ánh sáng UV-VIS

1. Lê Nhất Tâm – UIH- IBF
Email: tamnhatle@yahoo.com

2. PHƯƠNG PHÁP PHỔ UV-VIS
Các nội dung chính
+ Vùng phổ UV-Vis và nguồn gốc của sự hấp thụ
+ Phổ UV-Vis
+ Sự chuyển dịch điện tử của các hợp chất hửu cơ
+ Nhóm chức
+ Các yếu tố ảnh hưởng đến bước sóng hấp thụ
+ Hệ thống thiết bị quang phổ UV-Vis
+ Các loại máy quang phổ
+ Ứng dụng phổ UV-Vis trong phân tích thực phẩm

3. • Vùng phổ UV-Vis là vùng nằm ở cận UV cho đến cận IR.
Được xác định từ khoảng 180-1100nm.
• Đây là vùng phổ đã được nghiên cứu nhiều và được áp dụng
nhiều về mặt định lượng.
• Quá trình định lượng được tiến hành bằng cách đo ở một vài
bước sóng hấp thu của hợp chất, sau đó áp dụng định luật
Lambert-Beer để tính toán.
• Nhiều thế hệ thiết bị ra đời dựa trên phương pháp này, và ngày
càng tối ưu hóa quá trình.
• Pháp phổ UV-Vis còn được áp dụng cùng với các phương pháp
khác như Phương Pháp Sắc ký trong quá trình nghiên cứu.
PHƯƠNG PHÁP PHỔ UV-VIS

4. PHỔ UV-VIS VÀ NGUỒN GỐC CỦA SỰ
HẤP THỤ
• Vùng phổ này thường được chia làm 3 vùng chủ yếu: cận UV
(185–400 nm), khả kiến (400–700 nm) và cận hồng ngoại
(700–1100 nm).
• Nguồn gốc của sự hấp thụ trong vùng này chủ yếu là sự tương
tác của các photon của bức xạ với các ion hay phân tử của
mẫu.
• Sự hấp thụ chỉ xãy ra khi có sự tương ứng giửa năng lượng
photon và năng lượng các điện tử ngoài cùng (của ion hay
phân tử) hấp thụ.
• Kết quả của sự hấp thụ là có sự biến đổi năng lượng điện tử
của phân tử. Chính vì vập phổ UV-Vis được gọi là phổ điện tử

5. PHỔ UV-VIS VÀ NGUỒN GỐC CỦA SỰ
HẤP THỤ

6. PHỔ UV-VIS
• Sự hấp thụ năng lượng điện tử trong vùng sóng ánh
sáng tử ngoại gần (190-400nm) và khả kiến (400-
780nm) của các chất gây ra sự chuyển dịch của các
điện tử từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích
thích.
• Biểu đồ biển diễn sự tương quan giữa cường độ hấp
thu theo bước sóng của một chất được gọi là phổ
UV-Vis của chất ấy trong điều kiện xác định

7. • Các quang phổ kế UV-Vis đo độ truyền quang T hay
độ hấp thụ A của bức xạ khi truyền qua mẫu lỏng
• Độ truyền quang T được tính:
Hay :
• Độ hấp thụ A được xác định :
PHỔ UV-VIS

8. • Tùy vào trạng thái của mẫu đo mà phổ thu được có những
đường nét khác nhau:
PHỔ UV-VIS

9. SỰ CHUYỂN DỊCH ĐIỆN TỬ CỦA CÁC HỢP
CHẤT HỬU CƠ
• Phần lớn các hợp chất hửu
cơ được nghiên cứu trong
vùng phổ UV-Vis.
• Quá trình chuyển tiếp bao
gồm các điện tử π , σ or
hay điện tử n nằm trên các
orbital của các nguyê tử
nhẹ như H, C, N, O

10. CHUYỂN MỨC σ →σ*
• Sự chuyển vị của e trong liên kết σ của các hợp chất hửu
cơ từ orbital liên kết σ lên phản liên kết σ*.
• Sự chuyển vị này đòi hỏi một năng lượng khá lớn, vì vậy
quá trình chuyển vị nằm trong vùng tử ngoại xa ( UV).
SỰ CHUYỂN DỊCH ĐIỆN TỬ CỦA CÁC HỢP
CHẤT HỬU CƠ

11. CHUYỂN MỨC n → σ*
• Sự chuyển vị của các điện tử từ obital n lên các orbital
σ* trong các nguyên tử như O, N, S .
• Xãy ra ở vùng phổ tử ngoại gần có cường độ không
lớn. Sự dịch chuyển này dao động ở 180nm cho alcol,
dẫn xuất halogen của nó là 190nm. Đối với các amin là
220nm
Ví dụ : Ete có λmax= 190nm ( ε =2000)
Metanol có λmax= 183nm ( ε =50)
Etylamin có λmax= 210 nm ( ε =800)
SỰ CHUYỂN DỊCH ĐIỆN TỬ CỦA CÁC HỢP
CHẤT HỬU CƠ

12. CHUYỂN MỨC n→ π*
• Đây là quá trình thường xãy ra trong phân tử có một
nguyên tử chứa điện tử không liên kết như ở những
phân tử chứa nhóm chức cacbonyl (C=O) và bước sóng
hấp thu tử 270nm- 295nm. Có cường độ hấp thu thấp
• Bản chất của các dung môi có ảnh hưởng đến bước sóng
hấp thu vì nó tác động đến liên kết trong phân tử.
SỰ CHUYỂN DỊCH ĐIỆN TỬ CỦA CÁC HỢP
CHẤT HỬU CƠ

13. CHUYỂN MỨC π→π*
• Các hợp chất đồng phân với etylen chứa liên kết đôi
trong phân tử có khả năng hấp thu mạnh trong khoảng
bước sóng 170nm
• Vị trí hấp thu phụ thuộc vào sự hiện diện của nhóm thế
ví dụ etylen có λmax= 165nm (ε =16000)
• Những hợp chất không màu thường có phổ hấp thu
trong vùng cận tử ngoại. Khi chúng hấp thu bức xạ thì
chúng sẽ chuyển từ orbital cho điện tử sẽ chuyển lên
orbital nhận điện tử có mức năng lượng cao hơn.
SỰ CHUYỂN DỊCH ĐIỆN TỬ CỦA CÁC HỢP
CHẤT HỬU CƠ

14. TÓM TẮC CÁC BƯỚC CHUYỂN
SỰ CHUYỂN DỊCH ĐIỆN TỬ CỦA CÁC HỢP
CHẤT HỬU CƠ

15. CHUYỂN MỨC d d
• Sự chuyển mức xãy ra ở các orbital d, nhất là ở các
kim loại vùng chuyển tiếp
• Các phối tử có cặp điện tử tự do tham gia lai hóa
với những orbital này chuyển điện tử vào các
orbital này gây ra sự chuyển mức.
• Màu tạo ra của các phức làm cho phức có khả năng
hấp thu những bước sóng ở vùng khả kiến
SỰ CHUYỂN DỊCH ĐIỆN TỬ CỦA CÁC HỢP
CHẤT HỬU CƠ

16. CÁC NHÓM CHỨC
• Nhóm chức là những nhóm nhỏ được tạo thành từ
nhiều nguyên tử, quyết định tính chất của hợp chất
hửu cơ.
• Tại vị trí các nhóm chức trong phân tử các dịch
chuyển điện tử xãy ra, nên phổ đồ của phân tử hửu cơ
liên quan tới các nhóm chức trong phân tử.
• Người ta đã tìm được các bước sóng hấp thu cực đại
cho từng nhóm chức.Từ đó có thể dự đoán sự tồn tại
của các nhóm chức thông qua độ hấp thu của nó.

18. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ
CHUYỂN MỨC
• Ảnh hưởng của dung môi
• Ảnh hưởng của sự liên hợp
• Ảnh hưởng của pH

19. ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI
• Bước sóng hấp thu và cường độ hấp thu của các hợp
chất chịu ảnh hưởng của dung môi.
• Sự tác động của những dung môi khác nhau lên các
phân tử làm thay đổi mức năng lượng giửa các trạng
thái kích thích và cơ bản.
• Sự tác động của dung môi lên phân tử làm sinh ra
:chuyển dịch xanh và chuyển dịch đỏ
NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ
CHUYỂN MỨC

20. CHUYỂN DỊCH XANH
• Là hiện tượng hấp thu bức xạ của các hợp chất hửu cơ
có bước sóng ngắn hơn trong những dung môi có tính
phân cực cao
• Hiện tượng tìm thấy ở quá trình chuyển dịch n→ π* của
nhóm cacbonyl.
• Nguyên nhân là do sự làm bền trạng thái n của dung
môi.
NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ
CHUYỂN MỨC

21. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ
CHUYỂN MỨC

22. CHUYỂN DỊCH ĐỎ
• Là hiện tượng các hợp chất hửu cơ có xu hướng hấp thu
những bức xạ có bước sóng dài hơn trong những dung
môi có độ phân cực cao hơn
• Hiện tượng được tìm thấy ở các phân tử hửu cơ mà trong
cấu trúc phân tử của nó có sự liên hợp.
NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ
CHUYỂN MỨC

23. CHUYỂN DỊCH ĐỎ
• Nguyên nhân của hiện tượng này là:
+ Do khi mạch C càng dài thì hiệu ứng liên hợp càng tăng,
dẫn tới độ lệch năng lượng giữa hai trạng thái giảm.
+ Trong phân tử hửu cơ có hiệu ứng liên hợp càng dài thì
bước sóng hấp thu càng lớn
NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ
CHUYỂN MỨC

24. CHUYỂN DỊCH ĐỎ
NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ
CHUYỂN MỨC

25. TÓM TẮC CHUYỂN DỊCH XANH VÀ
CHUYỂN DỊCH ĐỎ
NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ
CHUYỂN MỨC

26. ẢNH HƯỞNG CỦA pH
• Ảnh hưởng độ bền của phức
• Ảnh hưởng đến sự tạo phức
• Ảnh hưởng dạng tồn tại
NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ
CHUYỂN MỨC

28. Ảnh hưởng của sự liên
hợp
Sự liên hợp p-π hay π- π
đều làm cho trạng thái kích
thích của điện tử π* bền hơn
có năng lượng thấp hơn đều
này dẫn tới bước sóng hấp
thu dài hơn
NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ
CHUYỂN MỨC

29. THIẾT BỊ QUANG PHỔ HẤP THU UV-VIS

30. Nguồn sáng có nhiệm vụ cung cấp bức xạ tương thích với
quá trình đo. Bức xạ được cung cấp bởi nguồn sáng
thường là chùm bức xạ đa sắc, nó bao trùm một khoảng
rộng của phổ.
NGUỒN SÁNG

31. + Đèn Tungsten Halogen , là một nguồn sáng phổ biến
dùng trong máy quang phổ. Đèn này chứa một sợi dây
mảnh tungsteng được đặt trong thủy tinh. Khoảng bức xạ
mà đèn cung cấp là từ 330 đến 900 nm, được dùng trong
vùng visible.
+Thời gian sử dụng đèn này khoảng 1200h.
+ Với U= 6v và cường độ rất lớn dây
tungten bị nung đỏ đưa bầu khi trơ
( neon, Argon)lên trạng thái kích
thích và phát bức xạ
TUNGSTEN LAMP

32. Đèn hydrogen or deuterium cung cấp bức xạ trong vùng
Ultraviolet tương ứng với dãi bức xạ từ 200 đến 450
nm.
Trong hai đèn thì đèn Deuterium ổn định hơn và có thời
gian sử dụng khoảng 500h. Đây là đèn cho phổ liên tục
Hydrogen / Deuterium Lamps

33. Hydrogen / Deuterium Lamps

34. • Thu nhận chùm bức xạ đa sắc phát ra từ đèn, và cho
bức xạ đơn sắc đi ra..
• Có hai loại thiết bị phổ biến gồm lăng kính cà cách tử
THIẾT BỊ TẠO BỨC XẠ ĐƠN SẮC

35. Lăng kính (Prism)
+ Những bức xạ có bức sóng khác
nhau sẽ bị bẻ gảy những
góc khác nhau khi đi ra khỏi lăng .
+ Lăng kính có thể được làm từ thủy
tinh hay thạch anh.
+ Tùy thuộc vào vật liệu làm lăng lính
mà nó có thể tách những bức xạ trong
vùng nào (Lăng kinh thủy tinh phù hợp
với các bức xạ trong vùng visible
nhưng lăng kính thạch anh thì bao phủ
ở cả hai vùng Ultraviolet và Visible) .
THIẾT BỊ TẠO BỨC XẠ ĐƠN SẮC

36. + Cách tử được cấu tạo với vô
số những khe rất nhỏ trên
một diện tích bề mặt
khoảng 200 khe trên một độ
rộng 1cm
+ Tùy thuộc vào góc tới của
chùm ánh sáng và bề mặt
cách tử mà hướng truyền
của chùm bức xạ khi phản
xạ trên bề mặt cách tử theo
những hướng khác nhau..
CÁCH TỬ (GRATINGS)
THIẾT BỊ TẠO BỨC XẠ ĐƠN SẮC

37. CÁCH TỬ (GRATINGS)
Phân loại cách tử:
+ Cách tử truyền suốt: Được làm bằng thủy tinh
+ Cách tử phản xạ : Làm bằng nhôm
THIẾT BỊ TẠO BỨC XẠ ĐƠN SẮC

38. Quan sát phổ qua cách tử
THIẾT BỊ TẠO BỨC XẠ ĐƠN SẮC

39. + Khoang hấp thu là vùng tối nằm vị trí cuối cùng của
đường truyền.
+ Tia bức xạ đơn sắc sau đi được tách ra sẽ đi đến đó.
Thường được thiết kế là một ống nhỏ gọi là Cuvettes.
+ Cuvettes được làm bằng nhựa, thủy tinh hay thạch anh để
chứa mẫu đo.
BỘ PHẬN CHỨA MẪU(CUVETTES)

40. + Có tác dụng cảm nhận bức xạ điện từ sau khi bị hấp thụ và
chuyển lượng bức xạ này thành dòng điện.
+ Cường độ dòng điện thu được là tỷ lệ thuận với cường độ
bức xạ đập vào bề mặt catot.
+ Tế bào quang điện hay Ống nhân quang điện là những thiết
bị hửu dụng trong việc đo xác định
THIẾT BỊ NHẬN BIẾT(DETECTORS)

41.  Ống nhân quang điện có chức năng tổ hợp các tín hiệu
chuyển đổi qua vài giai đoạn khuyếch đại trong thân của
ống. Bản chất của nguyên liệu làm cathode là xác định độ
nhạy của phổ.
ỐNG NHÂN QUANG ĐIỆN
THIẾT BỊ NHẬN BIẾT(DETECTORS)

42. THIẾT BỊ NHẬN BIẾT(DETECTORS)
Tế bào quang điện

43. CÁC LOẠI MÁY QUANG PHỔ
+ Máy quang phổ chùm tia đơn là được phát minh ra đầu
tiên, và toàn bộ ánh sáng đi qua mẫu.
+ Loại này là rẻ hơn vì nó được thiết kế khá đơn giản
Có hai loại : Máy một chùm tia và hai chùm tia
Máy một chùm tia

44. Ưu điểm của máy một chùm tia : Giá thành thấp, thông lượng
bức xạ đi qua cao và như vậy độ nhạy cao.
Nhược điểm: là có khoảng lệch thời gian khi tiến hành đo giữa
các chuẩn cũng như mẩu xác định, vì vậy có thể có vấn đề
với độ trôi. Điều này đã xãy ra với những thiết bị củ, những
thiết bị hiện đại với những tính năng cao và ổn định đã khắc
phục nhược điểm này. Vì vậy máy quang phổ một chùm tia
vẫn có những ứng dụng cao trong các phòng thí
Máy một chùm tia
CÁC LOẠI MÁY QUANG PHỔ

45. MÁY QUANG PHỔ DIODE ARRAY
CÁC LOẠI MÁY QUANG PHỔ

46. + Thiết bị đo hai chùm tia nhằm mục đích khắc phục độ trôi
xãy ra trong quá trình đo. Nguyên nhân gây ra độ trôi là cường
độ ánh sáng bị mất đi trên đường truyền, do thay đổi đường đi,
do phản xạ, do sự chuyển hóa thành dòng điện khi tương tác
với detector. Sự mất đi này không đồng nhất khi đo mẫu blank
và mẫu đo riêng biệt.
+ Trong thiết bị hai chùm tia có hai vị trí đo, tương ứng với
mẫu và mẫu đối chứng. Chùm tia sáng tới được phân tách thành
hai chùm có cường độ bằng nhau, một chùm đi qua mẫu đo và
một chùm đi qua mẫu đối chứng.. Như vậy I0 và I được đo cùng
một lúc.
Double beam
CÁC LOẠI MÁY QUANG PHỔ

47. Double beam
CÁC LOẠI MÁY QUANG PHỔ

48. • Ưu điểm của thiết bị hai chùm tia
Cho độ chính xác cao vì mẫu đo và mậu đối chứng được đo
cùng một lúc.
• Nhược điểm là giá thành cao, độ nhạy thấp do cấu trúc
quang học phức tạp hơn, độ tin cậy thấp hơn.
Double beam
CÁC LOẠI MÁY QUANG PHỔ

49. ỨNG DỤNG PHỔ UV-VIS TRONG
THỰC PHẨM
• Phân tích protein
• Phân tích Carbonhydrat
• Phân tích hàm lượng kim loại trong thực phẩm
• Phân tích một số chỉ tiêu nước

50. Định luật Lambert- Beer

51. Định luật Lambert- Beer

52. Định luật Lambert- Beer
Một số sách ký hiệu K’ là Ɛ

53. HIỆU CHỈNH

55. SAI LỆCH TRONG ĐL LAMBERT - BEER
• Định luật chỉ đúng với những dung dịch có nồng độ
là thấp
• Do nguồn sáng không thật là đơn sắc nên có lẫn
những bức xạ có bước sóng lân cận nhiểm vào. Dẫn
tới A= lg I/I0 không đúng