1. Cơ sở lí thuyết của phương pháp [6; 7; 14; 27; 32]
1.1. Trạng thái kích thích
Khi các e lec tro n c ủ a n g u y ê n tử tro n g p h â n tử bị kích th ích chuvển từ t r ạ n g t h á i cơ b ả n lê n t r ạ n g th á i kích th íc h có n ă n g lượng cao. s a u đó các e le c tro n n à y trở vê t r ạ n g th á i b a n đ ầ u th ì electron bức xạ n ă n g lư ợ n g dưới d ạ n g h u ỳ n h q u a n g h a y lâ n quang. Loại h u ỳ n h q u a n g đơn g iả n n h ấ t x u ấ t h iệ n ở các d ạ n g hơi n guyên tử (h u ỳ n h q u a n g cộng hưởng). Ngoài ra, còn có loại huỳnh q u a n g có bước só n g lớn hơn bước sóng c ủ a các vạch huỳnh q u a n g cộng h ư ơ ng. Sự dịch c h u y ê n th e o p h ía sóng dài này là sự dịch c h u y ể n S to k e s.
N g uy ên lí loại t r ừ P a u l i cho biết: K hông th ể có 2 e lec tro n có cùng 4 s ố lượng tử. do đó h a i e lec tro n ở tr ê n c ù n g m ột o b ita n phải có s p in k h á n g so n g s o n g và c h ú n g được gọi là m ột cặp spin.
Phần lớn các p h â n tử c h ứ a các e lec tro n cặp đôi đ ề u k h ô n g có từ trường n ê n được gọi là t h u ậ n từ (p a ra m a g n e tic ) và bị đẩ y tro n g từ trư ờng n a m c h â m v ĩn h cửu. Ngược lại. các gốc tự do chỉ có một electron riê n g lẻ, có m o m e n t ừ và bị h ú t vào từ trư ờ n g cho nên được gọi là n g h ịc h t ừ (d iam agn etic).
T r ạ n g t h á i e le c tro n tr o n g p h â n tử. tro n g đó các e lec tro n đề u cặp đôi được gọi là t r ạ n g t h á i đ ơ ii (singlet) và k h ô n g bị p h â n tách mức n ă n g lượng k h i đ ặ t p h â n tử tro n g từ trường.
Ngược lại, t r ạ n g th á i cơ b ả n c ủa electron ớ các gốc tự do là t r ạ n g t h á i ké p (douplet) vì các electron riê n g lẻ có hai định hướng tro n g t ừ trư ờ n g ngoài, tạo ra h a i mức n ă n g lượng khác n h a u (h ìn h 8.1).
Trạng thái cơ bàn 7t2 Trạng thái kích thích Trang thái kích thích ba
(Singlet) 7171 (T rip le t)-
Hình 8.1. Câu hình spin của electron ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích
K hi m ộ t cặp e le c tro n c ủa p h â n tử bị k íc h th íc h lén trạng t h á i n ă n g lư ợ n g cao h ơ n có t h ể c h iêm t r ạ n g th á i đơn hay t r ạ n g t h á i b a (trip le t). T r o n g t r ạ n g t h á i đơn. các electron ở t r ạ n g t h á i cơ b ả n và t r ạ n g t h á i k ích th íc h có s p in ngược nhau (cặp n h a u ) , còn tr o n g t r ạ n g t h á i b a th ì c h ú n g có spin cùng c h iề u (k h ô n g cặp n h a u ).
Thời g ia n sông của t r ạ n g t h á i kích th ích ba có th ế từ 10-4
giây đê n vài giây. Ngoài ra. sự kích th íc h s in h ra bức xạ của p h á n tử từ t r ạ n g th á i cơ b ả n đ ế n t r ạ n g th á i kích thích ba có xác s u ấ t xảy ra t h ấ p và các đ ỉn h h ấ p t h ụ từ các q u á trìn h này có cường độ t h ấ p hơn so với trư ờ n g hợp bước ch u y ển đơn đơn. Tuy nh iê n , t r ạ n g t h á i kích th íc h ba có th ể xảy r a ở một sô phán tử và tạo r a q u á t r ì n h p h á t lâ n q u an g.
T r ê n h ì n h 8.2 chỉ r a g i ả n đồ m ức n ă n g lư ợ ng c ua các p h á n tử.
310
Trạng thái S0
cơ bản
Trạng th á i kíc h thích dem Dao động - ' ”hồi phục
Z z=
Trạng thái kích thích ba
Si
Hấp thu
-Ti
Huỳnh quang
T T T T T
l l l l l i I I I I I I I I I I I I I I l l l l l
Lãn quang
l l i l l M i l l Ị I l ì I
M i l l
i . Dao đỏng l ú
/ y --L.L i ' hòi phục ~ } ~ ' ^ - - y
Ầ1 A.,
Hình 8.2. Giản đồ năng lượng của hệ phát quang
H ìn h 8.2 là g iả n đồ mức n ă n g lượng c ủ a các p h â n tử p h á t quang. Đ ường đ ậ m n é t p h ía dưới là t r ạ n g th á i cơ b ả n n ă n g lượng c ủa p h â n tử, tư ơ n g ứ n g với t r ạ n g th á i đơn. được kí h iệ u là S0. Đưòng đ ậ m n é t p h ía t r ê n là t r ạ n g th á i kích th íc h n ă n g lượng của p h â n tử tư ơ n g ứ n g VỚI các t r ạ n g th á i Sj, S2 và t r ạ n g th á i bức xạ Tj. Các v ạch m ỏng ở p h ía dưới và p h ía tr ê n (/) tương ứ n g với sự hồi p h ụ c d ao động.
Sơ đồ chỉ r a p h â n tử bị kích th íc h có th ể h ấ p th ụ n ă n g lượng của h a i d ải bức xạ Ằl và X2 ứ n g với bước c h u y ể n S0 - ằ Sj và S0 -ằ S2, s a u đú xảy r a cỏc q u ỏ t r ỡ n h hồi p h ụ c dao động về t r ạ n g thái Sj, rồi p h á t h u ỳ n h q u a n g bức xạ Ằ3 trở về tr ạ n g th á i cơ bản. Bên c ạ n h đó. có th ể xảy r a q u á t r ì n h giao n h a u giữa t r ạ n g
th á i bị kích th íc h đơn và t r ạ n g th á i kích thích ba (S, -> T ,). rồi sa u đó trớ lại t r ạ n g th á i cơ b ả n p h á t lâ n q u a n g bức xạ >.4. tuy nhiên q u á t r ì n h n à y có xác s u ấ t xảy r a th ấp .
Tốc độ c ủ a p h o to n bức xạ bị h ấ p t h ụ r ấ t n h a n h , khoảng
1 0" 's giãy, còn sự p h á t xạ h u ỳ n h q u a n g x ả y r a vối tốc độ c h ậ m hơn.
Do tốc độ t r u n g b ỡn h của bước c hu yờn T, —ằ s nhú hơn S. —> s n ê n sự p h á t lân q u a n g có thời gian sống từ 10"J ->10 giây hoặc dài hơn.
1.2. Hiệu suất lượng tử và cường độ bức xạ huỳnh quang - Hiệu suất lượng tứ huỳnh quang <t>f là ti sô giữa số phán tử p h á t h u ỳ n h q u a n g v à tổn g số p h á n tử bị kích thích:
Sô^ p h á n tử p h á t h u ỳ n h q u a n g Tông sô p h á n tứ bị kích thích - Định luật huỳnh quang đinh ỉượng
T ron g m ục 2.5 chương 3. ta đã th iế t lập phương trìn h cua phép đo phô h u ỳ n h q u a n g đ ịn h lượng:
I hq = 2 .3 0 3 K .I o.e/C (8.1)
M ặt khác: I hq = O f .I0.e/C (8.2)
P h ư ơ n g tr ì n h (8.2) chi cho Ihq tu y ế n tín h vối nồng độ c cua d u n g dịch c h ấ t p h á t h u ỳ n h q u a n g khi: e /c < 0.01.
Khi zic > 0 .0 5 thi phương trìn h (8.2) có sai số * 2.5°0 . H ìn h 8.3 cho đường cong p h â n tích h u ỳ n h q u a n g cua qumin s u n fa t đo tro n g cuvet có c hiều dày k h á c nh a u .
100
0,01 0,1 1,0 10 50 100 1000
Nồng độ, Ịig /m l
Hình s.3ắ Đường cong phân tích huỳnh quang của quin in sunfat tro n g cu ve t có chiểu dày khác nhau.
| ề3. Sự liên quan giữa cấu tạo phân tử và s ự phát huỳnh quang
N g h iê n cứu p h ổ h u ỳ n h q u a n g người t a thấy:
- Bước c h u v ể n ơ* —>ơ h iế m th ấ v vì bước c h u y ể n n à y ứ n g với nguồ n n ă n g lượng lớn k h o ả n g 6 0 0 k J/m o l có th ể p h á vỡ m ột số liên k ế t tr o n g p h â n tử.
— Bước c h u y ể n e le c tro n q u a n trọ n g tro n g h u ỳ n h q u a n g là 71* —> 71 và TI* —ằ n, tr o n g đú bước chuyển 7X* —> 71 cú hệ sụ" h ấ p th ụ p h â n tử mol lớn h ơ n bước c h u y ể n n -> n từ 1 0 0 đ ế n 1 0 0 0
lần. Thời g ia n s ô n g ứ n g với bước c h u y ể n 71* —> 71 n g ắ n hơn (10-7
đến i c r9s) so vói thò i gia n sống c ủ a bước c h u y ển 7t ’ -> n (1 0^ đến 1 0_7s).
D u n g môi có ả n h hư ở ng m ạ n h đế n sự p h á t h u v n h quang của c h ấ t vì d u n g môi có k h ả n ă n g tạ o ra lực V an d e r Waals m ạ n h với t r ạ n g t h á i kích thích, kéo dài thời g ian sống của sự va c h ạ m v à là m t h u ậ n lợi cho q u á tr ì n h k h ử hoạt.
Giá tr ị p H c ủ a d u n g dịch, có trư ờ n g hợp c ũ n g ả n h hưởng đế n sự p h á t h u ỳ n h q u a n g c ủ a p h â n tử.
T ro n g b ả n g 8.1 có sự liên q u a n giữa h iệ u ứ n g nhóm thê và cường độ p h á t h u ỳ n h q u a n g c ủ a b e n ze n thế.
Bảng 8.1. Hiệu ứng nhóm thế liên quan đến cưòng độ phát huýnh quang của benzen thế [14]
Chất Công thức
Cường độ huỳnh quang
tương đối
Benzen CM; 2 7 0 -3 1 0 10
Tcluen C.;H.;CH; 27C - 320 17
Prcpyl benzen CeH5C3H7 270 - 32C 17
Flcrooenzen Of Hep 270 - 320 10
Clcrobenzen C.;H.;CI 275 - 345 7
Brcmooenzen C?H=Br 290 - 380 5
locicbenzen CcHrl - 0
Phenol CeH5OH 285 - 365 18
Icn phenoiat C.-H.-CT 3 1 0 -4 0 0 10 1
An sol C.-H.-OCH, 285 - 345 20 1
Abilin CH.-NH- 310 -4 0 5 2C
Icn anilin CeH=NH, _ 0
Ax;: benzoic C.-H.-COOH 3 1 0 - 3 9 0 3
Beazcnitril C.H--CN 2 80 -3 6 0 20
N trcbenzen c ?h.;n o 2 c
- Các p h â n tử có c ấu tạo cứng n h ắ c có k h ả n ă n g p h á t h u ỳ n h quang cao hơn. Ví dụ, p h â n tử ílo ren (hiệu s u ấ t lượng tử cao hơn 1,0) so với p h â n tử b ip h e n y l (hiệu s u ấ t lượng tử 0.2).
Biphenyl Floren
- Các hợp c h ấ t phức c h e la t có cấu tạo cứng n h ắ c n ê n cường độ p h á t h u ỳ n h q u a n g t ă n g lên so với p h â n tử c h ư a tạ o phức.
V í d ụ : P h â n tử 8-o x iq u in o lin có cường độ p h á t h u ỳ n h q u a n g n h ỏ h ơ n p h ứ c c ủ a ion Z n 2+ với th u ố c t h ử n à y do có c ấ u tạo c ứ n g n hắc:
8-Oxiquinolin
Tương tự, p o n ta c ro m BBR là loại thuốc n h u ộ m k h ô n g p h á t huỳnh q u a n g n h ư n g p h ứ c c h e la t c ủ a nó với AVi¥ th ì p h á t h u ỳ n h quang m à u đỏ ỏ pH = 4.50.
h20n ,..h20
C h e la t c ủ a AT1'1' vối pon tacro m BBR
1.4. Các yếu tô khác ảnh hưởng đến sự p h át huỳnh quang
1.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
H iệ u s u ấ t lượng tử c ủa sự p h á t h u ỳ n h q u a n g bị giảm khi n h iệ t độ tà n g , vì k h i n h iệ t độ tă n g thì tầ n số va ch ạm tăng làm cho k h ả n ă n g k h ử h o ạ t q u a sự biến c h u y ển ngoài th u ậ n lợi hdn.
Do đó, người ta th ư ờ n g tiế n h à n h phươ ng p h á p h u ỳ n h quang ở
n h iệ t độ th ư ờ n g (th ậ m chí, có trư ờ n g hợp p h ả i h ạ n h iệ t độ) đê t ă n g cường độ p h á t h u ỳ n h quang .
1.4.2. Ảnh hưởng của dung môi
Các d u n g môi c h ứ a lon kim loại n ặ n g làm giảm sự phát h u ỳ n h q u a n g c ủa p h â n tử. H iệu ứ n g tương tự c ủ n g gặp khi có n g u y ê n tử n ặ n g t h ế vào các p h â n tử p h á t h u ỳ n h q u a n g vì sự tư ơ n g tác s p in - o b ita n là m t ă n g tốc độ h ìn h t h à n h trạ n g thái t r i p le t và là m giảm sự p h á t h u ỳ n h quang.
1.4.3. Ảnh hưởng của pH
Các hợp c h ấ t h ữ u cơ v à p hức c h e la t th ư ờ n g chứa các nhóm chức a x it h a y bazơ có c ấ u tạo th a v đổi tro n g môi trư ờ ng axit hay bazơ k h á c n h a u n ê n sự p h á t h u ỳ n h q u a n g của c h ú n g thường p h ụ th uộ c vào pH c ủa môi trư ờ n g cả vê bước sóng lẫ n cường độ p h á t h u ỳ n h q u ang .
316
Sự p h ụ th u ộ c h iệ u s u ấ t h u ỳ n h q u a n g vào pH c ủa d u n g dịch thường k h ô n g t u â n th e o quy l u ậ t c h u n g . T r ê n h ìn h 8.4 cho t h ấ y sự p h ụ th u ộ c n à y có b a d ạ n g 1, 2, 3.
Hình 8.4. Sự p h ụ th u ộ c hiệu s u ấ t h u ỳ n h q u a n g (Q) v à o pH củ a d u n g d ịc h ễ
1.4.4. Ảnh hưởng của oxi không hoà tan
Oxi k h ô n g hoà t a n th ư ò n g là m giảm cường độ p h á t h u ỳ n h qu ang tr o n g d u n g dịch. H iệu ứ n g n à y có th ê do sự 0 X 1 hoá cảm ứng q u a n g h o á củ a v ậ t p h á t h u ỳ n h q u a n g hoặc do tín h t h u ậ n từ của oxi p h â n tử đã c h u y ể n h oá p h â n tử k ích th íc h s a n g t r ạ n g thái ba.
1.4.5. Phản ứng hoá học ở trạng thái kích thích
P h ả n ứ n g hoá học c ủ a p h â n tử ở t r ạ n g t h á i kích th íc h là p h ản ứ n g c ạ n h t r a n h với p h ả n ứ n g p h á t q ua n g .
V í d ụ : 9 .1 0 - A n tr a q u in o n . ỏ' t r ạ n g thái cơ bản hoà t a n tro n g ancol. h o à n to à n b ề n v ữ n g k h ô n g có p h ả n ứng. N h ư n g k h i h ấ p thụ bức xạ nó c h u y ê n t h à n h t r ạ n g th á i kích th íc h đ ầ u tiên, ở trạ n g t h á i đơn. s a u s a n g t r ạ n g th á i ba. M ặc dù có th ê p h á t q u a n g n h ư n g lại p h ả n ứ n g với ancol, ch iếm n g u y ê n tử h iđ ro
cua ancol biên ancol t h à n h a n đ e h it . còn nó trớ thành
9. 1 0- d i h i đ r o x i a n t h r a x e n là c h ấ t p h á t h u ỳ n h q u a n g và dặp tắt sự p h á t lá n quang .
o
9.10—A n tr a q u in o n 9.10—O m it hra(iuin(irỀ ( T rạ n g t h á i kích thích)
OH
C H .C H . O H
+ C H3CHO
Axetanđehit
OH
9.10 Dihictmxi a n t h r a x e n
1.4.6. Ả n h h ư ỏ n g c ủ a h iệ u s u ấ t h u ỳ n h q u a n g p h u thu ô c vào bư ơ c s o n g của bức xạ k ic h thích
T ro n g p h é p đo phô h u ỳ n h q u a n g , ngứòi ta th ư ờ n g dùng hộ p h ậ n tạo bức xạ điện từ đón sắc: (m o n o c h ro m a to r) đê chọn bước sóng cua búc xạ đ iệ n t ừ kích th íc h th íe h họp - /-TI')- Khi buỏc sóng c u a bức xạ điện từ kích th íc h /. > >.Tr th ư ờ n g làm cho h iệu s u á t h u ỳ n h q u a n g (Q) giam n h a n h (h ìn h 8.5).
Điếu này có th e giãi th íc h n h ư sau: Khi t â n g >.KT thi năng lưọng cua bức xạ điện t ừ g iá m và khôn<Ị đu kích thích đê
31 s
chuvển các electron từ t r ạ n g th á i cơ b ả n lên các mức kích th ích cần th iế t đê có phố h u ỳ n h q u a n g với cường độ m ạ n h .
H ì n h 8. 5. S ự p h ụ t h u ộ c g iữ a h iệ u s u ấ t h u ỳ n h q u a n g (Q )
v à o b ư ớ c s ó n g c ủ a b ứ c x ạ k íc h th íc h .
1.4.7. Ảnh hưởng của nồng độ chất phát quang
Thư ờng th ì khi t ă n g n ồ n g độ c h ấ t p h á t q u a n g đ ế n một nồng độ xác đ ịn h (Cxlr) th ì h iệ u s u ấ t h u ỳ n h q u a n g t ă n g với c. Tuy
nhiên, đến m ột giá tr ị giới h ạ n (CT|>). s a u đó tiếp tục t ă n g c thì
hiệu s u ấ t lại giám . Đôi với mỗi c h ấ t ta p h á i chọn b ằ n g th ự c nghiệm k h o ả n g n ồ n g (tộ AC có sự p h ụ thuộc tu y ê n tín h giữa Ih<l = f(C) và sử dụng sự phụ thuộc này cho phương trình đường chuân hay ph ư ơ n g p h á p th ê m .
1.4.8. Ảnh hưởng của chất ngoại lai
Các c h ấ t lạ có m ặ t tr o n g d u n g dịch (n h ư các c h ấ t kim loại nặng) th ư ờ n g là m g iá m cường độ h u ỳ n h q u a n g (hiện tư ợ ng tắ t huỳ nh quang).
1.5. Các uv điểm cơ bản của phép đo p h ổ huỳnh quang Phép đo phổ huỳ nh quang phân tử có 3 ưu điểm qu an trọng sau:
— P h ố h u ỳ n h q u a n g cho phép xác định chất với độ nhạy cao (thường cao hơn phép đo q u an g ƯV-VIS k h oảng 10 - 1000 lần).
Đ iều n à y cho p h ép d ù n g phươ ng p h á p n à y đê xác định hàm lượng nhỏ. v ế t và siêu vết của các chất.
— P h ư ơ n g p h á p có độ chọn lọc cao. vì k h ô n g ph ả i hợp chất nào có k h ả n ă n g h ấ p t h ụ á n h s á n g đề u có k h â n ă n g p h á t huỳnh q u a n g , m à chỉ có một sô ít c h ấ t có k h ả n ă n g này.
— K h o ả n g nồn g độ tu y ế n tín h giữa Ihq = f(C) thường rộng hơn k h o ả n g n à y tro n g p h ép đo trắ c q u a n g A = f(C).
2. K ĩ thuật thực nghiệm
2.1. Nguyên l í cấu tạo huỳnh quang kê
P h ổ k ế h u ỳ n h q u a n g p h â n tử gồm các bộ p h ậ n c h ín h sau:
— N g u ồ n bức xạ đ iện từ.
— Bộ đơn sắc (k ín h lọc).
— M ẫ u đo.
— Bộ đơn sắc (k ín h lọc).
— D etector.
— G h i tín hiệu.
T rên h ìn h 8 . 6 có dẫn ra sơ đồ khôi của thiết bị đo huỳ nh quang:
— N g u ồ n s á n g : D ù n g cho h u ỳ n h q u a n g k ế h a y phổ kê huỳnh q u a n g có cường độ m ạ n h hơn phổ k ế h ấ p th ụ. đó thư ơ n g là đèn hồ q u a n g th ủ y n g â n h a y xenon.
— B ộ p h ậ n c h ọ n á n h s á n g : K ính lọc h ấ p t h ụ và k ín h lọc giao th o a được sử d ụ n g cho h u ỳ n h q u a n g kế, còn phổ kê huỳnh q u a n g th ư ờ n g d ù n g cách tử.
3 2 0
- D e te c to r. Bức xạ h u ỳ n h q u a n g cường độ yếu c ầ n d e te c to r có độ n h ạ y cao, n ê n th ư ờ n g d ù n g ống n h â n quang.
- C u v e t m ẫ u: C u v et h ìn h t r ụ trò n hoặc h ìn h t r ụ chữ n h ậ t từ th ủ y tin h hoặc silic oxit.
Hình 8.6. Sơ đổ khối thiết bị đo huỳnh quang (quang kế).
2.2. Nguyên l í hoạt động của phô k ế huỳnh quang
Bức xạ p h á t r a t ừ n g u ồ n s á n g đ è n (1) đi q u a bộ p h ậ n đơn sắc k ích th íc h (2) đ ế n m ẫ u đo (3) p h á t r a bức x ạ h u ỳ n h q ua n g . T r ê n đ ư ờ n g đi. m ộ t p h ầ n á n h s á n g đi q u a c u v e t so s á n h (4). C h ù m bức x ạ h u ỳ n h q u a n g n à y q u a g ư ơ n g c ầ u lõm (5) đi đ ế n bộ đơn s ắ c p h á t xạ (6), s a u đó đi đ ế n ô n g n h â n q u a n g (7) ( d e t e c t o r ) rồ i s a n g bộ p h ậ n đọc t í n h iệ u v à gh i p h ổ h u ỳ n h q u a n g (8) ( h ì n h 8.7).
Bộ đơn sắc phát xạ Bõ đơn sác kích thích
T r ê n h ì n h 8 . 8 chỉ r a sơ đồ cấu tạo c ủ a bộ p h ậ n đ ặ t vào phổ k ế h u ỳ n h q u a n g để đo p h ổ lâ n quang . Bộ p h ậ n n g ắ t tia nhằm c h ặ n lại tia vào m ột k h o ả n g thời gia n n g ắ n đê cho bức xạ lân q u a n g t ừ m ẫ u đi q u a detector.
Hình 9.8. Bộ phận bổ sung để đo quang phổ lân quang.
3 2 2
3. Tiêu chuẩn đánh giá độ nhạy của phản úng huỳnh quang T r o n g p h á t q u a n g tr ắ c q u a n g , đ ạ i lượng hệ s ố h ấ p t h ụ mol p h â n t ử (s) được coi là tiê u c h u ẩ n q u a n trọ n g n h ấ t để đ á n h giá độ n h ạ y c ủ a p h ả n ứ n g đ ịn h lượng t r ắ c q u a n g . 8 đặc tr ư n g cho bản c h ấ t c ủ a c h ấ t h ấ p th ụ , nó k h ô n g p h ụ th u ộ c vào m á y đo, th ể tích, b ề d à y c ủ a d u n g dịch.
P h â n tích h u ỳ n h q u a n g d ự a t r ê n cơ sở c h u y ể n c ấ u tử c ần xác đ ịn h t h à n h m ột hợp c h ấ t (th ư ờ n g là phức chất), s a u đó chuyển hợp c h ấ t t h u được s a n g t r ạ n g t h á i kích th íc h b ằ n g m ột dòng s á n g có bước sóng xác đ ịn h . K hi đó, m ột p h ầ n á n h s á n g hấp t h ụ được biến t h à n h d ạ n g n h iệ t, còn m ột p h ầ n biế n t h à n h á n h s á n g h u ỳ n h q u a n g . Độ n h ạ y c ủ a p h ả n ứ n g c à n g lớn k h i hợp c h ất n g h iê n cứu h ấ p t h ụ á n h s á n g kích th íc h c à n g m ạ n h và ch uyển p h ầ n á n h s á n g h ấ p t h ụ đó t h à n h á n h s á n g h u ỳ n h q u a n g c à n g nh iề u . N h ư v ậ y độ n h ạ y c ủ a p h ả n ứ n g h u ỳ n h q u a n g do 2 y ế u tô' q u y ế t địn h: độ n h ạ y h ấ p t h ụ á n h s á n g c ủ a c h ấ t h u ỳ n h q u a n g (được đặc t r ư n g b ằ n g £ht) v à k h ả n ă n g c h u y ể n hoá sô* lượng tử h ấ p t h ụ t h à n h scí lượng tử h u ỳ n h q u a n g c à n g n hiều c à n g tố t (K hả n ă n g n à y được đặc tr ư n g b ằ n g h iệ u s u ấ t lượng tử Q).
Do vậy, tiê u c h u ẩ n để đ á n h giá độ n h ạ y c ủ a p h ả n ứ n g h u ỳ n h q u a n g đó là S:
S = s ht.Q (8.3)
N goài ra , m ột sô yế u tô* k h á c nh ư: d u n g môi, pH c ủ a môi trường, n h i ệ t độ, sự có m ặ t các c h ấ t lạ tro n g d u n g dịch, v.v...
củng ả n h h ư ở n g đ ế n độ n h ạ y c ủ a p h ả n ứ n g h u ỳ n h q ua n g .
4 . ứng dụng của phép đo phổ huỳnh quang P h â n tích h u ỳ n h q u a n g th ư ờ n g được d ù n g đê:
4.1 . Xác đ ịn h đ ịn h t ín h ( n h ậ n b iế t c h ấ t) d ự a vào dạng phô’
và bước sóng, t ầ n s ố đặc tr ư n g c ủ a bức xạ h u ỳ n h quang .
4.2. Xác đ ịn h đ ịn h lượng, đặc b iệ t h à m lượng nhỏ. hàm lượng vết (do ph ư ơ n g p h á p có độ n h ạ y , độ chọn lọc cao).
4.3. Xác đ ịn h c ấu tr ú c p h â n tử (cùng với các phương pháp đo phô k h á c n h ư U V -V IS , IR. R a m a n . M S. N M R , ESP, v.v...
4.4. P h â n tích huỳnh q u a n g các hợp c h ấ t vô cơ
P h â n tích h u ỳ n h q u a n g các c h ấ t vô cơ d ự a t r ê n việc tạo ra các phức chelat của lon kim loại với các thuốc thứ hữu cơ rồi (to cường độ p h á t h u ỳ n h q u a n g c ủa chú ng .
I hq = K . c (8.4)
T ro n g b ả n g 8.2 có đư a r a giới h ạ n xác đ ịn h theo phương p h á p p h â n tích h u ỳ n h q u a n g c ủ a m ộ t s ố n g u y ê n tô.
B ảng 8.2. Giới hạn xác định th eo phương p háp phân tích h u ỳ n h q u a n g c ủ a m ộ t s ô n g u y ê n tô [14 ]
Nguyên
tố Thuốc thử Giới hạn xác định
ng/ml
2,3-Naphtotriazol 0.02
Ag Eosin + 1,10-phenantrolin 0.004
Axit 8-hiđroxiquinolin-5-sunfonic 0.01
Axit 3-hiđroxinaphtoic 0.0002
AI Salixiliden-o-aminophenol 0.0003
I
Morin 0.0002
Mođam xanh 9 0.0005
---
3 2 4
Nguyên
tố Thuốc thử Giới hạn xác định
ng/ml
Au Rođamin B ■ 0,05
Benzoin 0,01
Quinizarin 0.01
B
Dibanzoilmetan 0,0005
Axit axetylsalixilic 0,01
Axit 3-hiđroxi-2-naphtoic 0,0002
Be Morin 0,00004
3-Hiđroxiquinađin 0,001
Ca 8-Quinolin hidroazon của 8-hiđroxiquinanđehit
0,02 1
Ị Axit benzamit (p - dimetylbenziliden) axetic 0,0002 Cu
2-Amino-1-propen 0,01
Thiamin 3,0
Salixinalazin 0,05
Eu
Thenoyltrifloaxeton 0,01
Natri vonframat . 0,005
F Phức AI của alizarin Garnet R 0,001
1 Stibeson + H2Oo 0,001
Fe
I Luminol + H20 2 0,0008
1 Hg Rođamin B 0,002
1 2,2-Piridinbenzimidazol 0,1
In Rođamin s 0,5
8-Hiđroxiquinolin 0,04
Nguyên
to Thuốc thử Giới hạn xác dịnh
ng/ml Mg
N, N' -Bissalixiliđen etylenđiamin 0,00001 N, N’ -Bissalixiliđen-2,3-điaminbenzofuran 0,002
Mn 8-Hiđroxiquinolin 0,002
N Resoximol + H2S 0 4 0,3
Ni AI-1-(2-pyricdilazo)-2-naphtol 0,0006
0 (0 2) Tripaflavin 0,0001
Pb Morin 5,00
Pr
Thenoyltrifloaxeton 100
Canxi vonframat 0,5
Ru S-Metyl-1,10-phenantrolin 1,0
s ( H 2S) Florexen 0,0002
Sb
Luminol 0,05
Rođamin 6 B 0,1
Sc 2, 3-Điaminobenziđin 0,01
2,3-Điaminnaphtalen 0,005
Si Benzoin 0,08
Sm Thenoyltrifloaxeton 2,00
Canxi vonframat 0,1
Sn Flavanol 0,1
Tb Natri vonframat 0,1
EDTA + axit sunfosalixilic 0,006
Te Butylrođamin B 0,2
u Morin 0,5
Rođamin B 0,01
3 2 6
Nguyên
tố Thuốc thử Giới hạn xác định
ng/ml
V Resoxinol 2,0
w Axit caminic 0,04
Y 5,7-Đibromohiđroquinolin 0,1
8 - Hiđroxiquinolin 0,02
2 ,2’ -Piridinben zimidazol • 0,1
p - Tosylaminoquinol 0,02
Zn 2,2 ’ -Metylenbibenzotiazol 0,002
Picolinanđehit-2-quinolin-hitrazon 0,03
Benzothiazonmetan 0,002
Zr Morin 0,02
4.5. Các chất c h i thị huỳnh quang úng dụng trong phương pháp chuẩn độ axit - bazơ
Phép c h u ẩ n độ các axit, bazơ d ù n g chỉ th ị h u ỳ n h q u a n g (có vùng pH hẹp, m à u c h u y ể n rõ) cho p h ép tă n g độ n h ạ y , độ c h ín h xác các ph ép c h u ẩ n độ th e o p h ư ơ n g p h á p t r u n g hoà (b ả n g 8.3).
Bảng 8.3. Chỉ thị huỳnh quang trong phương pháp trung hoà Chất chỉ thị pH chuyển màu Biến đổi màu sắc Chất chỉ thị một màu
P-Naphtylamin 2 ,8 -4 ,4 Không màu - Tím
Erytiozin 4 ,0 -4 ,5 Không màu - Lục
Quinin (khoảng chuyển màu thứ hai) 9,5-10,0 Tím - Khỏng màu Chất chỉ thị 2 màu
Acriđđin 4 ,8 -5 ,0 Lục - Hoa cà
Axit 1,5-naphtylamin sunfonic 12,0-13,0 Chàm - Lục
Các c h ấ t chỉ th ị h u ỳ n h q u a n g còn được d ù n g tro n g các phép c h u ẩ n độ oxi hoá k h ử k ế t t ủ a v à c h u ẩ n độ complexon.
4.6. Chuẩn độ huỳnh quang
Tư ơng tự c h u ẩ n độ trắ c q u a n g (chỉ k h á c tro n g phép chuẩn độ h u ỳ n h q u a n g t a xây d ự n g sự p h ụ thuộc Ihq = f(VTc))-
Ví dụ, hợp c h ấ t Z r ( C15H90~)* p h á t h u ỳ n h q u a n g mạnh, ta c h u ẩ n độ hợp c h ấ t n à y b ằ n g d u n g dịch N a F (theo cách giảm cường độ Cj-HgO, p h á t h u ỳ n h q u a n g yếu.
P h ả n ứ n g c h u ẩ n độ xảy r a n h ư sau:
^ N a F ml
Hình 8.9. Chuẩn độ huỳnh quang theo sự phân hủy phức P h é p c h u ẩ n độ h u ỳ n h q u a n g cho ph ép xác đ ịn h nồng độ một cách c h ín h xác, xác đ ịn h được nồng độ k h á nhỏ. độ nhạy, độ chọn lọc cao.
hQ
3 2 8
4.7. Phân tích huỳnh quang các hợp chất hũV cơ
P h â n tích h u ỳ n h q u a n g được ứ n g d ụ n g để p h â n tích các hợp c h ấ t h ữ u cơ, các en zim , các loại thuốc, v ita m in , các hợp c h ấ t th iên n h iên , dược p h ẩ m (do độ n h ạ y , độ chọn lọc c ủ a p h ư ơ n g pháp r ấ t cao).
P h ư ơ n g p h á p n à y được ứ n g d ụ n g để p h á t h iệ n các v ế t n ứ t siêu n h ỏ của các chi ti ế t m áy, p h á t h iệ n các c h ấ t m a tú y gây bệnh ảo giác (n h ư d ie ty la m it c ủ a a x it lizerginic), xác đ ịn h ô nhiễm c ủa k h ô n g k h í (c h ấ t b e n z p rin ), xác đ ịn h các lượng v ế t kim loại, v.v...
5. Giới thiệu về sự phát quang hoá học [32]
Sự p h á t q u a n g h o á học x u ấ t h iệ n tro n g các p h ả n ứ n g h o á học k h i một s ả n p h ẩ m p h ả n ứ n g n ằ m ở t r ạ n g t h á i kích th íc h tự p h á t r a n ă n g lượng d ạ n g bức x ạ trở vể t r ạ n g t h á i cơ bản .
H iện nay, người t a đ ã s ả n x u ấ t được loại q u a n g k ế p h á t q u an g hoá học.
P h á t q u a n g h o á học có độ n h ạ y cao. Giới h ạ n p h á t h iệ n n ằ m trong giới h ạ n t ừ p h ầ n t r i ệ u đ ế n p h ầ n tỉ.
P h ư ơ n g p h á p p h â n tíc h p h á t q u a n g h oá học được ứ n g d ụ n g th u ậ n lợi để xác đ ịn h các k h í g â y ô n h iễ m tro n g k h ô n g k h í n h ư ozon, nitơ oxit, hợp c h ấ t s u n f u a , v.v...
M ột sô" c h ấ t h ữ u cơ n h ư n a p h to l, be n ze n , a x it am in , th u ố c trừ s â u ,... có g ây h iệ u ứ n g xúc tá c h a v kìm h ã m p h ả n ứ n g c ủa luminol vói H , 0 2, có t h ể xác đ ịn h th e o p h ư ơ n g p h á p p h â n tích p h á t q u a n g h oá học.
P h ư ơ n g p h á p xúc tá c h o á p h á t q u a n g cho p h é p xác đ ịn h được lượng nhỏ c ủ a các n g u y ê n tố, các hợp c h ấ t vô cơ, h ữ u cơ theo các h ư ớ n g sau:
— Đ ịn h lượng n h ữ n g c h ấ t m à e h â t đó là xúc tác củ a h ệ p h ả n ứng h o á p h á t q u a n g ( n h ư Cu. Co, P d...).
— Đ ịn h lượng n h ữ n g c h ấ t n ằ m dưới d ạ n g hợp c h ấ t kích hoạt có tác d ụ n g xúc tác cho hệ các p h ả n ứ n g p h á t q u a n g (như hem oglobin, phức c ủ a s ắ t, m a n g a n với trie ty le n a m in , muối s ip p h ơ Ề..)-
— Đ ịn h lượng trự c tiếp n h ữ n g c ấ u tử th a m gia vào phản ứng hoá p h á t q u a n g (n h ư các c h ấ t oxi hoá H20 2, H X O ..ế).
— Đ ịn h lượng n h ữ n g c h ấ t d ự a th e o h iệ u ứ n g t ắ t bức xạ (như Zr, V, TẼh, Xe..’ế)-
Độ n h ạ y c ủ a ph ép p h â n tích có th ể đ ạ t đến 10" 7 - 10“n gam c h â t c ầ n xác đ ịn h tro n g l m l d u n g dịch, phư ơ ng p h á p thực hiện được đơn giản.
3 3 0
Chương 9