Độ hấp thụ quang của dung dịch chất màu không phụ thuộc vào yếu tố nào

Độ hấp thụ mol hay còn gọi là hệ số tắt phân tử, là thước đo mức độ hấp thụ quang của hóa chất tại một bước sóng ánh sáng nhất định. Nó cho phép bạn so sánh các hợp chất với nhau mà không tính đến sự khác biệt về nồng độ hoặc độ dày dung dịch trong quá trình đo.[1] X Nguồn nghiên cứu Đi tới nguồn Độ hấp thụ mol thường được sử dụng trong hóa học, và bạn không nên nhầm lẫn với hệ số tắt được sử dụng nhiều hơn trong vật lý. Đơn vị tiêu chuẩn của độ hấp thụ mol là lít trên mol centimét [L mol-1 cm-1].[2] X Nguồn nghiên cứu Đi tới nguồn

1. 1

   Tìm hiểu định luật hấp thụ Beer-Lambert, A = ɛlc. Công thức của độ hấp thụ là A = ɛlc, trong đó A là lượng ánh sáng được mẫu hóa chất hấp thụ tại một bước sóng nhất định, ɛ là độ hấp thụ mol, l là độ dày dung dịch ánh sáng truyền qua, và c là nồng độ dung dịch trên đơn vị thể tích.[3] X Nguồn nghiên cứu Đi tới nguồn

   • Độ hấp thụ có thể được tính theo tỷ số giữa cường độ tia sáng tới và cường độ tia sáng ló. Ta có công thức là A = log10[Io/I].[4] X Nguồn nghiên cứu Đi tới nguồn
   • Cường độ tia sáng được đo bằng quang phổ kế.
   • Độ hấp thụ của dung dịch sẽ thay đổi theo bước sóng ánh sáng truyền qua dung dịch. Một số bước sóng sẽ được hấp thụ nhiều hơn các bước sóng khác, phụ thuộc vào thành phần của dung dịch. Bạn nhớ viết rõ bước sóng đang sử dụng để tính toán.[5] X Nguồn nghiên cứu Đi tới nguồn

2. 2

   Chuyển vế phương trình Beer-Lambert để tính độ hấp thụ mol. Bằng phương pháp đại số, chúng ta có thể chia độ hấp thụ cho độ dày dung dịch và nồng độ dung dịch: ɛ = A/lc. Bây giờ chúng ta có thể sử dụng phương trình này để tính độ hấp thụ mol tại một bước sóng nhất định.

   • Độ hấp thụ giữa các lần đo có thể khác nhau do nồng độ dung dịch và hình dạng bình chứa dùng để đo cường độ. Độ hấp thụ mol sẽ bù cho những sai số này.[6] X Nguồn nghiên cứu Đi tới nguồn

3. 3

   Tìm giá trị các biến số trong phương trình bằng phương pháp quang phổ kế. Quang phổ kế là thiết bị cho phép một bước sóng ánh sáng cụ thể chiếu qua khối vật chất và đo lượng ánh sáng ló ra. Một lượng ánh sáng sẽ được dung dịch hấp thụ và lượng còn lại sẽ được dùng để tính độ hấp thụ của dung dịch đó.

   • Chuẩn bị dung dịch có nồng độ c đã biết để phân tích. Đơn vị của nồng độ là mol/lít.[7] X Nguồn nghiên cứu Đi tới nguồn
   • Để tìm l, chúng ta đo độ dày của cuvet. Đơn vị độ dày truyền qua là centimét.
   • Sử dụng quang phổ kế đo được độ hấp thụ A tại một bước sóng nhất định. Đơn vị của bước sóng là mét, nhưng hầu hết các bước sóng đều rất nhỏ nên người ta dùng đơn vị nanomét [nm].[8] X Nguồn nghiên cứu Đi tới nguồn Độ hấp thụ là đại lượng không có thứ nguyên.

4. 4

   Thay giá trị vào các biến số và giải phương trình tìm độ hấp thụ mol. Thay các giá trị của A, c và l đo được vào phương trình ɛ = A/lc. Nhân l với c và sau đó lấy A chia cho giá trị mới tính được, đó chính là độ hấp thụ mol.

   • Ví dụ: Sử dụng độ dày của cuvet là 1 cm, đo độ hấp thụ của dung dịch có nồng độ 0,05 mol/L. Độ hấp thụ tại bước sóng 280 nm là 1,5. Tính độ hấp thụ mol của dung dịch?
     • ɛ280 = A/lc = 1,5/[1 x 0,05] = 30 L mol-1 cm-1

1. 1

   Đo cường độ ánh sáng truyền qua bằng các dung dịch có nồng độ khác nhau. Chuẩn bị ba hoặc bốn dung dịch có nồng độ khác nhau. Sử dụng quang phổ kế đo độ hấp thụ của từng dung dịch tại một bước sóng nhất định. Bắt đầu với dung dịch có nồng độ thấp nhất rồi đến dung dịch có nồng độ cao nhất. Thứ tự không quan trọng, tuy nhiên bạn phải theo dõi độ hấp thụ nào đi với dung dịch nào.

2. 2

   Vẽ đồ thị nồng độ và độ hấp thụ. Sử dụng các giá trị thu được từ quang phổ kế để vẽ từng điểm trên đồ thị. Với mỗi cặp giá trị, xác định vị trí nồng độ trên trục X và độ hấp thụ trên trục Y.[9] X Nguồn nghiên cứu Đi tới nguồn

   • Vẽ đường thẳng đi qua từng điểm. Nếu các giá trị đo đúng, các điểm sẽ tạo nên một đường thẳng cho biết độ hấp thụ và nồng độ tỷ lệ thuận theo định luật Beer.[10] X Nguồn nghiên cứu Đi tới nguồn

3. 3

   Xác định hệ số góc của đường chuẩn qua các điểm dữ liệu. Để tính hệ số góc của đường thẳng, bạn lấy độ chênh lệch theo trục tung chia cho độ chênh lệch theo trục hoành. Sử dụng hai điểm dữ liệu, bạn lấy các giá trị X và Y trừ cho nhau, sau đó chia Y/X.

   • Phương trình hệ số góc của đường thẳng là [Y2 - Y1]/[X2 - X1]. Điểm cao hơn trên đường thẳng được ký hiệu bằng số 2 nhỏ ở dưới, còn điểm thấp hơn được ký hiệu là 1.
   • Ví dụ: Độ hấp thụ của dung dịch có nồng độ 0,2 mol và 0,3 mol lần lượt là 0,27 và 0,41. Độ hấp thụ là giá trị Y trong khi nồng độ là giá trị X. Sử dụng phương trình đường thẳng [Y2 - Y1]/[X2 - X1] = [0,41-0,27]/[0,3-0,2] = 0,14/0,1 = 1,4 là hệ số góc của đường thẳng.

4. 4

   Chia hệ số góc của đường thẳng cho độ dày truyền qua [chiều dày của cuvet] để có độ hấp thụ mol. Bước cuối cùng để tính độ hấp thụ mol bằng các điểm dữ liệu là chia cho độ dày truyền qua. Độ dày truyền qua là chiều dày của cuvet được sử dụng trong phương pháp quang phổ kế.

   • Tiếp tục với ví dụ trên: Nếu hệ số góc của đường thẳng là 1,4 và độ dày truyền qua là 0,5 cm, độ hấp thụ mol là 1,4/0,5 = 2,8 L mol-1 cm-1.

1. ↑ //www.chem.ucla.edu/~gchemlab/colorimetric_web.htm

Cùng viết bởi:

Thạc sĩ quản lý và khoa học môi trường

Bài viết này đã được cùng viết bởi Bess Ruff, MA. Bess Ruff là nghiên cứu sinh địa lý tại Florida. Cô đã nhận bằng Thạc sĩ Quản lý và Khoa học Môi trường tại Trường Quản lý & Khoa học Môi trường Bren, UC Santa Barbara năm 2016. Cô đã thực hiện công tác khảo sát cho các dự án quy hoạch không gian biển tại vùng biển Caribe và hỗ trợ nghiên cứu với tư cách là cộng tác viên của Nhóm Sustainable Fisheries. Bài viết này đã được xem 31.715 lần.

Chuyên mục: Hóa học

Trang này đã được đọc 31.715 lần.

Phương pháp trắc quang là phương pháp phân tích định lượng dựa vào hiệu ứng hấp thụ xảy ra khi phân tử vật chất tương tác với bức xạ điện từ. Vùng bức xạ được sử dụng trong phương pháp này là vùng tử ngoại gần hay khả kiến ứng với bước sóng khoảng từ 200÷800nm. Hiện tượng hấp thụ bức xạ điện từ tuân theo định luật Bouger – Lam bert – Beer. Ứng dụng phương pháp phổ đo quang, người ta có thể xác định nhiều hợp chất trong phạm vi nồng độ khá rộng nhờ các cải tiến quan trọng trong thủ tục phân tích. Đây là phương pháp phân tích được phát triển mạnh vì nó đơn giản, đáng tin cậy và được sử dụng nhiều trong kiểm tra sản xuất hoá học, luyện kim và trong nghiên cứu hoá sinh, môi trường và nhièu lĩnh vực khác.

Máy quang phổ khả kiến [UV-VIS]

1.Đặt vấn đề 

- 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 Bughe – Lambert – Beer:

A = - lgT = lg [Io/It] = εbC với  T = It/Io.

• 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. 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

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 

 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 detectơ và cường độ bức xạ từ nguồn qua chất nghiên cứu đến detectơ. Như vậy ta có thể hình dung một cách khái quát thiết bị đo độ hấp thụ quang như sau: 

- Nguồn phát tia bức xạ

- Bộ lọc sóng

- Ngăn đựng mẫu

- Detector

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 λmaxchọn trước. Đo mật độ quang tương ứng 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]:    

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 :                
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]...

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...].
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 Bughe – Lambert – Beer:

A = - lgT = lg [Io/It] = εbC với  T = It/Io.

ThS. Lưu Thị Thu Hà

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1], Trần Tứ Hiếu [2008] “Phân tích trắc quang”, NXB ĐHQG Hà Nội.
[2], Phạm Luận [2006], “Phương pháp phân tích phổ nguyên tử”, NXB ĐHQGHN.