc độ tru y e n k h í oxi h oá và k h í n h ie n liệu đéu được chư ơng trìn h hoá, tự động hoá q u a m áy vi tín h . H iện đ ã có phổ k ế A A S — 6 8 0 0 . 2.4. Phổ hổng ngoại P h ổ h ồn g n go ại n ằ m tro n g k h o ả n g bước sóng X từ 50|im đến lm m , sô" són g từ 2 0 0 đến 10_1cm . Pho h ồn g n goại x é t đến dao động qu ay cu a n g u y ên tư, p h ân tử, dao động củ a p h an tử. T ro n g cơ sở lí th u y ế t củ a phương pháp, đoi với pho qu ay cu a p h ân tử , ngươi ta th ư ờ n g x é t th eo mô h ìn h qu ay tử cứ ng (R o ta to : vữ ng ch ắ c) (th u y ế t Cơ học cổ đ iển ), th u y ế t Cơ học Lư ợng tử áp d ụ ng cho qu ay tử cứ ng và th u y e t Cơ học Lương tư áp d ụ n g cho p h â n tử th ự c (k h ôn g p h ải là q u ay tử cứng). Đ ối với phổ dao động củ a p h â n tử, đầu tiê n ngươi ta x é t dao động củ a p h ân tử th eo mô h ìn h dao động tử đ ieu hoà, sa u đó x é t dao động p h ân tử th eo Cơ học L ư ợn g tư ap dụng cho dao động aieu hoà, 61 cuôl cù ng áp dụ ng Cơ học Lượng tử cho dao động củ a p hân tử thự c (kh ôn g p h ải là dao động điểu hoà). T ro n g các mô h ìn h củ a Cơ học cổ điển, người ta thường giả th iế t k h o ản g cách giữa các ngu yên tủ là cố định khi th ự c hiện dao động qu ay và dao động củ a p h ân tử. T ro n g các mô h ìn h củ a Cơ học Lượng tử, người ta có tín h đến sự th a y đổi k h o ản g cách giư a các nguyên tử khi qu ay và dao động củ a p h ân tử, tín h đến n ăn g lượng phân li củ a p h ân tử. C hỉ trên cơ sở có tín h đến các yếu tô^ này thì phương trìn h n ăng lượng dao động — qu ay củ a p h ân tử mới phù hợp với bức tra n h quay và dao động củ a p h ân tử thực. P h ổ h ồng ngoại là m ột công cụ có hiệu quả cao đế ngh iên cứu cấủ trú c củ a p h ân tử, n h ậ n b iế t ch ất, xác định định tín h và định lượng các ch ấ t, xác đ ịnh hỗn hợp các ch ất. Chi tiế t củ a loại phổ này sẽ được x é t k ĩ tro n g chư ơng phổ hồng ngoại (C hương 5). 2.5. p/7ố/?amar? Trong h iện tượng tán xạ, ngoài tán xạ Rayleigh còn có loại tán xạ làm cho tần so an h sán g bị th ay đổi m ột cách xác định. T á n xạ này có cường độ yếu hơn cường độ củ a tán xạ Rayleigh nhieu. S e m e k a l tiên đoán lí th u y ết vào năm 1923, M an d elstam và R am an đồng thòi qu an s á t được loại phổ này vào năm 1928. H iện tượng n ày gọi là hiện tượng tán xạ tô hợp hay khuecn tán tô hợp phô Raman. Do p h á t m inh này mà nhà bác học An Độ R a m a n đã được n h ậ n g iải thư ởng k hoa học Nôben. N guồn bức xạ điện từ tro n g phương pháp n ày là nguồn laser đơn sắc và có cường độ m ạnh. N guyên tắ c lựa chọn phổ hồng ngoại và phô R am an là k h ác nhau . C hỉ có p hân tử có đôì xứ ng th ấp , có khả n ăng th ay đểi được m om en lường cực ịi khi ch iếu nguồn bức xạ điện từ (laser) 6 2 qu a th ì mới x u ấ t h iện trong phó hồng n goại. T ro n g k h i đó, chỉ có phân tử nào có tín h đôi xứ ng cao, có k h ả n ăn g th ay đổi độ p h ân cực a k h i ch iế u nguồn bứ c xạ điện từ (la se r) qua th ì m ói x u ấ t h iện tro n g phổ R am an . Do vậv, h ai phương pháp phổ này bổ su n g cho n h au r ấ t tố t. Có được th ôn g tin củ a h ai loại phổ IR và phổ R a m a n , ta có cơ sở để x é t cấu tạo p h ân tử hiệu q u ả hơn. C hi tiế t phổ R a m a n x ét ở chư ơng 6. 2.6. PhổIR vùng vi sóng Đ ể th u được phổ quay củ a p h ân tử, người ta thường dùng bức xạ hồng n go ại x ạ hoặc bức xạ vùng vi sóng. Đo đạc và độ p h â n g iai tro n g vù n g vi sóng r ấ t th u ậ n lợi và ch ín h xác hơn n h iều so với vù n g hồng ngoại (V í dụ, độ ch ín h xác vùng hồng n goại 0 ,lc m _1 cò n v ù n g vi són g lO ^cm -1). Do vậy, người ta n g h iên cứu sự qư av củ a p h ân tử nhò phổ vi sóng. N gày n ay người ta dùng phép đo phổ hồng ngoại và phổ R a m a n có b iến đổi F o u rie r (F T /IR và F T /R a m a n ) cho h iệu q u ả cao tro n g xác đ ịn h h àm lượng và cấu trú c. 2 .7 . P h ố C Ị Ỉ n g /7UỞr7Qf í ử h ạ í /7/7ár? (7V/WRJ Phương p h áp N M R (N u clear M ag n etic R eso n an ce) sử dụng tín h ch ấ t từ củ a h ạ t n h ân tro n g từ trư ờng ngoài. Đ ây là m ột phương pháp v ậ t lí có hiệu qu ả cao tro n g việc xác định h àm lượng và cấu trú c cá c hợp ch ấ t, đặc b iệt là cá c hợp c h ấ t hữu cơ. N gày nay, tro n g phương pháp đo phổ N M R , người ta sử dụng cáo kĩ th u ậ t h iện đậi như ki th u ậ t biến đổi F o u rie r (P T /N M R ), ki th u ậ t xung, kĩ th u ậ t N M R 1 ch iểu , 2 chiều, 3 chiều , 4 chiều (1D - N M R , 2D - N M R , 3D - N M R 4D - N M R), k i th u ậ t khử tương tác sp in — spin cho phép xác định cấ u trú c p h ân tử, n h ận b iế t ch ấ t, xác định hàm lượng đ ạ t hiệu qu ả rấ t cao. 6 3 T ro n g phư ơng pháp đo phổ N M R , người ta thư ờng dù ng cá c h ạ t n h â n có từ tín h sau : 'H ( 'H - N M R ) ;13c (13C - N M R ) ;19F (19F - N M R );13P (13P - N M R ) ;14N (14N - N M R ) ;1ÕN (1ÕN -N M R ); n B (UB - N M R ); v.v... T ro n g đó 2 phương pháp ^ - N M R và 13C—N M R , thư ờng được sử dụng nhiều n h ấ t. C hi tiế t phổ N M R xem ở chư ơng 9. 2.8. Phổ cộng hưởng thuần từ (spin) electron P hư ơ ng p h áp cộng hưởng spin electro n có 3 tên gọi k h á c n hau : 1 . E le c tro n P a ra m a g n e tic R eso n a n ce (E P R ). 2. E le c tro n sp in R eso n an ce (E S R ). 3. E le c tro n M ag n etic R eso n a n ce (E M R ). C ộng hưởng spin electro n cũ ng là m ột n h á n h củ a phổ hấp th ụ tro n g đó bứ c x ạ k ích th ích có tầ n sô" n ằm tro n g vùng vi sóng được cá c c h ấ t th u ậ n từ hấp th ụ d ẫn đến các bước ch u yển giữ a các m ức n ă n g lượng từ củ a e le ctro n có spin không cặp đôi. Sự p h ân tá ch cá c mức n ăng lượng từ được th ự c h iện nhờ sử dụng m ột từ trư ờ n g tĩn h . H iện tư ợng cộng hưởng spin electron xảy ra từ các n g u y ê n tử có sô" lẻ e lectro n h ay các ion có vỏ e lectro n b ên tro n g được lấp đầy m ột p h ần, h oặc các p h ân tử có m om en electro n . P h ổ E S P được sử dụng để n gh iên cứu các gô"c tự do có e lectro n k h ô n g cặp đôi được h ìn h th à n h do sự đồng li tro n g p h â n tử [14]. P hư ơng p h áp phổ E S R được Z avosky (1 9 4 4 ) p h á t m inh. Đ ầu tiê n được sử dụng để ngh iên cứu trạ n g th á i rắ n , sau đó, dựa vào th u y ế t o b ita n p h ân tử đã ch u y ển san g ứng dụng n gh iên cứu tro n g H oá học. C hi tiế t về phương pháp đo phổ E S R xem ở chương 10. 6 4 2.9. P/7ỐW?CỈÍ íơọng f/WSj P h ổ k h ố i lư ợng M S (M ass S p ectro sco p y ), cù n g với cá c lo ại phố U V —V IS , N M R , IR,. R a m a n được sử d ụ ng có h iệu qu ả cao trong v iệc x á c đ ịn h cấ u trú c p h ân tử , n h ậ n b iế t ch ấ t, xác định h àm lư ợng cá c ch ấ t. T ro n g phư ơng p h áp này, dùng ch ù m bứ c x ạ đ iện từ có n ăn g lượng lớn (V í dụ: C h ù m electro n có n ă n g lượng cõ 70eV ) b ắ n p h á p hân tử c h ấ t n g h iên cứu. T ro n g quá trìn h v a ch ạm giữ a chùm ele e tro n có n ă n g lư ợng cao vối p h ân tử c h ấ t n g h iê n cứu, cá c liên k ế t hoá h ọc tạ o ra p h â n tử bị phá võ, từ p h â n tử c h ấ t n g h iên cứu tạo r a cá c m ả n h võ (fra cm en t), qu á tr ìn h n ày gọi là qu á trìn h p h a n m ản h . T ừ p h ân tử c h ấ t n g h iê n cứu tro n g qu á trìn h b ắ n p h á tạ o r a cá c lo ại m ản h sau : ion p h â n tử , ion đồng vị, ion m ảnh vỡ, ion m e ta s ta b in . Q u á tr ìn h ion h oá được thự c h iện th eo m ột sô" phương pháp k h ác n h a u n h ư [14]: —P h ư ơ n g p h áp va ch ạm electro n . 一 P h ư ơ n g p h áp ion h oá học. - P h ư ơ n g p h áp ion h oá trường. - P h ư ơ n g p h áp ion h oá proton. - P h ư ơ n g p h áp b ắ n p h á ion. P h ổ k ê M S th ư ờ n g có 5 bộ p h ận ch ín h sau : - H oá k h i m au . - Io n hoá. - P h â n tá c h cá c ion. - T h u gom cá c ion th eo s a k h o i. 一 X ử lí sô liệu . C hi n e t phư ơng p h áp pho M S xem ở chư ơng 11. 6 5 5. Các pp 2.10. Phương pháp kích hoạt phóng xạ (RAM) Phư ơng pháp k ích h o ạ t phóng xạ RAM (R adio A ctiv ation M eth o d ) dựa trê n việc dùng cá c tín h ch ấ t h ạ t n h â n củ a m ột sô" n gu yên tô" phóng xạ các tia a h ay p. Có 2 phương pháp kích h o ạ t phóng xạ: phương pháp k ích h o ạ t phóng xạ trự c tiếp và phương p h áp k ích h o ạ t phóng xạ g ián tiếp. C h i tiế t phương pháp này xem chương 14. 2.11. Các phép đo phổ dùng biến đổi Fourier K ĩ th u ậ t b iến đổi F o u rie r (F o u rie r T ra n sfo rm a tio n = F T ) được sử dụng tro n g các phép đo phổ sau: - F T /IR /S —F T /R a m a n /S - F T / M S - F T /N M R T ừ h àm k h o ản g cách (d) h ay th ời g ian (t), qu a k ĩ th u ậ t b iế n đổi F o u rie r (F T ) được ch u y ển th à n h h àm theo V, X hay V. f(d), f(t) -> f( V, X, v) P h ép b iến đổi F o u rie r cho phép tă n g tín h iệu đo (S), g iảm ~ s tín h iêu n h iễu (N ), (— ) tăn g , cho phép tăn g đô n hay, đô p h ân N g iải, h iệu qu ả cao tro n g p h ân tích đ ịnh tín h , định lượng, x á c đ ịn h cấ u trú c. Đ ể đ ạ t được các ưu điểm trê n , người ta dùng giao thoa k ế M ich elso n (ví dụ tro n g phép đo phổ IR ) và dùng k ĩ th u ậ t b iến đổi F o u rie r. 6 6 3. Các phương pháp tổ hợp giữa phân chia và xác định chất T ro n g th ự c tế , đa sô" các m ẫu p h ân tíc h có th à n h p h an phức tạp. N gười ta th ư ờ n g tá ch trư ớc c h a t p h ân tích (dù ng cá c phương pháp p h â n c h ia k h ác n h au , ví dụ n h ư ch iet, sắ c k í tra o đổi ion, sắc k í k h í, sắ c k í lỏng, v .v ...), sa u đó xác đ ịnh h àm lượng, cấu trú c c h ấ t được tá ch ra. N h ư v ậ y , có sự k ế t hợp h ữ u cơ g iữ a cá c p h ư ơn g p h áp tá c h , p h â n c h ia , là m g ià u v à p h ư ơ n g p h á p x á c đ ịn h h à m lư ợ n g c ấ u tr ú c . Có m ột sô" phư ơng pháp tổ hợp sau : - S ắ c k í k h í - F T /IR (G c - F T /IR ) 一 S ắ c k í k h í - F T /M S (G c - F T /M S ) T ư ơ ng tự có sự k ế t hợp giữ a sắ c k í lỏ n g v à các phương pháp phổ k h á c: - L c - F T /IR - L c - F T /M S N goài ra , còn có n h ieu phương p h áp tổ hợp giữ a c h ié t v à các phư ơng pháp x á c đ ịn h c h a t tro n g dịch ch ie t, V I a ụ n h ư： c h ie t — tr ắ c qu an g ; c h ié t - h u ỳ n h qu an g; c h ie t - cực phổ; ch iế t - hấp th ụ n gu yên tư ； c h iẻ t — p h át x ạ n gu yên tử ; c h ie t — h u ỳ nh q u an g n gu yên tử; c h ie t — ch u an độ tr a c q u an g ; ch ie t — đo h o ạ t độ p hóng xạ, v .v ... 6 7 Chương 3 PHÂN TÍCH LÍ HÒÁ G iáo trìn h P h â n tích lí - hoá [4; 5 ; 1 0 ] được b iên soạn để g iản g dạy cho hệ Cử n h ân , C ao học và dù ng làm tà i liệu th am k h ẫỏ cho N g h iên cứu sin h , cá n bộ g iản g dạy m ôn học n ày. T ron g chưồng này chỉ đưa ra ngắn gọn các phương pháp lí - hoá qu an trọng, các định lu ậ t cơ sở, cẩc phương pháp lí — hoá n â n g cao để đ ảm bảo tín h h iện đại và cập n h ậ t củ a giáo trìn h . 1 .Các phương pháp phân tích công cụ và tín hiệu phân tích C ác phư ơng pháp p h ân tích công cụ có n h ữ n g ưu điểm cơ b ả n sau : - T h ờ i g ian p h ân tích n h a n h ; —Có độ n h ạy cao (tứ c có giới h ạ n p h á t h iệ n th ấp ); - Có độ chọn lọc cao; 一 Có độ lặp lạ i tôt;. - Có độ đú ng tôt; —Có độ ch ín h x ác và độ tin cậy cao. Do vậy, n gày nay các phướng phấp p h ản tích công cụ (gồm các phương pháp p h ân tích lí - hoá và p h ân tích v ậ t lí) được sử dụ ng k h á rộ n g r ã i tro n g H oá học h iện đ ại để n h ậ n b iế t c h ấ t ^ â c đ ịnh h àm lượng (đặc b iệ t vi lượng, hàrri lư ợng vết) v à x á c định cau trú c p h ân tử. by C ác phương p h áp p h ân tích công cụ dựa trên các tín h iệu p h ân tíc h r ấ t đa d ạn g và p h ong p h ú s a u [6; 26]: —T ín h iệu p h á t x ạ (dù ng tro n g phổ A E S , phổ M F S , A F S ). — T ín h iệu về h ấp phụ (phổ U V —V IS , phổ IR , phổ R a m a n , phổ N M R , E S P , X A /S, v .v ...). — T ín h iệu tá n xạ (phương pháp đo độ đục hấp thụ , k h u ếch tá n , p h ể R a m a n ). - T ín hiệu khúc xạ (phương pháp đo hệ sô"khúc xạ, giao thoa). - T ín h iệu n h iễu x ạ (n h iễu xạ tia X (X -D /S ), n h iễ u xạ e le ctro n E D /S ). - T ín h iệu về điện th ế, đ iện tích , dòng điện, đ iện trở (phương pháp đo đ iện th ế, đo cu long, cực phổ, am pe, đo độ dẫn điện, v .v ...). —T ín h iệ u về tỉ lệ k h ố i lượng /đ iện tích (số khối) (M S). — T ín h iệ u về v ận tốc p h ả n ứ ng, n h iệ t, phóng xạ (phư ơng p h áp động học, đo độ d ẫn n h iệ t, e n ta n p y , h o ạ t h oá và p h a lo ãn g đồng vị, v .v ...). 2. Phân tích đo quang phân tử 2.1. Định luật hấp thụ ánh sáng búc xạ điện từ Sotygt/er- Lambert — Seer (T ron g m ột số tà i liệu , có k h i ch ỉ gọi tắ t định lu ậ t B e e r) Đ ịn h lu ậ t n ày x u ấ t p h á t từ 3 g iả th iế t sau : —B ứ c x ạ đ iện từ (nguồn ch iếu ) đơn sắc; - H ệ sô" k h ú c x ạ cu a m oi trư ờn g k h ô n g đoi; - K h ô n g có cá c q u á trìn h phụ xảy ra tro n g dung dịch. K h á c với m ột so giao trìn h trin h bày chứ ng m inh riê n g rẽ đ ịn h lu ậ t B o u g u er — L a m b e rt (A ニ f(l))， định lu ậ t B e e r (A = f(c))， tro n g giáo trìn h n ày, trìn h b ày cá ch ch ứ ng m in h tổ n g q u á t đ ịn h 7 0 lu ậ t cơ b ản củ a sự hấp th ụ bức xạ điện từ: đ ịnh lu ậ t B o u g u er — L a m b e rt - B e e r. dS (chứa dn phân tử) H i/ 7/7 3 •ブ. S ự y ế u đ i c ư ở n g đ ộ b ứ c x ạ I 〇 b ở i d u n g d ịc h c h ấ t hâ’p th ụ c ó n ổ n g đ ộ c m o l// v à b ể d à y / c m ; I < I 0 K h i bức x ạ điện từ đơn sắc đi qu a dung dịch ch ứ a c h ấ t hấp th ụ th ì dòng bứ c xạ bị yếu đi càn g n h iều n ếu các p h ân tử củ a c h ấ t h ap th ụ n ă n g lượng càn g m ạnh . Sự giam a i cường độ phụ th u ộc vào nồng độ c h â t hap th ụ và độ dai đoạn đường m à chùm án h sá n g da đi qua. S ự phụ thuộc n ày được bieu dien b an g định lu ậ t B o u g u er — L a m b e rt — B e e r. I〇 là cường độ chùm bức xạ đơn sắc ch ieu đến p h an dung dịch ch ứ a c m ol ch a t h ấp th ụ tro n g 1 lít. I là ch ù m bưc x ạ đơn sắ c sa u k h i đi qu a l (cm ) củ a dung dịch (h ìn h 3 .1 ). Do có sự h ấp th ụ m à I < I〇. Đ ịn h lu ậ t B o u g u er - L a m b e rt - B e e r liên hệ h a i a ạ ilư ợ n g n hư sau : A = lg Ìì- = eZC (3.1) I T ro n g phương trìn h này, 8 là m ột h ằ n g sô" và được gọi là hệ số hấp th ụ m ol p h ân tử (l (cm ) và c (mol/Z). 71 L o g a rit th ập p hân tỉ sô" cường độ ch ù m bức xạ điện từ đến (I〇) v à cường độ chù m bức xạ đ iện từ r a khỏi dung dịch (I) được gọi là mật độ quang (A) đặc trưng cho sự hấp thụ bức xạ điện từ của dung dịch chất hấp thụ bức xạ điện từ. H iển n h iên rằn g m ậ t độ q u an g tă n g tỉ lệ th u ậ n với nồng độ c h ấ t hấp th ụ (C) và b ề dày củ a lớp dung dịch (l) m à chùm bức xạ đi qua. Đ ịn h lu ậ t B o u g u e r - L a m b e r t - B e e r được th iế t lập n hư sa u [33]: X é t m ột c h ấ t hấp th ụ (th ể rắ n , lỏn g h a y k h í) (h ìn h 3.1). B ứ c xạ điện từ đơn sắ c song song có cường độ I〇 hướng vuông góc với b ề m ặ t ch ấ t, sa u k h i đi qu a m ột lớp c h ấ t có b ề dày l (cm) th ì cường độ bức x ạ điện từ giảm đến g iá tr ị I, do có sự hấp thụ . B â y giờ ta h ãy h ìn h dung m ột lớp c h ấ t có tiế t diện s có bề dày m ột lớp vô cù ng m ỏng dx. G iữ a lớp n ày có dn phân tử ch ấ t hấp th ụ (các ngu yên tử, p h ân tử h ay ion), có th ể h ìn h dung b ề m ặt củ a p h ân tử trê n đó có th e bị ch iem bởi photon. N ếu photon đ ạt đến m ột tro n g các bề m ặt n hư th ế th ì sự hấp th ụ sẽ lập tức xảy ra . T a k í h iệu diện tích ch u n g củ a tấ t cả cá c b ề m ặ t bị chiếm giư a m ột lớp vô cù ng nhỏ dS và tỉ sô" d iện tích bị chiêm và diện tích ch u n g d S /S. T ru n g b ìn h tỉ sô" này p h ản á n h x á c s u ấ t bị ch iếm củ a ph oton giứ a lớp. Cường độ củ a ch ù m bứ c xạ đi vào lớp (Ix) tỉ lệ th u ậ n với số photon trê n lc m 2 tro n g 1 giây , còn d lx là lượng cá c photon h ấp phụ tro n g 1 g iây ở giữ a lớp. L ú c đó p hần đã 、 dx đươc h ấp th u b ằn g - — , và tru n g b ìn h tỉ số n ày cũ n g b ằn g Ix x á c s u ấ t bị ch iếm . D ấu trừ trư ớc tỉ sô" ch ỉ r a rằ n g I bị giảm đi. N hư vậy: d lx dS Ix s(3.2) 7 2 B iế t rằ n g d S là diện tích tổ n g đã b ị ch iếm củ a cá c p h ần tử giữ a lớp. D o v ậy nó cầ n p h ải tỉ lệ th u ậ n với sô" cá c p h ần tử, n gh ĩa là: d S = a .d n (3.3) ở đây dn là sô" các p h an tử , a là h ệ sô" tỉ lệ, nó được gọi là tiế t diện b ị ch iếm . T ổ hợp cá c phư ơng tr ìn h (3 .2 ) và (3^3) và lấy tổng tro n g tích p hân từ 0 đến n, ta có: rdlx _ Wị-a.dn J Ix = J s(3.4) V à sa u k h i lấy tích p h ân ta được: a.n(3.5) C hu y ển đến lo g a rit th ập p h ân và đảo ngược p h ân sô", ta có: Ị ^ = _ 〇In _ I 2 ,3 0 3 .s(3.6) ở đây n là sô" ch u n g cá c p h ần tử tro n g lớp được ch ỉ ra trê n h ìn h 3.1. Có th ể b iểu d iễn d iện tíc h tiế t d iện th ẳ n g s q u a th ể tíc h củ a lớp V và bề dày củ a nó l. L ú c đó: s = X (crn2) (3.7) T h a y đại lượng n ày vào phương trìn h (3 .6 ) cho ta biểu thức: a ,n / lg 2 ,3 0 3 .V(3.8) C hú ý: n /v có thứ n gu yên nồng độ (có n gh ĩa là sô' p h ân tử tro n g lc m 3). Do vậy có th ể dễ d àn g ch u y ển rư v (m ol/〇. 7 3 N hư vậy: n p h ân tử 1 0 0 0 cm 3 / z 1 0 0 0 .n 1/7 —— — ----------- ---------------------------- = — —~ —— m〇[/ L 6 ,0 2 .1 0 p hân tử/m ol V cm 3 6 ,0 2 .1023v T h a y giá trị c n ày vào phương trìn h (3.8), ta có: (3.9) N ếu k í hiệu : I 0 6 ,0 2 .1 0 23aZc " I 2 ,3 0 3 .1 0 0 0 6 ,0 2 .1 0 23a 2 ,3 0 3 .1 0 0 0(3 .1 0 ) th ì có th ể đi đến phương trìn h cơ b ả n biểu diễn định lu ật hap thụ bức x ạ đ iện từ B o u g u er — L a m b e rt — B e e r như sau : A = lg- slc (3 .1 1 ) Đ ịn h lu ậ t B o u g u er — L a m b e rt — B e e r áp dụng cho các d u ng dịch ch ứ a m ột sô" các c h ấ t hấp th ụ ở điều k iện : giữa các hợp c h ấ t k h á c n h a u không có sự tư ơng tá c h oá học với nhau . Luc đó, đốì với m ột hệ ch ứ a n hiều cấu tử: A dd = A ( + + "•+ (3 .1 2 ) hay: A し = Ỉ X ， c , = ẳ A :- (3 .1 3 ) Đ ịn h lu ậ t này gọi là định lu ậ t cộng tín h . T a có th ể ch ứ n g m inh đ ịnh lu ậ t này m ột cách k h á c (xem định lu ậ t cộng tín h ). 7 4 2.2. Nhũng nguyên nhân làm sai lệch định luật Beer C ần n ói n g ay rằn g : K h i B o u g u er - L a m b e rt - B e e r th ie t lập đ ịnh lu ậ t B o u g u e r — L a m b ert: A = lg ^ = K .Z (3.14) h a i ông n h ậ n th ấ y : đ ịn h lu ậ t n à y k hôn g có n g o ại lệ, tức k h i tă n g (h a y g iảm ) b ề dày lớp h ấp phụ bao n h iê u lầ n th ì m ậ t độ qu an g A tă n g (h a y giảm ) b ấy n h iêu lầ n ; h a y đường th ẳ n g b iểu diễn sự p h ụ th u ộ c A = f(/) là m ột đường th ẳ n g . N hư v ậy , m ọi nguyên n h an gây sự sa i lệch k h ỏ i sự phụ thuộc tu yến tín h đều liên qu an đến sự tă n g h ay g iảm nồng độ c. Do vậy, người ta khôn g nói sự lệch khỏi định lu ậ t B o u g u er — L a m b e rt — B e e r, m à nói sự lệch kh ỏ i đ ịnh lu ậ t B e e r. Các nguyên nhan gây ra sự lệch khỏi định luật B eer: 2.2.1. Những dấu hiệu về sự hấp thụ bức xạ điện từ không tuân theo định luật Beer a. Dựa vào sự phụ thuộc Ả = f(C) T ạ i m ột bưóc sóng 入， sự phụ thu ộc A ニ f(c，〇 p h ải là m ột đường th ẳ n g th eo (3 .1 1 ). T hư ờng k h i n ồn g độ q u á loãn g h oặc qu á đặc th ì aư ơng A = f(C) k h á c thường, bị uô"n cong. Đó là k h o ản g n ồn g độ ch ấ t h ấp phụ bức xạ đ iện từ tu â n th eo đ ịnh lu ậ t B e e r. ò. Dựa vào pho hấp phụ P h ổ h ấp p h ụ dung dịch c h a t hấp phụ bức xạ điện từ ở các nồng độ k h á c n h a u ^cac dieu k iẹn như pH , d u ng moi, th à n h p h ần d u ng dịch, m uối như n h a u ...) có cù n g X m a x th ì các dung dịch c h ấ t h ấ p p h ụ bức xạ đ iện từ tu â n th eo đ ịn h lu ậ t B e e r. C ác dung dịch c h a t hấp th ụ bức xạ điẹn từ tro n g cá c a ie u k iẹn n ày 7 5 cho các X m ax k h á c n hau , chứ ng tỏ ch ú n g không tu â n theo định lu ậ t B eer. c. Dựa vào đường cong Ringbon [32] Đ ường cong R in gb on b iểu d iễn sự phụ th u ộc độ tru ỳ ền q u an g T th eo —lgc: ” T = f(-lg c). Đường b iểu diễn T = f(-lg c ) có d ạn g như h ìn h 3.2. H ìn h 3.2. D ạ n g đ ư ờ n g c o n g R in g b o n N ếu sự h ấp th ụ bức x ạ điện từ tu â n theo định lu ậ t B e e r th ì: A = - lg T = s/c lg T = - s /c Đặt lgc = X thì c = 10x l g T : ( s U 'O x H ay ln T = -2 ,3 0 3 sZ .1 0 x N ếu đo T tạ i m ột bước sóng Ằ. và b ằ n g m ột cu vet th ì 8, l khôn g đổi, nên: lgT = K 1 0 x 7 6 - L ấy đạo hàm th eo X có: d (ln T ) dx- = K .1 0 x. l n l 0 d (ln T ) dT dT dxK .lO M n lO dT dxT .K .1 0 x. l n l 0 - L ấy đạo hàm Dạc h a i th eo X có: dx = K .In2 1 0 .T .1 0 x (1 + K .1 0 x ) - T ìm giá tri aiem uôVi trê n đường R in g b o n , giá tr ị đó b ằn g 0 , tức là: K .ln 2 .1 0 .T .1 0 x ( l + K .1 0 x ) = 0 T ích n ày chỉ b ằ n g 0 k h i m ột tro n g cá c th ừ a sô" b ằ n g 0. + N ếu T ニ 0 ， dung dịch h ấp phụ h o àn to à n bửc xạ đ iện từ -> c = co , vô lí. + N ếu 10x = 0 -> X -> -0 0 -> c = 0 , vô lí. + N ếu 1 + K .1 0 X = 0 —> 丄 + In T = 0 —> In T = —1 4 4 T = ẹ - 1 = 」 一 = 0 , 3 6 8 h ay T = 36,8% . 2 ， 72 7 7 N hư vậy, trê n đường cong R in gb on m à tạ i điểm uốn có % T = 3 ,6 8 % th ì sự hấp th ụ bức x ạ đ iện từ củ a dung dịch tu ân , th eo đ ịn h lu ậ t B e e r. T ấ t n h iên , n ếu tạ i điểm uốn m à T % ^ 3 6 ,8 th ì sự hấp phụ bức xạ đ iện từ không tu â n th eo đ ịnh lu ậ t B eer. 2 .2 .2 . Những nguyên nhân làm sự hấp thụ bức xạ điện từ sai lệch định luật Beer a. Sai lệch do sự phân li của phức (P h ần ch ứ ng m in h công th ứ c xem [7], tra n g 9 0 ^ - 9 3 ) . P h ả n ứ ng tạo phức: X -I- R ^ X R - P h a loãng dung dịch phức m àu (nồng độ c b ằn g dung m ôi nguyên ch ấ t, sự lệch khỏi định lu ậ t B e e r (A % ) được tín h b ằn g hệ thức: A% = ^ ^ . ( V Ĩ Ĩ - 1 ) _ 1 0 0 % (3.15) ở đây K kb là h ằ n g so knông b ền củ a phức m àu ( K kb = —, p — h ằ n g sô"bền củ a phức m àu); c là nồng độ dung dịch phức m àu; n là số lầ n p h a loãng. —P h a lo ãn g dung dịch phức m àu (nồng độ c) b ằ n g dung m ôi nguyên c h ấ t có lượng th ừ a th u ốc th ử p lầ n (so với Cx) ： A%=：^ ( n - l ) x l 0 0 % (3.16) c.p với p là so lân th ừ a (so với Cx) củ a th u ốc thử. 7 8 —T ro n g trư ờ n g hợp phức k hôn g b ền th ì k h ô n g th ể dùng h a i phư ơng pháp p h a lo ãn g trê n vì À% lơn, ta p h ải dùng m ột d u ng d ịch th u ổ c th ử có nồng độ cao và h ằ n g định, d ù ng dung dịch th u ô c th ử n ày để p h a lo ãn g dung dịch phức m àu . Có th ể ch ứ ng m in h dễ dàng tro n g trư ờn g hợp n à y A% -> 0 . 6. Ảnh hưởng của pH —T h u ốc th ử có đặc tín h a x it M en+ + nH R ^ M e R n + n H + (3 .1 7 ) T ro n g (3 .1 7 ) k h i th a y đổi pH, th ì C MeR th a y đổi. - K h i pH th a y đổi, th à n h p h ần phức th a y đổi V í dụ phức g iữ a F e 3+ với a x it s a lix ilic (H2A): ở pH < 4, F eA + có m àu tím ; ở pH (4 - 9 )，F e A ; có m àu đỏ; ở pH > 9, FeAg" có m àu vàng. — K h i pH ta n g , nong độ OH~ tan g , tạo phức hiđroxo h ay k e t tủ a h iđ ro xit: M e R n + nO H - ^ M e(O H )； + n R - (3 .1 8 ) - C ùng m ột n gu yên to, k h i th a y đổi pH th ì th a y đổi d ạn g p h â n tử c h a t h ấp phụ bức xạ đ iện từ. V í dụ: 2 C r O f + 2H + ^ Cr20 ; - + H 20 Màu vàng Màu da cam c. Sự CÓ mạt chát điẹn giai lạ —C au tử lạ là cá c ca tio n C ác ca tio n lạ n ày có th e tư ơng tá c với th u o c thử , tạo hợp c h ấ t h ấp th ụ bứ c x ạ đ iện từ, cả n trở phép p h ân tíc h đo qu ang. 7 9 —C ấu tử lạ là an ion C ác an io n lạ n ày có th ể tư ơng tá c với ion kim loại cầ n x ác đ ịn h , tạ o hợp c h a t nap th ụ bức xạ a iẹ n từ, cản trở phép p h ân tích đo qu an g. d. Hiệu ứng liên hợp T ro n g m ôi trư ờng có h ằn g sô" điện m ôi ( s ) th ấp thường xảy ra p h ản ứ ng liên hợp làm giảm nồng độ c h ấ t hấp th ụ bức xạ đ iện từ. n M R - (M R q) (dạng monome) (dạng polime) e. Hiệu ứng solvat hoá, hiđrat hoá H iệu ứng solvat hoá, h iđ ra t hoá làm giảm nồng độ củ a p hần tử dung m ôi tự do, làm tă n g nồng độ ch ấ t h ấp th ụ bức xạ điện từ. f. Dùng bức xạ điện từ (nguồn chieu) không đơn sắc T ro n g trư òn g hợp này, đưòng phụ th u ộ c A ニ f(c) bị lệch về p h ía âm k h i dùng bức xạ không đơn sắc. —T rư ờ n g hợp bức xạ điện từ đơn sắc: A ,=lg P〇 (pi T rư ờ ng hợp dùng bức xạ d iẹn từ khôn g đơn sắc: p A 2 = lg ( ^ x + (p〇r A 2 < Ảx do chỉ có tia (P〇)Ầi được hấp phụ. Còn tia (P 0)人2 không được hấp phụ. Đ ieu đó làm lệch âm cu a đường phụ thuộc A ニ f(c). 8 0 2.3. Ớhg dụng C//V7/7 ル ặí Sot/guer - La/r?berf — 8eer Do sự h ấp th ụ bức xạ điện từ m ang đặc tín h ch ọn lọc, m ỗi m ột d u ng dịch c h ấ t hấp th ụ bức xạ điện từ , do cấ u trú c, đặc a ie m x á c đ ịn h m à chỉ hấp th ụ chọn lọc n ă n g lượng AE đúng b a n g h iẹ u h a i m ức n an g lượng tro n g p h an tư cu a no. Do v ậy , phổ h ấp th ụ ele ctro n vù ng U V —V I S (m à đ ịnh lu ậ t B o u g u e r — L a m b e rt — B e e r là cơ sở định lư ợng củ a sự h ap phụ n ày) cho phép: — Nhận b iẻ t c h ấ t (dự a vào d ạ n g p h ổ h a p p h ụ e le c tro n , 八 m a x > s m a x ) - — X a c đ ịn h đ ịn h tín h , định lượng h àm lư ợng (h ay nong độ hợp ch ấ t. —X á c đ in n được cau trú c p h ân tư. 2.4. Định luật cộng tính và úfig dụng Đ ịn h lu ậ t B o u g u er — L a m b e rt — B e e r k h ô n g ch ỉ được sử d ụ ng ae x á c đ ịn h m ột hợp ch a t nap th ụ bức x ạ đ iẹn từ m à còn được sử d ụ n g để x á c đ ịnh m ột dung dịch ch ứ a c á c cấ u tử cũ ng có k h ả n a n g h ấp th ụ bức x ạ điện từ. U ia th ié t, d u ng dịch chứ a n cấu tử k h ô n g tư ơn g tá c hoá học VƠI n h a u n h ư n g lạ i có k h a n an g hap th ụ bức x ạ đ iện từ tạ i vùng bưóc són g A À đ a n g x é t. Dọ các cau tử này không tương tác hoá học với nhau , tức ch ú n g h ấp th ụ bức xạ điện từ độc lập nhau , do đó, ta có th ể h ình dưng m ột cách h ìn h thức có sự tồn tại các cấu tử A, B, c... N, n e n g (do sự hấp th ụ n en g , độc lập nhau) trong dung aich. T ro n g th ự c tế, d u ng d ịch lạ đồng n h ấ t, k hôn g có sự tồ n tạ i độc lập này. Tại một bước sóng xác định X , t.â GÓ: 八 い Igト (mật độ quang AA của cấu tử A) 6. Các pp (3.19) 8 1 A 巳 c I〇 3 I a > Ifv Hình 3.3. Sự hâp thụ ánh sáng bỏi các câu tử A, B, c... N, của dung dịch Aぃ lg ト (3 .2 0 ) A ぃ lg ト (3 .2 1 ) A t ニ (3 .2 2 ) T a cộng v ế th eo v ế các b iểu th ứ c (3 .1 9 ) —> (3.22): + ... + A ị , = l g ^ x - ^ x ^ x . . . i ^ i - (3.23) '■---------) -------- ^ ! b ! c 1 Aし= l g | (3 .2 4 ) N hư vậy, ta đã chứ ng m inh được: A ll = A f + A 丨 + Ag + … + A^J H ay A レ | a 卜 ỷ x ’ c , (3 .2 5 ) Bièu thức (3.25) là bieu thức của định luật cộng tính. 8 2