GV. ThS. Lê Hải Đường

KHOA DƯỢCBỘ MÔN HÓA PHÂN TÍCH

1. Trình bày được nguyên tắc và ứng

dụng PP AAS

2. Mô tả cấu tạo máy AAS và điểm

khác với AES

3. Trình bày quá trình chính nguyên tử

hóa mẫu có và không có nọn lửa

4. Trình bày nguyên tắc và ứng dụng

áp PP AES

Mục tiêu

Khái niệm cơ bản

Nguyên tử:

- Cấu tạo gồm 01 hạt nhân và các

electron (điện tử).

- Các điện tử sắp xếp và phân bố

trên các lớp quĩ đạo từ trong ra

ngoài. Các điện tử ở quĩ đạo

ngoài cùng gọi là điện tử hóa trị.

- Trong điều kiện bình thường, các điện tử chuyển động trên các quĩđạo ứng với mức năng lượng thấp nhất E0.

- Khi các nguyên tử ở dạng hơi và được cung cấp một năng lượng

phù hợp dưới dạng bức xạ thì các điện tử hóa trị của nguyên tửnày sẽ hấp thụ năng lượng đó và nhảy lên mức năng lượng cao hơn

(trạng thái kích thích) En.

- Mỗi loại nguyên tử sẽ hấp thụ tối đa và chọn lọc ở một năng lượng

bức xạ đặc trưng (bức xạ cộng hưởng) tùy theo cấu tạo hóa học của

nguyên tử đó.

Sự hấp thụ nguyên tử

Khái niệm cơ bản

Dạng hàm sóng của 5 obitan nguyên tử đầu tiên

Hình dạng các obitan nguyên tử

Sơ đồ

quy tắc

Klechkovski

8

3 Absorption Lines

6 Emission lines

Atomic Absorption and Emission Lines

E = E1 - E0 = h = hc/

E

E3(Excited state)

E2(Excited state)

E1(Excited state)

Eo(Ground state)

Absorption Emission

Resonance Lines

Most Intense Line

Atomic absorption spectroscopy is

based on the same principle as the flame

test used in qualitative analysis.

Bước chuyển điện tử và phổnguyên tử thu được

285 330 589

4p

3p

3s

5p

200 300 400 500 600

589 nm

330 nm

285 nm

Phổ hấp thụ nguyên tử của hơi Na

LÀ PHỔ VẠCH:

Ứng với mỗi giá trị năng

lượng ΔE mà nguyên tử đã

hấp thụ có một vạch phổ

với độ dài sóng đặc trưng.

12

Phổ đồ

Phương pháp đo quang phổ

Hấp thụ nguyên tử

Nguyên tắc:

Dựa trên nguyên lý hấp thụ của hơi nguyên tử tự do

- Chiếu vào đám hơi nguyên tử một năng lượng bức xạ đặc

trưng của riêng nguyên tử đó. Sau đó, đo cường độ còn lại

của bức xạ đặc trưng này sau khi đã bị đám hơi nguyên tử hấp

thụ, sẽ tính ra được nồng độ nguyên tố có trong mẫu.

- Độ hấp thụ sẽ tỷ lệ với nồng độ nguyên tố cần phân tích.

QUY TRÌNH

• Sấy khô mẫu: Đảm bảo dung môi hòa tan mẫu bay hơi từ từ

và hoàn toàn mà không mất mẫu

• Tro hóa và luyện mẫu: Đốt cháy các hợp chất hữu cơ và mùn

trong mẫu + luyện mẫu đạt nhiệt độ thích hợp

• Nguyên tử hóa: Tăng nhiệt độ lớn đạt ngay nhiệt độ nguyên

tử hóa mẫu (thường chỉ khoảng 3 – 6 giây)

• Làm sạch cuvet bằng luồng khí trơ

16

Quá trình

Hấp thụ

và Phát xạ

của

nguyên tử

Sơ đồ minh họa

Các nguyên tử bị nguyên tử hóa sẽ hấp thụ năng lượng

của một bước sóng đặc trưng của nguyên tố đó.

19

Mối quan hệ giữa

cường độ của vạch phổ

và nồng độ C

MỘT SỐ HÌNH ẢNH MÁY

ĐO QUANG PHỔ HẤP THỤNGUYÊN TỬ

AI 1200 ARONA HỆ NGỌN LỬA

ContrAA800 D

SƠ ĐỒ MÁY QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA MÁY QUANG PHỔHẤP THỤ NGUYÊN TỬ

• Nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng của nguyên tố cần phân tích:

• Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích

+ Kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa,

+ Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa,

• Bộ đơn sắc có nhiệm vụ thu nhận, phân ly và ghi tín hiệu bức

xạ đặc trưng

• Hệ điện tử/ máy tính để điều khiển và xử lý số liệu

Nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng

• Thường là đèn cathod rỗng HCL (Hollow Cathode Lamp) hoặc đèn phóng

điện không cực EDL (Electronic Discharge Lamp):

Catod bị nung đỏ, các ion sinh ra tấn công bề mặt catod

• Đèn phóng điện không điện cực (EDL)

• Đèn phổ liên tục có biến điện

Một số ng.tử bề mặt bị hóa hơi thành ng.tử tự do và dưới tác động

kích thích của nhiệt chúng phát phát xạ của chúng (dạng phổ vạch

vì trong môi trường khí trơ và áp suất thấp)

Nguồn bức xạ vạch cộng hưởng: phải đơn sắc có độ rộng vạch 0,01 nm

• Nguồn: Đèn cathod lõm

• Đèn Fe phát xạ tia cộng hưởng 248,3 nm

• Đèn Cu phát xạ tia cộng hưởng 324,8 nm

Cửa sổ

thạch

anh

Khí argonAnod

Catod lõm

Nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng

Nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng

Hệ thống nguyên tử hóa mẫu

Kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa (F – AAS)

• Sử dụng khí C2H2 và không khí nén

hoặc oxit nitơ (N2O), gọi là Flame

AAS

• Chuyển DD mẫu -> hạt sương cùng

khí mang và khí cháy (aerosol)

• Chuyển HH aerosol hóa cùng HH

khí đốt vào đèn (Burner) để nguyên

tử hóa mẫu

Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (ÊT – AAS)

• Sử dụng lò đốt điện, gọi là ETA-AAS

(Electro -Thermal-Atomization AAS)

• Sấy khô mẫu

• Tro hóa mẫu

• Nguyên tử hóa mẫu: thực hiện với

tốc độ tăng T rất cao đạt ngay đến T

ng,tử hóa mẫu khoảng 3 – 6 giây

• Làm sạch cuvet bằng luồng khí trơ

The calcium flame The Copper Flame

The Potassium FlameThe Manganese Flame

Một số

hình ảnh

về ngọn

lửa kim

loại

Pretreatment (dissolution) is required for solid samples.

AAS

Bộ phận đơn sắc hóa

Bộ đơn sắc có nhiệm vụ thu nhận,

phân ly và ghi tính hiệu bức xạ đặc

... dung dịch rồi phun vào hệ thống

nguyên tử hóa mẫu của máy AAS.

Hệ thống chỉ thị tín hiệu

Tương tự như trong máy quang phổ

khác : Hấp thụ của vạch phổ (tức là

cường độ của vạch phổ hấp thụ hay

nồng độ nguyên tố phân tích.

ĐIỀU KIỆNĐiều kiện phân tích:

- PHẢI TẠO RA ĐƯỢC ĐÁM HƠI NGUYÊN TỬ TỰ DO nghĩa là

nguyên tử phải ở trạng thái cơ bản tự do, không liên kết, đây là quá

trình nguyên tử hóa.

- CHÙM TIA SÁNG CÓ BƯỚC SÓNG NHẤT ĐỊNH ứng đúng với các

tia mà nguyên tử có thể phát ra được trong quá trình phát xạ của

nguyên tố đó.

• Các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ năng lượng của chùm tia đó và

tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó.

- Chọn các thông số máy đo phổ: Vạch phổ đo, kỹ thuật đo, độ rộng khe đo,

chiều cao Burner, thông số nguồn cấp chùm tia đơn sắc (cường độ của HCL);

- Chọn các điệu kiện hoá hơi và nguyên tử hóa mẫu: Loại khí và thành phần

khí tạo ngọn lửa, tốc độ khí, tốc độ dẫn mẫu, các thông số khác cho điều kiện

nguyên tử hóa mẫu;

- Xem xét các yếu tố về phổ và vật lý: Sự chen lấn vạch phổ của chất nền và

nguyên tố khác có sự phát xạ của nguyên tố phân tích không, độ nhớt dung

dịch mẫu, sự iôn hoá kim loại kiềm...;

- Các yếu tố về hoá học (nền và nguyên tố thứ ba): Chất nền (matrix) của

mẫu, nguyên tố thứ ba khác trong mẫu, loại axit và nồng độ axit;

- Phương pháp chuẩn hoá để định lượng;

- Kỹ thuật hay phương pháp xử lý và chuẩn bị mẫu.

Điều kiện chi tiết:

YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

• Các thông số máy đo phổ (Vạch đo, khe máy, chiều cao Burner…)

• Các điều kiện nguyên tử hóa mẫu trong cuvét, loại cuvet,...: Chọn loại cuvet,

nhiệt độ Tro hoá và nguyên tử hóa mẫu (công suất nung cuvet)..., khí trơ làm

môi trường nguyên tử hóa mẫu,...

• Các yếu tố vật lý, Các yếu tố về hoá học (acid, base, ….)

• Phương pháp chuẩn hoá để định lượng

• Bổ chính nền và phương pháp bổ chính

• Phương pháp xử lý và chuẩn bị mẫu phân tích Các hoá chất sử dụng

• Môi trường phòng thí nghiệm.

NHƯỢC ĐIỂM CỦA AAS

- Nhiễu hóa học: phân ly

mẫu không hoàn toàn

- Nhiễu do môi trường

chứa nguyên tố

- Nhiễu do hấp thụ không

chuyên biệt

- Độ chính xác của máy AAS cao:

RSD < 2%

- Độ lặp lại rất tốt: RSD < 1%

- Độ nhạy: rất nhạy, đo dược hàm

lượng tới ppb (microgam/ kg)

- Chi phí đầu tư thấp so với máy

ICP-OES

- Phân tích được rất nhiều nguyên tố

và thời gian phân tích nhanh

ƯU ĐIỂM CỦA AAS

Phương pháp đo

quang phổ

Phát xạ nguyên tử

Phương pháp xác định nồng độ các

nguyên tố trong một chất bằng cách đo

cường độ các vạch phát xạ của hơi

nguyên tử của nguyên tố đó, được tiến

hành tại bước song tương ứng với các

vạch phát xạ này.

Nguyên tắc: dựa vào các vạch phát xạ khi các nguyên tử ở

trạng thái hơi được kích thích bằng một năng lượng thích hợp

và dựa vào cường độ vạch phát xạ có thể định lượng chúng.

• Nguyên tử hóa

• Chuyển trạng thái năng lượng

• Phát xạ

Quá trình: xảy ra gần như cùng một lúc 3 quá trình

QUÁ TRÌNH XẢY RA GẦN NHƯ ĐỒNG THỜI

• Chất khử được nguyên tử hóa: Các phân tử nhận năng

lượng và tách thành các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi

• Chuyển trạng thái năng lượng từ cơ bản Eo lên kích thích

E*: Các ng. tử tự do bị kích thích bằng năng lượng từ ngọn

lửa, tia lửa điện, hồ quang điện.

• Phát xạ: nguyên tử trở về TT ban đầu và phapts ra bức xạ

có tần số tương ứng

CẤU TẠO ĐƠN GIẢN

Bộ phận

nguyên

tử hóa

mẫu

Bộ phận đơn sắc hóa và phát hiện

SƠ ĐỒ MÁY QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

SƠ ĐỒ MÁY QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

SƠ ĐỒ MÁY QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ HỒ QUANG

So sánh điều kiện xuất hiện phổ phát xạ và phổ hấp thụ nguyên tử

• Phổ phát xạ nguyên tử

Nguyên tử bị nguyên tử hoá, kích

thích chuyển từ trạng thái cơ bản lên

kích thích, sau đó quay về trạng thái

ban đầu sinh ra phổ phát xạ

• Phổ hấp thụ nguyên tử

Nguyên tử tự do sẽ hấp thụ năng

lượng của chùm tia đó và chuyển từ

trạng thái cơ bản lên kích thích tạo

ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó

* Yêu cầu phải tạo ra được đám hơi nguyên tử tự do

* Khác nhau:

- Là hai quá trình ngược nhau

- Nhiệt độ để nguyên tử hoá lớn hơn phổ hấp thụ

- Xác định nguyên tố vi lượng trong dịch sinh học (huyết

tương, máu, dịch não tủy …)

- Định lượng các yếu tố vi lượng trong thuốc như: Cu;

Zn; Fe; Cr; Mn, thành phần dịch truyền

- Xác định hàm lượng các nguyên tố độc trong môi

trường, vật liệu bao gói như Á; Bi; Hg; Pb…

- Trong điện giải đồ các kim loại chủ yếu là: Na; K; Ca và

theo dõi hàm lượng Li trong máu

ỨNG DỤNG PHỔ HẤP THỤ VÀ

PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

VÀI NÉT CƠ BẢN VỀ KHỐI PHỔ

Là một kỹ thuật đo trực tiếp TỶ SỐ KHỐI LƯỢNG VÀ

ĐIỆN TÍCH CỦA ION (m/z) được tạo thành trong pha

khí từ phân tử hoặc nguyên tử của mẫu.

MÁY KHỐI PHỔ

BỘ NẠP MẪU

DETECTOR; BỘ XỬ LÝ DỮ LIỆU

BỘ NGUỒN ION

PHỔ KHỐI LƯỢNG

ỨNG DỤNG

Ngày càng được ứng dụng rộng rãi thuộc nhiều lĩnh vực

khác nhau của khoa học công nghệ:

Xác định Đồng vị

Công thức cấu tạo

Định tính Định

lượng