Phổ UV-VIS và ứng dụng trong phân tích hiện đại

          – Bản chất của phổ hấp thụ phân tử UV-VIS:
            Khi chiếu một chùm sáng có bước sóng phù hợp đi qua một dung dịch chất màu, các phân tử hấp thụ sẽ hấp thụ một phần năng lượng chùm sáng, một phần ánh sáng truyền qua dung dịch. Xác định cường độ chùm ánh sáng truyền qua đó ta có thể xác định được nồng độ của dung dịch. Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch tuân theo định luật Bouguer – Lambert – Beer:
A = – lgT = lg (Io/It) = εlC với  T = It/Io. 

Hình 1. Sơ đồ đo mật độ quang A– Các bước tiến hành phép đo UV-VIS:
Bước 1. Chọn bước sóng
          Nghiên cứu sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch A (hoặc hệ số tắt phân tử ε) theo bước sóng λ, tức là đo A (hoặc ε) của dung dịch nghiên cứu với các tia bức xạ điện từ có λ khác nhau, sau đó lập đồ thị hệ toạ độ A – λ (hoặc ε – χ). Đồ thị này có dạng đường cong Gauss (dạng hình chuông úp). Cực đại Amax ứng với giá trị λmax gọi là cực đại hấp thụ. Khi tiến hành phân tích theo quang phổ đo quang chọn đo mật độ quang A của dung dịch nghiên cứu tại λmax. Bởi vì với việc đo A ở λmax cho kết quả phân tích có độ nhạy và độ chính xác tốt nhất.  
Bước 2. Chuẩn bị mẫu phân tích
          Theo nguyên tắc, mẫu phân tích có thể ở dạng rắn, lỏng nhưng thông thường người ta hay chuẩn bị mẫu phân tích là những chất lỏng, hoặc ở dạng dung dịch. Nếu chất nghiên cứu là những chất rắn không tan, người ta có thể tìm cách hoà tan chúng bằng các dung môi và các biện pháp thích hợp. Sau đó nếu chất nghiên cứu là hợp chất không có hiệu ứng phổ hấp thụ, thì phải chế hoá dung dịch bằng các biện pháp như phản ứng oxy hoá khử, phản ứng tạo phức chất… sau đó đem nghiên cứu. Nếu chất nghiên cứu là những chất khí thì sẽ được nghiên cứu trong các cuvet đặc biệt.
Bước 3. Ghi phổ
          Sau khi đã chế hoá mẫu, mẫu được chuyển vào cuvet ghi phổ hấp thụ, chọn λmax và đo mật độ quang dung dịch ở λmax hoặc tiến hành theo các thủ tục cần thiết.
Bước 4. Xử lý số liệu
          Các số liệu thu được có thể ở dạng các đường ghi phổ hệ toạ độ A – λ hoặc  ε – λ, bảng số liệu về thành phần chất nghiên cứu, đồ thị cần thiết tuỳ thủ tục thực nghiệm đã chọn.
          – Trang thiết bị phương pháp UV-VIS
          Theo những nguyên lý cơ bản đã xét trên trong thực tế ta phải đo độ hấp thụ quang bằng cách đo cường độ bức xạ truyền đi từ nguồn sóng qua mẫu trắng tới đetectơ và cường độ bức xạ từ nguồn qua chất nghiên cứu đến đetectơ. Như vậy ta có thể hình dung một cách khái quát thiết bị đo độ hấp thụ quang như sau:
 
 

Hình 2. Sơ đồ thiết bị đo quang

Hình 3. Thiết bị ngắt nguồn bức xạ 

2. Các phương pháp phân tích UV-VIS
a. Phương pháp đường chuẩn
          Đồ thị theo hệ toạ độ A – C (mật độ quang – nồng độ) phải là đường thẳng đi qua gốc toạ độ. Để lập đồ thị A – C ta chọn hệ các dung dịch chất nghiên cứu có nồng độ chính xác C­1, C2, C3,… Cn, xác lập các điều kiện để tạo các hợp chất có hiệu ứng hấp thụ bức xạ điện từ ở λmax chọn trước. Đo mật độ quang tương ứng A1, A2, A3,… An:
 

Nồng độ
C1
C2
C3
……
Cn

Mật độ quang
A1
A2
A3
……
An

           
            Xây dựng đồ thị hệ toạ độ A – C. Vì đồ thị được thiết lập dựa trên các số liệu lặp đi lặp lại nhiều lần nên có thể sử dụng trong thời gian dài (đồ thị chuẩn có thể lưu dữ trong máy), khi làm việc có thể sử dụng và trong các máy thường có thủ tục của phương pháp đường chuẩn được thực hiện theo chương trình.
Hoặc tính toán thông qua hằng số K (được xác định song song bằng một phép đo với dung dịch có nồng độ biết trước):           Cnc =
b. Phương pháp thêm chuẩn
          Trong các thủ tục thực nghiệm phương pháp đường chuẩn, có thể mắc một số nhược điểm có thể gây sai số lớn. Để khắc phục điều đó người ta có thể thực hiện thực nghiệm theo một thủ tục khác: thủ tục phương pháp thêm chuẩn.
Nội dung của phương pháp là tiến hành đo mật độ quang Anc của dung dịch chuẩn. Sau đó ta thêm một lượng dung dịch chuẩn vào dung dịch nghiên cứu cho đến nồng độ Cch chọn trước và thu được dung dịch có nồng độ Ccn + Cch và được mật độ quang Anc+ch :   Cnc = Cch                                                    
Quá trình thực nghiệm có thể thực hiện theo chương trình với mức độ tự động khá cao.
c. Phương pháp đo quang vi sai
          Việc đo mật độ quang ở các giá trị A lớn có thể mắc phải sai số lớn trong việc xác định nồng độ. Trong trường hợp các dung dịch có mật độ quang quá lớn người ta thường dùng một kiểu đo khác gọi là phương pháp đo vi sai. Dung dịch so sánh là dung dịch có nồng độ biết trước Css:          
3. Ứng dụng của phép đo phổ hấp thụ phân tử
          Phương pháp phân tích quang phổ đo quang là một phương pháp phân tích định lượng được sủ dụng rộng rãi vào nhiều mục đích thực tiẽn khác nhau. Phương pháp có thể áp dụng để xác định các chất có nồng độ lớn hoặc bé, đặc biệt có thể xác định nồng độ các tạp chất đến nồng độ giới hạn 10-5÷10-6%. Phương pháp phân tích đo quang thường có sai số tương đối 3 ÷ 5% được ứng dụng để xác định hơn 50 nguyên tố trong các đối tượng khác nhau trong các lĩnh vực thực phẩm, hoá học, luyện kim, địa chất, nông nghiệp…
a. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm
            Phương pháp phân tích đo quang UV – VIS được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm để xác định trong các mẫu bột mì (hàm lượng Fe), mẫu thịt (phân tích hàm lượng nitrat, nitrit)…

Đối tượng nghiên cứu
Chất cần phân tích
Thuốc thử

Chất kháng sinh
Clotetraxyclin
Thuốc thử Th

Chất kháng sinh
Streptomyxin
Axit picric

Chất kháng sinh
Penixilin
Hydrocylamin, Fe

Các hocmon
Cortison
Phenylhidrazin, H2SO4

Bột mỳ
Fe
o-phenantrolin

Thịt
Nitrit
a-naphtylamin, ax-sunfunilic

Thịt
Nitrat
Bruxin ancaloit

b. Ứng dụng trong hoá học
Trong công nghệ hoá học: mẫu phân bón (hàm lượng P tổng), mẫu sơn (hàm lượng Ti), trong mẫu thuỷ tinh (Nd), thép (V, Mn, Ti…).

Hình 4. Bộ môn Hóa – Thực phẩm thảo luận về ứng dụng của phương pháp quang phổ trong thực phẩm

4. Kết luận
            Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS (Ultra violet – Visible) là phương pháp phân tích hiện đại được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực thực phẩm và hoá học. Phương pháp cho kết quả phân tích nhanh với độ chính xác cao. Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS tuân theo định luật Bouguer – Lambert – Beer:
A = – lgT = lg (Io/It) = εlC với  T = It/Io.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1], Từ Văn Mặc (2006), “Phân tích dụng cụ”, NXB ĐHBK Hà Nội.
[2], Phạm Luận (2006), “Phương pháp phân tích phổ nguyên tử”, NXB ĐHQGHN.
[3], Nguyễn Thị Thu Vân (2010), “Phân tích định lượng”, NXB ĐHQGHN.Tp.HCM .
 
 
Nghiên cứu sự nhờ vào tỷ lệ quang của dung dịch A ( hoặc thông số tắt phân tử ε ) theo bước sóng λ, tức là đo A ( hoặc ε ) của dung dịch nghiên cứu và điều tra với những tia bức xạ điện từ có λ khác nhau, sau đó lập đồ thị hệ toạ độ A – λ ( hoặc ε – χ ). Đồ thị này có dạng đường cong Gauss ( dạng hình chuông úp ). Cực đại Aứng với giá trị λgọi là cực lớn hấp thụ. Khi triển khai nghiên cứu và phân tích theo quang phổ đo quang chọn đo tỷ lệ quang A của dung dịch điều tra và nghiên cứu tại λ. Bởi vì với việc đo A ở λcho tác dụng nghiên cứu và phân tích có độ nhạy và độ đúng chuẩn tốt nhất. Theo nguyên tắc, mẫu nghiên cứu và phân tích hoàn toàn có thể ở dạng rắn, lỏng nhưng thường thì người ta hay chuẩn bị sẵn sàng mẫu nghiên cứu và phân tích là những chất lỏng, hoặc ở dạng dung dịch. Nếu chất điều tra và nghiên cứu là những chất rắn không tan, người ta hoàn toàn có thể tìm cách hoà tan chúng bằng những dung môi và những giải pháp thích hợp. Sau đó nếu chất điều tra và nghiên cứu là hợp chất không có hiệu ứng phổ hấp thụ, thì phải chế hoá dung dịch bằng những giải pháp như phản ứng oxy hoá khử, phản ứng tạo phức chất … sau đó đem điều tra và nghiên cứu. Nếu chất nghiên cứu và điều tra là những chất khí thì sẽ được nghiên cứu và điều tra trong những cuvet đặc biệt quan trọng. Sau khi đã chế hoá mẫu, mẫu được chuyển vào cuvet ghi phổ hấp thụ, chọn λvà đo tỷ lệ quang dung dịch ở λhoặc triển khai theo những thủ tục thiết yếu. Các số liệu thu được hoàn toàn có thể ở dạng những đường ghi phổ hệ toạ độ A – λ hoặc ε – λ, bảng số liệu về thành phần chất điều tra và nghiên cứu, đồ thị thiết yếu tuỳ thủ tục thực nghiệm đã chọn. – Trang thiết bị chiêu thức UV-VISTheo những nguyên tắc cơ bản đã xét trên trong trong thực tiễn ta phải đo độ hấp thụ quang bằng cách đo cường độ bức xạ truyền đi từ nguồn sóng qua mẫu trắng tới đetectơ và cường độ bức xạ từ nguồn qua chất điều tra và nghiên cứu đến đetectơ. Như vậy ta hoàn toàn có thể tưởng tượng một cách khái quát thiết bị đo độ hấp thụ quang như sau : Đồ thị theo hệ toạ độ A – C ( tỷ lệ quang – nồng độ ) phải là đường thẳng đi qua gốc toạ độ. Để lập đồ thị A – C ta chọn hệ những dung dịch chất nghiên cứu và điều tra có nồng độ đúng chuẩn C ­, C, C, … C, xác lập những điều kiện kèm theo để tạo những hợp chất có hiệu ứng hấp thụ bức xạ điện từ ở λchọn trước. Đo tỷ lệ quang tương ứng A, A, A, … AXây dựng đồ thị hệ toạ độ A – C. Vì đồ thị được thiết lập dựa trên những số liệu lặp đi lặp lại nhiều lần nên hoàn toàn có thể sử dụng trong thời hạn dài ( đồ thị chuẩn hoàn toàn có thể lưu dữ trong máy ), khi thao tác hoàn toàn có thể sử dụng và trong những máy thường có thủ tục của giải pháp đường chuẩn được thực thi theo chương trình. Hoặc giám sát trải qua hằng số K ( được xác lập song song bằng một phép đo với dung dịch có nồng độ biết trước ) : CTrong những thủ tục thực nghiệm chiêu thức đường chuẩn, hoàn toàn có thể mắc 1 số ít điểm yếu kém hoàn toàn có thể gây sai số lớn. Để khắc phục điều đó người ta hoàn toàn có thể triển khai thực nghiệm theo một thủ tục khác : thủ tục giải pháp thêm chuẩn. Nội dung của chiêu thức là triển khai đo tỷ lệ quang Acủa dung dịch chuẩn. Sau đó ta thêm một lượng dung dịch chuẩn vào dung dịch nghiên cứu và điều tra cho đến nồng độ Cchọn trước và thu được dung dịch có nồng độ C + Cvà được tỷ lệ quang A : C = CQuá trình thực nghiệm hoàn toàn có thể triển khai theo chương trình với mức độ tự động hóa khá cao. Việc đo tỷ lệ quang ở những giá trị A lớn hoàn toàn có thể mắc phải sai số lớn trong việc xác lập nồng độ. Trong trường hợp những dung dịch có tỷ lệ quang quá lớn người ta thường dùng một kiểu đo khác gọi là chiêu thức đo vi sai. Dung dịch so sánh là dung dịch có nồng độ biết trước CPhương pháp nghiên cứu và phân tích quang phổ đo quang là một chiêu thức nghiên cứu và phân tích định lượng được sủ dụng thoáng đãng vào nhiều mục đích thực tiẽn khác nhau. Phương pháp hoàn toàn có thể vận dụng để xác lập những chất có nồng độ lớn hoặc bé, đặc biệt quan trọng hoàn toàn có thể xác lập nồng độ những tạp chất đến nồng độ số lượng giới hạn 10 ÷ 10 %. Phương pháp nghiên cứu và phân tích đo quang thường có sai số tương đối 3 ÷ 5 % được ứng dụng để xác lập hơn 50 nguyên tố trong những đối tượng người tiêu dùng khác nhau trong những nghành thực phẩm, hoá học, luyện kim, địa chất, nông nghiệp … Phương pháp nghiên cứu và phân tích đo quang UV – VIS được ứng dụng thoáng đãng trong công nghệ tiên tiến thực phẩm để xác lập trong những mẫu bột mì ( hàm lượng Fe ), mẫu thịt ( nghiên cứu và phân tích hàm lượng nitrat, nitrit ) … Trong công nghệ tiên tiến hoá học : mẫu phân bón ( hàm lượng P tổng ), mẫu sơn ( hàm lượng Ti ), trong mẫu thuỷ tinh ( Nd ), thép ( V, Mn, Ti … ). Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS ( Ultra violet – Visible ) là chiêu thức nghiên cứu và phân tích văn minh được vận dụng thoáng rộng trong nghành thực phẩm và hoá học. Phương pháp cho tác dụng nghiên cứu và phân tích nhanh với độ đúng mực cao. Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS tuân theo định luật Bouguer – Lambert – Beer : A = – lgT = lg ( I / I ) = εlC với T = I / I [ 1 ], Từ Văn Mặc ( 2006 ), “ Phân tích dụng cụ ”, NXB ĐHBK Thành Phố Hà Nội. [ 2 ], Phạm Luận ( 2006 ), “ Phương pháp nghiên cứu và phân tích phổ nguyên tử ”, NXB ĐHQGHN. [ 3 ], Nguyễn Thị Thu Vân ( 2010 ), “ Phân tích định lượng ”, NXB ĐHQGHN.Tp.HCM .

Source: https://mindovermetal.org
Category: Ứng dụng hay