Quang phổ kế

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm

Quang phổ kế là một thiết bị dùng để đo “số lượng ánh sáng” một mẫu hấp thụ được khi cho tia sáng đi xuyên qua mẫu và đo lường cường độ của ánh sáng đến đầu dò (detector).

Nguyên tắc cơ bản[sửa | sửa mã nguồn]

Tia sáng là một dòng photon, đại diện bởi các bóng tím, trong mô phỏng hiển thị dưới đây. Khi một photon gặp một phân tử mẫu phân tích, mẫu sẽ hấp thu photon. Sự hấp thu làm giảm số lượng photon của tia sáng, do đó làm giảm cường độ của tia sáng. Các nguồn ánh sáng được thiết lập để phóng 10 photon cho mỗi giây. Các photon chuyển động và được hấp thu (loại bỏ) khi tia sáng qua các khe chứa các mẫu. Cường độ của ánh sáng đến được đầu dò thấp hơn cường độ tia sáng phát.

Đo bằng quang phổ kế[sửa | sửa mã nguồn]

  • Trước tiên, đo cường độ của ánh sáng (I 0) đi qua một mẫu chuẩn. Mẫu chuẩn là mẫu không chứa các chất hấp thụ ánh sáng. Việc chuẩn mẫu này là cần thiết bởi vì các ngăn đựng đã tán xạ một ít ánh sáng.
  • Thứ hai, đo cường độ của ánh sáng (I) đi qua các mẫu đo.
  • Thứ ba, các dữ liệu thử nghiệm được sử dụng để tính toán 2 đại lượng: truyền qua (T) và hấp thụ (A).
T = I/Io
A = -log T

Trong phạm vi mà một mẫu hấp thụ ánh sáng phụ thuộc mạnh mẽ vào bước sóng ánh sáng. Vì lý do này, spectrophotometry sử dụng ánh sáng đơn sắc. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng trong đó tất cả các photon có cùng bước sóng.

Để phân tích các mẫu mới, người phân tích đầu tiên sẽ xác định phổ hấp thụ. Phổ hấp thụ hiển thị sự hấp thụ ánh sáng tùy thuộc vào bước ánh sáng. Phổ chính là phụ thuộc của độ hấp thụ với bước sóng ánh sáng và là đặc tính của bước sóng  max) mà ở đó sự hấp thụ là lớn nhất.

Giá trị của max là rất quan trọng vì một vài lý do. Bước sóng này là đặc tính của mỗi hợp chất và cung cấp các thông tin về cấu trúc điện tử của mẫu phân tích. Để có sự nhạy cao nhất và để giảm thiểu sai lệch từ Định luật Berr, ta phân tích bằng cách sử dụng ánh sáng với bước sóng cận  max. Theo định luật Beer, độ hấp thụ là 1 đường tuyến tính phụ thuộc vào bề dày mẫu và nồng độ mẫu phân tích.

A = e lc

bề dày mẫu l (cm), nồng độ mẫu c (mol/l), e khả năng hấp thụ mol ( l.cm/mol)

Đại lượng e là khả năng hấp thụ mol; trong tài liệu cũ, đôi khi nó được gọi là hệ số tắt. Khả năng hấp thụ mol là khác nhau với từng bước sóng ánh sáng được sử dụng trong đo lường. Các phổ hấp thụ đôi khi hiển thị theo e vs lamda hơn là A và lamda.

Truyền qua lại là một đại lượng dễ dàng hơn để hiểu hơn hấp thu. Nếu T = 30%, thì 30% photon đi qua các mẫu đạt đến đầu dò và 70% khác được hấp thu bởi các mẫu. Hấp thụ thì kém trực quan hơn, nếu A = 0, không có photon được hấp thụ, và nếu A = 1,00, thì 90% photon được hấp thu; chỉ có 10% đến đầu dò. Nếu A = 2,00, thì 99% photon được hấp thu; chỉ 1% đến đầu dò. Đó là hấp thụ, tuy nhiên, nó hiển thị một cách dễ dàng phụ thuộc vàol và c (Định luật Beer), và như vậy, hầu hết các nhà phân tích chọn dữ liệu báo cáo là hấp thụ hơn là truyền qua.

Ứng dụng[sửa | sửa mã nguồn]

Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của spectrophotometry là để xác định nồng độ mẫu lỏng. Thử nghiệm khai thác Định luật Beer, đó là đường dự báo mối quan hệ giữa độ hấp thụ của mẫu lỏng và nồng độ phân tích (giả sử tất cả các tham số thực nghiệm không thay đổi).

Trong thực tế, một loạt các mẫu chuẩn được chuẩn bị. Một mẫu chuẩn là một mẫu mà nồng độ phân tích được biết một cách chính xác. Phổ hấp thụ của các mẫu chuẩn đã đo lường và được dùng làm đường cong hiệu chỉnh, mà trong trường hợp này là một đồ thị của độ hấp thụ và nồng độ. Các điểm trên đường cong hiệu chỉnh nên cân chỉnh thẳng hàng.

Các mẫu lỏng chưa biết được phân tích sau đó. Phổ hấp thụ của chất chưa biết được giao với đường cong hiệu chỉnh để xác định nồng độ. Các dữ liệu thu được từ các tiêu chuẩn được sử dụng để vẽ đường thẳng. Độ dốc và các giao điểm của những đường này cung cấp một mối quan hệ giữa hấp thụ và nồng độ: A = slope c + intercept