1.3 Bản Chất Của Phương Pháp Quang Phổ Phát Xạ Nguyên Tử:[11]

Bước sóng (m)

Bài 19:Bổ sung những giá trị còn thiếu trong bảng sau :

Bước sóng (nm)

Tần số (hec)	Số sóng (cm-1)	Năng lượng (J.mol-1)
			1,97.10-24
		42
	1,18.1010
3,02.106

Có thể bạn quan tâm!

• Xây dựng hệ thống câu hỏi và bài tập một số chương trong phân tích lí hoá - 6
• Đường Thêm Chuẩn Xác Định Hàm Lượng Chì
• Đường Thêm Chuẩn Xác Định Hàm Lượng Đồng
• Vị Trí Các Vạch Phổ Đã Biết Và Chưa Biết Trên Kính Ảnh
• Giản Đồ Năng Lượng Phát Xạ Nguyên Tử Của Hiđro
• Giản Đồ Hiệu Mức Năng Lượng Thấp Nhất Của Phân Tử Nitơ

Xem toàn bộ 167 trang tài liệu này.

Giải:

Bước sóng (nm)

Tần số (hec)	Số sóng (cm-1)	Năng lượng (J.mol-1)
1,01.108	2,97.109	99.10-3	1,97.10-24
2,38.105	1,26.1012	42	8,35.10-22
2,55.107	1,18.1010	39,2.10-2	7,82.10-14
3,02.106	0,99.1011	33.10-1	6,56.10-23

Kết luận chương II: Chương “Phương pháp phân tích Quang phổ hấp thụ nguyên tử ”: đã xây dựng hệ thống câu hỏi tự luận và hệ thống bài tập có phân loại theo các dạng bài tập và đề xuất cách giải: Xác định nồng độ của kim loại trong mẫu, khi biết hàm lượng kim loại trong dung dịch chuẩn và độ hấp thụ. Xác định độ hấp thụ của nguyên tử kim loại. Xác định bước sóng (m); tần số (s-1) hay (hec); số sóng (cm-1); năng lượng (J.mol-1).

CHƯƠNG III:

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

III.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT:

III.1.1 Đặc điểm chung của phương pháp:[7]

- Phương pháp phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử (AES - Atomic Emission Spectroscopy) được sử dụng để định lượng hầu hết các kim loại và nhiều phi kim như: P, Si, As, C, B với độ nhạy nhỏ hơn hoặc bằng 0,001%.

- Phương pháp AES có ưu điểm là một lần phân tích có thể xác định đồng thời được nhiều nguyên tố và phân tích được các đối tượng phân tích ở xa dựa vào ánh sáng phát xạ từ các đối tượng đó.

III.1.2 Sự tạo thành phổ AES:[7]

- Phương pháp AES dựa vào việc đo bước sóng, cường độ và các đặc trưng khác của các bức xạ điện từ do các nguyên tử hay ion ở trạng thái hơi phát ra. Việc phát ra các bức xạ điện từ trong miền ánh sáng quang học của các nguyên tử là do sự thay đổi trạng thái năng lượng của nguyên tử.

- Theo thuyết cấu tạo nguyên tử, các nguyên tử chỉ có thể có một số mức năng lượng gián đoạn E0, E1, E2 … mà không có các trạng thái năng lượng trung gian.

Trong điều kiện bình thường, các nguyên tử ở trạng thái năng lượng cơ bản. Khi ta cấp năng lượng cho nguyên tử một cách nào đó, các nguyên tử có thể chuyển sang mức năng lượng cao hơn. Khi đó nguyên tử đã bị kích thích. Nó tồn tại ở trạng thái kích thích khoảng 10-8 giây. Sau đó nó luôn luôn có xu hướng trở về trạng thái cơ bản ban đầu bền vững. Nghĩa là giải phóng năng lượng mà chúng đã hấp thụ được trong quá trình trên dưới dạng của các bức xạ quang học. Bức xạ này chính là phổ phát xạ nguyên tử, nó có tần số được tính theo công thức:

E = (En – E0) = hhay E = hc



Trong đó: En, E0 là năng lượng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản (E0) và trạng thái kích thích (En)

h là hằng số Planck (6,626.10-27erk.s) hay h = 4,1.10-15eV.s

c: tốc độ ánh sáng (3.108m/s); : tần số của bức xạ đó.

: bước sóng của bức xạ đó.

III.1.3 Bản chất của phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử:[11]

- Trong ngọn lửa nhiệt độ cao (hay lò graphit, tia lửa điện, điện hồ quang ...), từ các phân tử chất nghiên cứu tạo các nguyên tử tự do, các nguyên tử tự do này do hấp thụ năng lượng bên ngoài đã chuyển từ trạng thái cơ bản lên các mức năng lượng kích thích, lúc trở về kèm theo sự phát phổ phát xạ nguyên tử đặc trưng cho nguyên tố cần xác định.

- Phổ phát xạ nguyên tử được dùng để phân tích định tính, bán định lượng và định lượng.

Hình 3.1 Sơ đồ phổ kế phát xạ nguyên tử dùng ngọn lửa.

III.1.4 Sự kích thích, sự phát xạ và cường độ vạch phát xạ nguyên tử:[11]

* Để nhận được độ nhạy cao, trong phép đo phổ phát xạ nguyên tử cần cung cấp ngọn lửa có nhiệt độ cao. Phương trình Boltzman:

* Gu 

-Eu/KT

Nm = Nm B(T ) . e



Trong đó:

thích.

Nm là số nguyên tử bị kích thích trong ngọn lửa. Nm là số các nguyên tử tự do trong ngọn lửa.

*

Gu là trọng lượng thống kê (tách ra) của trạng thái nguyên tử bị kích

B(T) là hàm phân bố của các nguyên tử theo tất cả các trạng thái. Eu là năng lượng của trạng thái kích thích.

K là hằng số Botlzman. T là nhiệt độ tuyệt đối.

Từ phương trình Boltzman: khi tăng nhiệt độ (T) thì số các nguyên tử bị kích thích N* tăng, độ nhạy tăng.

Công suất của phổ phát xạ nguyên tử (PT) được tính theo công thức:

PT = (h0 ).(N*, AT)

trong đó: h0 là năng lượng E của mỗi lần chuyển. h: hằng số Planck (6,624.10-34J.s)

0 : tần số (giây-1) của pic quan sát được.

AT: hệ số Anhxtanh (số chuyển trong một giây mà nguyên tử bị kích thích phải có).

* Cường độ vạch phổ phát xạ:

+ Cường độ vạch quang phổ được đặc trưng bằng độ chói sáng của vạch quang phổ và cường độ vạch quang phổ, kí hiệu là I.

+ Cường độ I của vạch phát xạ nguyên tử phụ thuộc vào:

- Điều kiện kích thích phổ.

- Trạng thái vật lí của mẫu nghiên cứu.

- Phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố nghiên cứu trong mẫu.

+ Sự phụ thuộc của cường độ vạch phát xạ nguyên tử với nồng độ được biểu diễn bằng phương trình Lomakin: I = a.cb

Trong đó: a, b: hằng số phụ thuộc điều kiện kích thích và trạng thái vật lí của mẫu nghiên cứu.

Ta có: lgI = lga + blgc

lgI là hàm tuyến tính của lgc: lgI = f(lgc). Đây là biểu thức cơ sở cho phương pháp phân tích phổ định lượng.

III.2 CÂU HỎI:

Câu 1:Nêu nguyên tắc của phép đo AES? HDTL:

+ Mẫu phân tích cần được chuyển thành hơi (khí) của nguyên tử tự do trong môi trường kích thích. Đó là quá trình hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu. Sau đó dùng nguồn năng lượng phù hợp để kích thích đám hơi nguyên tử đó để chúng phát xạ. Đó là quá trình kích thích phổ mẫu.

+ Thu, phân li và ghi toàn bộ phổ phát xạ của vật mẫu nhờ máy quang phổ. Trước đây, phổ được ghi lên kính ảnh hay phim ảnh. Chính máy quang phổ sẽ làm nhiệm vụ này. Nhưng những trang bị hiện đại ngày nay có thể thu và ghi trực tiếp các tín hiệu cường độ phát xạ của một vạch phổ dưới dạng của pic trên băng giấy hay chỉ ra các số đo cường độ vạch phổ trên máy in hoặc ghi lại vào đĩa từ của máy tính.

+ Đánh giá phổ đã ghi về mặt định tính và định lượng theo những yêu cầu đã đặt ra. Đây là công việc cuối cùng của phép đo.

Câu 2:Hãy nêu những ưu điểm và nhược điểm của phép đo AES? HDTL:

* Ưu điểm:

+ Phép đo AES có độ nhạy cao, được dùng để kiểm tra, đánh giá độ tinh khiết của nhiều hoá chất và nguyên liệu tinh khiết cao, phân tích

lượng vết các kim loại nặng độc hại trong đối tượng thực phẩm, nước giải khát, môi trường.

+ Có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong một mẫu, mà không cần tách riêng chúng ra khỏi nhau. Mặt khác, lại không tốn nhiều thời gian, đặc biệt là ứng dụng phân tích định tính và bán định lượng.

+ Là phép đo chính xác tương đối cao.

+ Là phương pháp phân tích tiêu tốn ít mẫu, chỉ cần từ 1 đến vài chục miligam mẫu là đủ.

+ Có thể kiểm tra được độ đồng nhất về thành phần của vật mẫu ở những vị trí khác nhau. Vì thế cũng được ứng dụng để kiểm tra độ đồng nhất của bề mặt vật liệu.

+ Phổ của mẫu nghiên cứu thường được ghi lại trên phim ảnh, kính ảnh hay trên băng giấy. Nó là tài liệu lưu trữ và khi cần thiết có thể đánh giá hay xem xét mà không cần phải có mẫu phân tích.

* Nhược điểm:

+ AES chỉ cho biết thành phần nguyên tố của mẫu phân tích, mà không chỉ ra được trạng thái liên kết của nó ở trong mẫu.

+ Độ chính xác của phép phân tích phụ thuộc vào nồng độ chính xác của thành phần của dãy mẫu đầu vì các kết quả định lượng đều phải dựa theo các đường chuẩn của dãy mẫu đầu đã được chế tạo sẵn trước.

Câu 3:Nêu những yêu cầu của nguồn kích thích phổ AES ? HDTL:

Một nguồn sáng muốn dùng được làm nguồn kích thích phổ phát xạ nó còn cần phải thoả mãn một số yêu cầu sau:

+ Nguồn sáng phải đảm bảo cho phép phân tích có độ nhạy cao và cường độ của vạch phổ phải nhạy với sự biến thiên nồng độ của nguyên tố phân tích, nhưng lại không nhạy với sự dao động của điều kiện làm việc.

+ Nguồn năng lượng phải ổn định và bền vững theo thời gian, để đảm bảo cho phương pháp có độ lặp lại và độ ổn định cao. Nghĩa là các thông số của nguồn sáng đã chọn nhất thiết phải duy trì và lập lại được.

+ Nguồn năng lượng phải không đưa thêm phổ phụ vào làm lẫn với phổ của mẫu nghiên cứu. Nếu không sẽ làm khó khăn thêm công việc đánh giá định tính và định lượng và có khi làm sai lạc cả kết quả phân tích.

+ Nguồn kích thích phải có sơ đồ cấu tạo không quá phức tạp, nhưng lại có khả năng thay đổi được nhiều thông số để có thể chọn được những điều kiện phù hợp theo từng đối tượng phân tích.

+ Nguồn năng lượng kích thích phải làm tiêu hao ít mẫu phân tích.

Câu 4:Hãy nêu hai quá trình chính của quá trình kích thích phổ trong ngọn lửa trong phổ AES?

HDTL:

Trong phổ AES, nếu dùng ngọn lửa làm nguồn kích thích thì mẫu phân tích phải chuẩn bị ở dạng dung dịch. Hai quá trình chính của quá trình kích thích phổ trong ngọn lửa:

* Nếu Eh < Ent thì mẫu phân tích sẽ hoá hơi, nguyên tử hoá tạo ra các nguyên tử tự do, chúng bị kích thích và phát xạ  có phổ phát xạ.

MenXm (r)  MenXm (k)  mMe (k) + nX (k) Me (k) + E  Me (k)*  Me0 + n(h)

Năng lượng kích thích Chùm tia phát xạ

Cơ chế 1 này cho độ nhậy và độ ổn định cao của sự phát xạ. Các hợp chất muối halogen (trừ F), axetat, một số nitrat, sunfat … của kim loại thường theo cơ chế này.

* Nếu Eh > Ent thì mẫu sẽ bị nguyên tử hoá trước, sau đó hoá hơi thành nguyên tử, rồi bị kích phổ  sinh ra phổ phát xạ.

MenXm (r)  Men (r) + Xm (r) 

Me (k) + E  Me (k)* 

mMe (k) Me0 +	+ nX (k) n(h)
Năng lượng kích thích		Chùm tia phát xạ

Cơ chế 2 này cho độ nhậy và độ ổn định kém hơn cơ chế 1. Các hợp chất muối SiO 2, PO 3, F-, một số nitrat, sunfat …của kim loại thường theo cơ

3 4

chế này.

Câu 5:Hãy cho biết đặc điểm của “hồ quang điện” được dùng làm nguồn năng lượng kích thích cho phương pháp phổ AES?

HDTL:

- Hồ quang là nguồn kích thích có năng lượng trung bình và cũng là nguồn kích thích vạn năng. Nó có khả năng kích thích được cả mẫu dẫn điện và không dẫn điện. Nhiệt độ của hồ quang phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của nguyên liệu làm điện cực. Cường độ dòng điện trong mạch hồ quang là yếu tố quyết định nhiệt độ của hồ quang.

- Hồ quang là nguồn kích thích cho độ nhạy tương đối cao.

- Hồ quang là nguồn kích thích có sơ đồ mạch tương đối đơn giản, nhưng lại có nhiều thông số có thể điều chỉnh được để chọn được một nhiệt độ tương đối phù hợp cho phép phân tích mỗi chất.

- Hồ quang là sự phóng điện giữa hai điện cực có thế thấp (dưới 260V) và dòng cao (từ 8 - 20A). Thế và dòng liên hệ với nhau qua biểu thức:

U = A +

A, B: các hằng số.

B và Im =

I m

U

R1 R2

R1 là điện trở plasma hồ quang.