HÓA PHÂN TÍCH 2 Câu 1. Trình bày bản chất của bức xạ điện từ ? - Bức xạ điện từ gồm nhiều loại khác nhau như: sóng radio, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X,…Về bản chất chúng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. * Tính chất sóng của bức xạ điện từ ( thể hiện ở trong vùng BXĐT có tần nhỏ, bước sóng lớn): - Các bức xạ điện từ là những dao động lan truyền theo 1 phương với vận tốc ánh sáng trong chân không(=3.10^3 m/s) với 2 tp: điện trường và từ trường. - Hai thành phần này dao động vuông góc với phương truyền của bức xạ trong 2 mp vuông góc với nhau. Chính thành phần điện trường của BXĐT tương tác với nguyên tử hoặc phân tử gây nên hiệu ứng phổ hấp thụ nguyên tử hay phân tử cũng như 1 số các hiệu ứng khác đối với nguyên tử hoặc phân tử - Các đặc trưng cho dao động của bức xạ là bước sóng và tần số sóng. * Tính chất hạt của BXĐT ( tần số lớn, bước sóng nhỏ): - BXĐT là các hạt mang năng lượng được lan truyền với tốc độ ánh sáng. Các hạt mang năng lượng đgl các photon. Các bức xạ điện từ khác nhau có các năng lượng khác nhau. - Khi năng lượng của BXĐT phù hợp với chênh lệch năng lượng giữa các trạng thái năng lương của phân tử or nguyên tử sẽ gây ra các hiệu ứng thích hợp. - Người ta phát hiện rằng muốn có hiệu ứng thì bước sóng của BXĐT phải thỏa mạn phương trình: ; h: hằng số Planck(6,63.10^-34 J/s); c: vận tốc ánh sáng (3.10^8 m/s); : bước sóng của BXĐT (m)). - Các BXĐT có bước sóng khác nhau mang năng lượng khác nhau và bước sóng càng dài thì năng lượng của nó càng thấp. Câu 2. Trình bày nguyên tắc quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến. Phân loại thiết bị UV-VIS? *Nguyên tắc quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến: - Dựa vào hiện tượng hấp thụ bức xạ UV-VIS giữa các phân tử (nguồn gốc của sự hấp thụ trong vùng này chủ yếu là sự tương tác của các photon của bức xạ với ion hay phân tử của mẫu. -> Muốn xác định 1 số cấu tử X nào đó, ta chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của hợp chất-> hàm lượng chất cần xác định X * Phân loại thiết bị UV-VIS: - Theo bản chất của bộ phân sắc: + photometer( quang kế): Dùng kính lọc màu-> bức xạ kém đơn sắc + Quang phổ kế (spectrophotometer): dùng lăng kính hay cách từ nhiễu xạ-> bức xạ có độ đơn sắc cao - Theo nguyên lý hoạt động (cấu tạo thiết bị) + Máy 1 chùm sáng + Máy 2 chùm sáng Câu 3. Trình bày định luật hấp thụ ánh sáng-định luật Lambert-Berr và hệ quả. Điều kiện áp dụng định luật Lambert-Berr là gì? * Định luật hấp thụ ánh sáng- định luật Lambert: - Giả sử có 1 môi trường đồng tính được giới hạn bởi hai mp song song với bề dày l, một chùm sáng có cường độ I0 rọi vuông góc lên mặt trước môi trường và gọi cường độ ánh sáng phát ra mặt sau môi trường là I. I = trong đó:- I0 là cường độ tia tới - I là cường độ ánh sáng đi qua khe cuvet + Đây là biểu thức của định luật hấp thụ ánh sáng: Khi độ dày của lớp môi trường tăng theo cấp số cộng, cường độ ánh sáng giảm theo cấp số nhân. * Định luật Lambert-Beer: - Định luật Lambert-Beer được phát triển từ định luật Lambert, hệ số k trong biểu thức I = được biểu diễn qua nồng độ và một hệ số khác (sau khi chuyển đổi cơ số của logarit). Theo định luật LB thì: lg = or A = : hệ số hấp thụ phụ thuộc vào bản chất của dung dịch, bước sóng của chùm tia đơn sắc. l: là bề dày của dung dịch (cm) C: là nồng độ của dung dịch (mol/l) * Hệ quả: - Độ truyền qua (T): T% = . 100% - Độ hấp thụ (A): A = lg = lg = - Nếu C = 1mol/l; l=1; A= -> gọi là hệ số hấp thụ mol - Nếu C = 1%; l=1; A= -> gọi là hệ số hấp thụ riêng kí hiệu ; A(1%,1cm) * Điều kiện áp dụng định luật Lambert-Beer: - Thiết bị phải có khả năng tạo ra chùm tia có độ đơn sắc nhất định (càng cao càng tốt). - Chất thử phải bền trong dung dịch và bề dưới tác dụng của tia UV-VIS. - Dung dịch phải nằm trong khoảng nồng độ thích hợp. - Dung dịch trong suốt để hạn chế tối đa các hiện tượng quang học khác. Câu 4. Điều kiện của phân tử để hấp thụ bức xạ hồng ngoại? các kiểu dao động của phân tử? * Điều kiện: - Độ dài sóng chính xác của bức xạ: 1 phân tử hấp thụ bức xạ hồng ngoại chỉ khi nào tần số dao động tự nhiên của 1 phân tử cũng là tần số của bức xạ tốt. - Một phân tử chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại khi nào sự hấp thụ đó gây nên sự biến thiên momen lưỡng cực của chúng( 1 phân tử đgl có lưỡng cực điện khi ở các nguyên tử thành phần của nó có điện tích (+) và (-) rõ rệt. * Các kiểu dao động của phân tử: - Dao động hóa trị: là những dao động làm thay đổi chiều dài liên kết của các nguyên tử trong phân tử nhưng không làm thay đổi góc liên kết. - Dao động biến dạng: là những dao động làm thay đổi góc liên kết nhưng không làm thay đổi chiều dài liên kết của các nguyên tử trong phân tử. - Ngoài ra còn phân biệt dao động đối xứng và bất đối xứng. Câu 5. Trình bày nguyên lý hoạt động và cấu tạo cơ bản của thiết bị quang phổ hồng ngoại? * Nguyên lý hoạt động - Bức xạ hồng ngoại được phát ra từ nguồn đốt nóng bằng điện dưới dạng dây tóc hay ống, được điều chế bằng các thori, ceri, zirconi oxyd, silic carbid. - chùm tia hồng ngoại được tách ra 2 phần: 1 phần đi qua mẫu. 1 phần đi 1 phần đi qua mẫu. 1 phần đi qua môi trường đo tham chiếu-(dung môi). Rồi được bộ tạo đơn sắc tách thành từng bức xạ có tần số khác nhau và chuyển đến Detector - Detector sẽ so sánh cường độ hai chùm tia và chuyển thành tín hiệu điện có cường độ tỷ lệ với phần bức xạ đã bị hấp thu bởi mẫu - chênh lệch tín hiệu giữa 2 chùm tia được khuếch đại và chuyển trực tiếp ra máy ghi hay máy vẽ thành phổ IR *Cấu tạo cơ bản - Bộ cấp nguồn sóng, ngăn đựng mẫu đo, bộ phận đơn sắc hóa, bộ phận nhận tín hiệu và khuếch đại tín hiệu và bộ phận xử lý tín hiệu. Câu 6. Quang phổ hấp thụ nguyên tử: tóm tắt quá trình xảy ra trong nguyên tử hóa mẫu và các yếu tố ảnh hưởng với kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa, kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa? * Với kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa(F-AAS) 1. Các quá trình xảy ra - Quá trình aerosol hóa - Sự bay hơi của dung môi để lại trong các hạt mẫu rắn MeA - Sự khuếch tán, hóa hơi, thăng hoa của mẫu(MeA r-> lỏng-> k và MeA r->k) -Sự phân ly(Me+A), ion hóa(Me^+ +A), kích thích(Me*, MeA*), hấp thụ(Me+ hv),… - Các phản ứng phụ: khử oxy bởi carbon; phản ứng giữa các nguyên tử, các gốc, các phân tử với nhau; phân tử, nguyên tử với khí ngọn lửa; sự tạo chất rắn. 2. Các yếu tố ảnh hưởng - Thành phần và tốc độ của hộn hợp khí đốt tạo ra ngọn lửa, chiều cao của đèn. Đặc biệt khác với kỹ thuật ETA-AAS là sự ảnh hưởng của oxy. - Tốc độ dẫn mẫu vào hệ thống nguyên tử hóa mẫu, độ nhớt của dung dịch mẫu. - Bề dày của môi trường hấp thụ ( có thể điều chỉnh bằng thay đổi góc nghiêng của đèn dẹt) - Tần số và công suất của hệ thống siêu âm *Với kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa(ETA-AAS) 1. Các quá trình có thể xảy ra: - Bay hơi của dung môi -Tro hóa các chất hữu cơ sẽ tạo ra CO2&H2O bay đi để lại cặn vô cơ của mẫu - Sự hóa hơi của các hợp phần mẫu dưới dạng phân tử trước khi phân ly (như với các oxyd Sb2O3, Ga2O3, các muối halogen nhưu các clorid của Sb, Sn, Al, Ti, Ga…theo sơ đồ sau: - Sự phân ly của các hợp phần mẫu trước khi hóa hơi (). - Nếu dùng lò graphit thì có thể có thêm 2 quá trình sau: + sự tạo thành các hợp chất carbit kim loại + Sự khử oxyd kim loại bởi carbon 2. Các yếu tố ảnh hưởng: - Ảnh hưởng do tính chất của mẫu như: tính chất của mỗi kim loại, tính chất nhiệt hóa của hợp chất đó mà quá trình phân ly hay bay hơi xảy ra trước. - Môi trường khí trơ để đảm bảo nguyên tử hóa trong điều kiện không có oxy để hạn chế hình thành các hợp chất bền nhiệt loại MeO hay MeOX. Nên bản chất, thành phần tốc độ dẫn khí trơ vào cuvet đều có ảnh hưởng đến cường độ của vạch phổ và nhiệt độ trong cuvet. - Công suất đốt nóng cuvet nhìn chung cường độ vạch phổ tăng khi tăng công suất. - Tốc độ đốt nóng cuvet tuy không ảnh hưởng đến diện tích nhưng làm thay đổi chiều cao pic trên phổ. - Loại nguyên liệu sử dụng để làm lò nguyên tử hóa mẫu - Khói Câu 7. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả phép đo AAS. Ưu nhược điểm AAS? * Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả phép đo AAS rất đa dạng và phức tạp: - Ngoài các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện nguyên tử hóa mẫu còn phải kể - Các yếu tố ảnh hưởng về phổ: bao gồm sự hấp thụ nền, sự chen lấn vạch phổ, sự hấp thụ của các hạt rắn. - các yếu tố vật lý: độ nhớt và sức căng mặt ngoài của dung dịch mẫu, hiệu ứng lưu lại, sự ion hóa, sự kích thích phổ phát xạ… - Các yếu tố hóa học: nồng độ và loại acid có trong mẫu, ảnh hưởng của các cation, anion, dung môi và thành phần của nền mẫu... * Ưu điểm AAS - Phép đo phổ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc cao. - Tốn ít mẫu phân tích, thời gian phân tích nhanh. - Tránh được sự nhiễm bẩn mẫu khi sử lý qua các giai đoạn phức tạp - Các động tác thực hành thực hiện nhẹ nhàng, nhanh chóng. - Bằng phương pháp này ta có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu. - Kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ. * Nhược điểm: - Hệ thống máy móc tương đối đắt tiền. - Do cần có độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn có ý nghĩa lớn đối với kết quả phân tích hàm lượng -> Môi trường không khí phòng thí nghiệm phải sạch, không có bụi. - Các dụng cụ và hóa chất dùng trong phép đo phải có độ tinh khiết cao. - Vì có độ nhạy cao nên các trang bị máy móc là khá tinh vi và phức tạp, do đó cần phải có kĩ sư lành nghề để bảo dưỡng và chăm sóc. - Chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất phân tích có trong mẫu phân tích, mà không chỉ ra được trạng thái liên kết, cấu trúc của nguyên tố có trong mẫu. Câu 8. Phân loại các kỹ thuật sắc ký? * Dựa vào phương cách lưu giữ pha tĩnh người ta chia sắc ký thành 2 nhóm: - Sắc ký cột (column chromatography): được lưu giữ trong 1 ống nhỏ, pha động đi qua qua tĩnh nhờ áp suất or trọng lực. - Sắc ký phẳng (planar chromatography): Pha tĩnh được cố định trên một mặt phẳng(giấy, bản mỏng), pha động di chuyển qua mặt đó nhờ mao dẫn hoặc tác động của trọng lực. * Một cách phân loại cụ thể hơn dựa vào bản chất vật lý của pha động, pha tĩnh và loại cân bằng tạo nên sự di chuyển qua cột của chất tan giữa 2 pha: - phân loại sắc ký cột: + Sắc ký lỏng(LC): PĐ là chất lỏng, PT là chất lỏng được hấp thụ trên 1 chất rắn; pha liên kết; chất rắn. + Sắc ký khí(GC): PĐ là chất khí, PT: chất lỏng được hấp phụ trên chất rắn; pha liên kết; chất rắn. +Sắc ký lỏng siêu tới hạn(SFC):PĐ là chất lỏng siêu tới hạn; PT: pha liên kết. * Dựa vào phương cách cho pha động chạy qua pha tĩnh ta có: - Sắc ký khai triển (development chromatography): cho pha động kép các chất chạy và tách trên pha tĩnh.Sắc đồ nằm trên pha tĩnh. - Sắc ký rửa giải (elution chromatoglaphy): pha động đưa các thành phần trong mẫu di chuyển lần lượt ra ngoài pha tĩnh. Sắc đồ nằm ngoài pha tĩnh. * Dựa vào bản chất của quá trình sắc ký, người ta có: - Sắc ký hấp phụ (Adsorption chromatography): pha tĩnh là một chất rắn có khả năng hấp phụ các chất, đó là các phương pháp sắc ký lỏng - rắn và khí - rắn. - Sắc ký phân bố (partition chromatography): phân tích sắc ký này dựa vào phân vố các chất giữa 2 hệ lỏng-lỏng và khí-lỏng. - Sắc ký trao đổi ion (ion - exchange chromatography): pha tĩnh là chất nhựa trao đổi ion. Nhựa này mang những ion có khả năng trao đổi với các ion cùng dấu trong mẫu phân tích. - Sắc ký trên gel (Gel permeation): Các phân tử cỡ lớn sẽ được loạt các phân tử nhỏ hơn sẽ được tách theo kích thước do các phân tử nhỏ di chuyển chậm hơn. Câu 9. Trình bày nhiệm vụ, yêu cầu đối với detector trong sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC). Kể tên 6 detector thông dụng? * Nhiệm vụ của detector: Phát hiện và đo nồng độ các chất phân tích theo tính chất hóa lý bằng cách chuyển các tín hiệu không điện thành tín hiệu điện * Yêu cầu đối với detector: - Đáp ứng nhanh và lặp lại. - Độ nhạy cao, có thể phát hiện chất phân tích ở khối lượng hoặc nồng độ thấp.. - Vận hành ổn định, sử dụng dễ dàng. - Khoảng hoạt động tuyến tính rộng. - Ít thay đổi theo nhiệt độ và tốc độ dòng * 6 loại detector thông dụng - Detector hấp thụ UV-VIS - Detector huỳnh quang - Detector chỉ số khúc xạ - Detector tán xạ bay hơi - Detector đo dòng - Detector độ dẫn Câu 10. Trình bày kỹ thuật sắc ký lớp mỏng (TLC) - Kích thước bản sắc ký: 5x20cm, 20x20cm. Sau khi chọn bản mỏng phù hợp, TLC gồm có 4 bước sau. B1. Đưa mẫu phân tích lên bản mỏng: - Lượng mẫu đưa lên bản mỏng khoảng 0,1-50 được pha trong dung môi thích hợp (ether, cloroform, nước…). Thể tích dung dịch chấm 1 5 đối với sắc ký phân tích và 1 0,2đối với sắc ký điều chế - Đường xuất phát để chấm sắc ký cách mép dưới bản mỏng khoảng 1,5-2cm. Cách bề mặt pha động 0.8-1,0cm. - Các vết chấm phải nhỏ, đường kính 2-6mm và cách nhau khoảng 15mm - Các vết bìa phải cách bờ khoảng 1cm B2. Khai triển sắc ký: - Thiết bị khai triển: bình thủy tinh có nắp đậy kín, kích thước phù hợp với bản mỏng( thường cao hơn bản ỏng 4-5cm) - Để tăng độ bão hòa dung môi pha động trong bình người ta đặt 1 tờ giấy lọc áp sát thành bình. - Sau khi chấm mẫu sắc ký, bản đã khô (đã bay hết dung môi) đưa vào bình sắc ký đã bão hòa pha động. Mép dưới bản mỏng nhúng vào pha động nhưng vết chấm còn cách bề mặt pha động khoảng 1cm - Có 3 cách khai triển sắc ký: sắc ký lên, ngang, hai chiều. B3. Phát hiện vết trên sắc ký đồ. - Phun thuốc thử hiện màu: Dùng thuốc thử tạo màu với chất phân tích. Đôi khi người ta làm nóng bản mỏng để tăng tốc độ phản ứng tạo màu và cường độ vết màu. - Soi dưới đèn UV: Nhiều vết chất hữu cơ trên sắc ký đồ trở nên tối hoặc phát quang sáng khi soi dưới đèn UV ở bước sóng 254, 366nm. - Dùng densitometer: Thiết bị này đo cường độ tia phản xạ từ bề mặt bản mỏng khi soi dưới đèn UV-VIS. Chất phân tích hấp thụ bức xạ được ghi lại thành pic sắc ký. Câu 11. Trình bày cấu tạo, phân loại, sơ đồ của mạch điện hóa? * Cấu tạo: Mạch điện hóa được hình hành tuef 2 điện cực nhúng vào 1 dung dịch điện ly. -1 cực anod, xảy ra quá trình OXH. -1 cực catod, xảy ra quá trình khử. * Phân loại: có 2 loại. 2 loại này có thể chuyển đổi cho nhau. - Mạch (pin) galvanic: Tạo ra năng lượng điện (nguồn điện). - Mạch điện phân: Tiêu thụ năng lượng điện.  * Sơ đồ mạch điện hóa: Các nhà hóa học quy ước cách viết 1 mạch điện hóa như sau: - Anod và các thông tin liên quan đến nó được viết ở bên trái. Catod được viết ở bên phải. - ranh giới giữa 2 pha đấy có phát triển thế được ghi bằng 1 vạch thẳng đứng. - Nếu mạch có cầu muối được chỉ dẫn bằng vạch song song thẳng đứng. Có thể viết pin Daniell như sau: Zn|(xM)||(xM)|Cu xvxv Câu 12. Trình bày yêu cầu của phản ứng chuẩn độ đo thế. Ưu điểm chuẩn độ đo thế so với chuẩn độ dùng chỉ thị màu? * Yêu cầu:Tương tự phương pháp chuẩn độ nhìn mắt, PƯHH dùng cho CĐĐT phải: - Có tốc độ phản ứng đủ lớn - Xảy ra hợp thức theo 1 chiều xác định - Không có phản ứng phụ Ngoài ra, cần có điện cực chỉ thị thích hợp để phát hiện bước nhảy thế liên quan đến sự xuất hiện của 1 pư điện hóa khác trên bề mặt điện cực tiếp xúc với dung dịch. * Ưu điểm: hơn chuẩn đô dùng chỉ thị màu hóa học (nhìn mắt): - Độ nhạy cao hơn, có thể chuẩn độ dng dịch có nồng độ thấp hơn. - Tránh sai số chủ quan khi phát hiện điểm kết thúc chuẩn độ bằng mắ thường. - Có thể chuẩn độ dung dịch có màu, đục, chuẩn độ riêng hỗn hợp có nhiều thành phần - Có thể tự động hóa việc chuẩn độ đo điện thế.