Tiểu luận phân tích quang phổ hoá học
A. MỞ ĐẦU
Phân tích quang phổ hoá học là một trong những phương pháp phân tích công cụ
phổ biến và quan trọng để xác định định tính cũng như định lượng các nguyên tố, các
hợp chất trong nhiều đối tượng phân tích khác nhau, ví như: để kiểm tra các quá trình
sản xuất trong công nghiệp hóa học, công nghiệp luyện kim, để nghiên cứu địa chất ,
nghiên cứu sinh học, y học, khoáng vật học…
Cơ sở của phương pháp phân tích này là dựa vào sự tương tác giữa bức xạ điện từ
với các phần tử hoá học. Có bốn quá trình cơ bản xãy ra khi chiếu chùm bức xạ điện
từ vào tập hợp vật chất: hấp thụ, huỳnh quang, phát xạ, tán xạ. Những quá trình này
đều tuân theo một số mối quan hệ định lượng thể hiện qua 5 định luật cơ sở trong hóa
quang phổ. Những mối tương quan này chính là kiến thức cơ bản dùng cho tất cả các
phương pháp phân tích hoá quang phổ.
Chính vì thế để thuận lợi cho việc tiếp cận cũng như có được những kiến thức tổng
quát trước khi nghiên cứu sâu vào các phương pháp phân tích quang phổ, tôi chọn đề
tài: “ Tìm hiểu những định luật cơ sở của sự hấp thụ ánh sáng". 1
Tiểu luận phân tích quang phổ hoá học
B. NỘI DUNG
I. Những định luật cơ bản của sự hấp thụ ánh sáng
I.1. Định luật Bouguer – Lambert
I.1.1. Thí nghiệm [4/269 ]
Xét sự hấp thụ ánh sáng bởi một dung dịch màu nằm trong cuvet với các thành song
song. Bề dày của lớp dung dịch hấp thụ ánh sáng là l. Chiếu một bức xạ năng lượng có
cường độ I
o
tới dung dịch, dung dịch sẽ hấp thụ một phần, phần còn lại sẽ đi ra khỏi
dung dịch tới máy thu (detectơ) để ghi nhận.
Đầu tiên Bouger (Pierre Bouger:1698-1758) phát hiện ra rằng phần năng lượng bức

dòng sáng đơn sắc đi qua dung dịch như nhau”
2
Tiểu luận phân tích quang phổ hoá học
I.1.4. Chứng minh công thức
a- Cách 1 [2/127]

Hình dung thí nghiệm trên như hình vẽ, ta chia bề dày dung dịch thành l lớp nhỏ.
Khi ánh sáng đi qua lớp dung dịch thứ nhất, cường độ ánh sáng giảm đi n lần nên ở
cuối lớp thứ nhất cường độ ánh sáng bằng:

0
1
(n>1)
I
I
n
=
(2)
Cuối lớp thứ nhất cũng có nghĩa là đầu lớp thứ hai. Chùm ánh sáng có cường độ I
1
chiếu qua lớp thứ hai, sau khi đi qua lớp thứ hai cũng giảm đi n lần (các lớp có bề dày
như nhau). Nên ta có:

0
1
2
2
I
I
I

n l n
I
= =
(6)
Đại lượng
0
lg
l
I
I
gọi là độ hấp thụ quang của dung dịch (hay mật độ quang) kí hiệu
bằng A (Absorbance):
lg .A l n l k= =
(7)
3
I
o
I
I
o
I
1
I
2
I
3.
... I
l
Tiểu luận phân tích quang phổ hoá học
Cách 2: [5/12]

I
= −
∫ ∫
(10)

0
ln
l
I
al
I
= −

0
0
1
lg lg .
2,303
l
l
I I
al k l
I I
→ = − → =
(11)
k: là hằng số tương tự như lgn trong phương trình (6).
I.1.5. Đồ thị

A
l

. Nhận thấy A
1
=A
2
=
A = K.l.C (12)
I.2.2. Công thức
Công thức của định luật Beer:
A = K.l.C (13)
K: là hệ số tỷ lệ.
C: là nồng độ của dung dịch, tính bằng đơn vị mol/L.
l: bề dày của dung dịch, đo bằng cm.
I.2.3. Nội dung của định luật [6/25]
Có hai cách phát biểu định luật này:
Cách 1: “Sự hấp thụ dòng quang năng tỷ lệ bậc nhất với số phân tử của chất hấp thụ
mà dòng quang năng đi qua nó”.
Cách 2: “Độ hấp thị ánh sáng của dung dịch màu (đại lượng mật độ quang) tỷ lệ
bậc nhất với nồng độ của dung dịch chất hấp thụ ánh sáng”.
5
0 1 2 3 4 5 l, cm
12,5
50
25
I
0
Tiểu luận phân tích quang phổ hoá học
I.2.4. Chứng minh công thức [5/13]
Dung dịch ban đầu có nồng độ C
1
, bề dày l

1
/n) = K.l
1
.C
1
= A
1
= A = K.l.C (k giống nhau
vì đều là một chất màu).
Có thể chứng minh một cách khác như sau: Vì dung dịch 2 chính là dung dịch 1 đã
được pha loãng n lần nên hai dung dịch này có số trung tâm hấp thụ ánh sáng là bằng
nhau nên độ hấp thụ quang của hai dung dịch là như nhau.
I.2.5. Đồ thị
Dựa vào biểu thức của định luật ở phương trình (13) ta thấy đồ thị biểu diễn sự phụ
thuộc của A vào nồng độ là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ như hình 2a, phương
trình đường thẳng y = ax. Tuy nhiên trong thực tế, đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của A
vào nồng độ thường là một đường thẳng không đi qua gốc tọa độ như hình 2b, phương
trình đường thẳng y =ax+b, nguyên nhân là do ảnh hưởng của thành phần nền của mẩu
(ảnh hưởng của nền).

Hình 3: Đồ thị biểu diển sự phụ thuộc của mật độ quang A vào nồng độ của dung
dịch tại giá trị bước sóng
λ
xác định.
I.3. Định luật hợp nhất Bouguer- Lambeer- Beer
I.3.1. Công thức
Kết hợp phương trình (7) và (13) ta được biểu thức của định luật hợp nhất:

0
lg . .

)
C
Hinh 2b
Tiểu luận phân tích quang phổ hoá học
l: là bề dày của dung dịch, đơn vị cm.
C: nồng độ của dung dịch màu, đơn vị mol/L
I.3.2. Nội dung định luật [7/36]
“Khi đi qua hệ (dung dịch màu) một chùm photon đơn sắc thì mức độ hấp thụ của
dung dịch màu tỷ lệ thuận với công suất chùm photon và nồng độ các phần tử hấp
thụ”.
I.3.3. Đồ thị
Dựa vào phương trình (14) khi ta có định
ε
(bằng cách đo tại một bước sóng xác
định), l không đổi (đo trong cuvet có bề dày như nhau), nồng độ C thay đổi thì lúc này
mật độ quang chỉ phụ thuộc bậc nhất vào nồng độ C. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc
của A vào nồng độ là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ như hình 3a, phương trình
đường thẳng y = ax. Tuy nhiên trong thực tế, đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của A vào
nồng độ thường là một đường thẳng không đi qua gốc tọa độ như hình 3b, phương
trình đường thẳng y =ax+b, nguyên nhân là do ảnh hưởng của thành phần nền của mẩu
(ảnh hưởng của nền).

Hình 3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang A vào nồng độ C.
I.4. Định luật cộng tính
Ba định luật được giới thiệu ở trên chỉ áp dụng được cho một chất hấp thụ ánh
sáng. Nếu một hệ có nhiều chất hấp thụ ánh sáng thì cần phải có định luật thứ tư bổ
sung cho ba định luật trên đó chính là định luật cộng tính, định luật này là cơ sở định
lượng cho việc xác định nồng độ của hệ nhiều cấu tử hấp thụ ánh sáng.
I.4.1. Thí nghiệm [1/17]
7

1
,chất 2 có nồng độ là C
2
được giá trị A
3
. Thấy
rằng nếu 1 và 2 không tương tác với nhau thì A
3
= A
1
+A
2
còn nếu 1 và 2 tương tác với
nhau thì A
3
≠
A
1
+A
2
.
I.4.2. Công thức [2/254]
Giả sử hệ có n cấu tử không tương tác hoá học với nhau: A, B, C,...N theo định luật
cộng tính:
Mật độ quang của dung dịch:

dd
...
A B C N
A A A A A

I
A
I
B

Ta có:
0
lg
A
A
I
A
I
λ
=
(17);
lg
A
B
B
I
A
I
λ
=
(18);
lg
B
C
I

λ λ λ
+ + = + +
(21)

0
dd
lg
I
A
I
λ
= =
(22)
Vậy:
3
dd
1
i
i
A A
λ λ
=
=
∑
(23)
Tương tự như vậy cho hệ n cấu tử không tương tác với nhau:
dd
1 1
. .
n n

Do đó khi đo mật độ quang của dung dịch với cuvet có bề dày là l cm bằng các tia
sáng có
λ
khác nhau, khi đó l, C là không đổi nên
( )A f
λ
=
cho ta đường cong biểu
diễn phổ hấp thụ của chất hấp thụ ánh sáng. Khi đo mật độ quang của dung dịch ở
nồng độ 1 M, cuvet 1 cm thì mật độ quang thu được chính là hệ số hấp thụ phân tử
gam
ε
, đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của
ε
vào
λ
.
Hình 4: Dạng chung của phổ hấp thụ và cách tính nửa bề rộng đám hấp thụ
9
ε
ε
max
ε
max/2
a
1/2
λ
axm
λ
3/2

I
A
I I
=;
(26)
Trong đó: dd
1
là dung dịch so sánh (dung dịch so sánh có thể là dung môi nguyên
chất hay dung dịch đo đã pha loãng), dd
o
là dung đo.
Hiện nay các máy đo mật độ quang đã được chế tạo để có thể đọc trực tiếp A trên
máy.
II.2.Độ truyền quang
II.2.1. Công thức
Tỷ số
o
I
I
đặc trưng cho độ truyền quang của ánh sáng qua dung dịch được gọi là độ
truyền quang hay độ trong suốt được kí hiêu bằng chữ T.
0
10
lC
I
T
I
ε
−
= =