Giáo trình Các phương pháp phân tích công cụ trong hóa học hiện đại (Tái bản lần thứ hai): Phần 2

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 giáo trình "Các phương pháp phân tích công cụ trong hóa học hiện đại" trình bày các nội dung: Phương pháp đo phổ tán xạ tổ hợp (phổ Raman); phương pháp đo phổ hấp thụ electron (phổ kích thích electron vùng UV - VIS); phương pháp đo phổ huỳnh quang và lân quang phân tử; phương pháp đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân; phương pháp đo phổ cộng hưởng spin electron; phương pháp đo phổ khối lượng,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Các phương pháp phân tích công cụ trong hóa học hiện đại (Tái bản lần thứ hai): Phần 2 Chương 6 PHƯƠNG PHÁP ĐO PHỔ TÁN XẠ T ổ HỢP (PHỔ RAMAN) I . Hiện tượng tán xạ tổ hợp [6 ;1 4 ; 27] I I . Tán xạ Faraday - Tyndall K hi chieu m ộ t ch ù m bức xạ điện từ đơn sắc v ù n g k h ả k iế n qua một d u n g d ịch keo, quan sá t d u n g d ịc h the o phư ơ ng th ẳ n g góc, ta nhậ n th a y á n h sáng tớ i m ột phầ n b ị tá n xạ. T ru n g tâ m tá n xạ 'à n hữ n g h ạ t lơ lử ng tro n g dun g dịch. H iệ n tư ợ n g n à y do M ichael F a ra d a y và John T y n d a ll tìm ra n ê n được gọi là h iệ u ứĩig F a ra d a y - T y n d a ll. 1.2 Tán xạ Rayleigh Thúy d u n g dịch keo bằng m ột dun g dịch th ự c (d u n g d ịch dong nhất), d ù n g k ín h quang học quan sá t n gư ời ta cũ ng p h á t h iệ n Yí h iệ n tư ợn g tá n xạ trê n . R a yle ig h n h ậ n th ấ y : tầ n sô' của á n h sáng tá n xạ bằn g tầ n sô' của á nh sáng k íc h th íc h b a n đầu, nên hUn tư ợng n ày được gọi là tán xạ R a yle ig h. Nbư vậy, người ta phân b iệ t h iệ u ứ n g T y n d a ll là sự tá n xạ á n h sáng bởi các p h â n tử riê n g lẻ (như b ụ i, k h í, sương m ù ,...), còn t ấ \ xạ R a yle ig h là tá n xạ bởi các p h â n tử của d u n g d ịch . T ran xạ tổ hợp (tán xạ Raman) SaJ đó, S m ekal (Đức) và Ram an (Ấ n Độ) đã p h á t h iệ n th ê m h iộ n t^Ợng: ở ch ùm tá n xạ có tầ n sô' bằng tầ n sô' của bức xạ kíc h th íc h )an đầu còn có các bức xạ có tầ n so lờn h ơ n hoặc nhỏ hơn tầ n sô ban đầu v 0. N gư ời ta gọi tá n xạ này là tá n xạ R a m a n . 263 https://tieulun.hopto.org K h i ch ie u ch ù m bức xạ tá n xạ vào m ộ t tậ p k ín h ảnh th ì n h ậ n được m ộ t d ả i vạch kh ác nhau, gọi là p h ổ R am an. T ro n g phổ R a m a n có m ộ t vạch đậm ỏ giữ a có tầ n sô V 。bằng tầ n sô' của bức xạ kích thích , còn ở h a i bên là các vạch đối xứng n h a u (qua vạ ch v 0) có tầ n sô ló n hơn hoặc nhỏ hơn v 0. Các vạch có tầ n sô' V < v 0gọi là vạch Stokes, còn các vạ ch có tầ n sô' V 〉 v 0 gọi là ỉ； c/i ạ (h ìn h 6. 1 ). V ạch S tockes V ạch V ạch antistokes Rayleigh H ìn h 6 .1 . P h ổ R a m a n ( p h ổ t á n x ạ t ổ h ợ p ) Cơ sở vậ t l í lư ợng tử về h iệ u ứng R a m a n Q uang phổ R am an x u ấ t hiện do tương tác giữa ánh sáng với các phâ n tử. Do sự tương tác này mà lớp vỏ electron của các nguyên tử tro n g phân tử b ị bien dạng tu ầ n hoàn và sẽ dẫn đến là m sai lệch v ị t r í của các h ạ t n h â n nguyên tử tro n g phâ n tử. H a y n ói m ộ t cách khác là các nguyên tử tro n g phân tử b ị dao động. Sự dao động này cần năng lượng từ năng lượng của bức xạ k íc h th íc h b a n đầu, như n g k h i dao động th ì phân tử cũng bức xạ năn g lư ợng trở lạ i, như n g năng lượng bức xạ (bức xạ tá n xạ R am an) có th ể bằng (tá n xạ R ayleigh), nho hơn (tia Stokes) hay lớ n hơn (tia a ntisto kes) năng lượng của bức xạ kích thích E 0= h v 0đã cấp cho nó. H iệ n tượng n à y có thể g iả i th íc h như sau: Theo q u a n đ iểm N h iệ t động học, ở trạ n g th á i cơ bản bao giờ cũng có m ộ t sô' p h â n tử n ằm ở trạ n g th á i kích th íc h n h iệ t động 264 https://tieulun.hopto.org bên c ạ n h các p h â n tử nằm ở trạ n g th á i cơ b ản , t ỉ lệ các p h â n tử này tu â n the o đ ịn h lu ậ t p h â n bô B oỊtzm a n : N a - N o.e-hv/KT • ( 6. 1) T ro n g đó: N a là sỗ> p h â n tử n ằm ở tr ạ n g th á i k íc h th íc h n h iệ t động; N 〇là sô' p h â n tử n ằm ở trạ n g th á i cơ bản; T là n h iệ t độ tu y ệ t đổì; V là tầ n sô dao động. Ỡ 3 00 K , V = 100 0 cm '1, có kh o ả n g 1% sô' p h â n tử n ằ m ở trạ n g th á i k íc h th íc h n h iệ t động. D o v ậ y , k h i c h iế u ánh sáng b an đầu v ó i n ă n g lư ợ ng h v 0th ì p h ầ n lớ n các p h â n tử nằm ở trạ n g th á i cơ b ả n (có mức năng lư ợ ng E 〇 sẽ tiế p n h ậ n năn g lư ợng n à y (p h â n tử n h ậ n n ă n g ) lư ợ ng từ p h o to n của bức xạ kích th íc h ) và c h u yể n lê n trạ n g th á i kíc h th íc h mức 1 (ta n ói p h â n tử th ự c h iệ n sự dao động h a y va ch ạm k h ô n g đàn h ồi), sau đó p h ầ n lớ n tro n g c h u n g sẽ n h ả y trở lạ i mức b a n đầu và bức xạ trỏ lạ i năn g lư ợng E 0 = h v 0dưói dạng á n h sáng tá n xạ có tầ n sô v 0; ngoài ra ， m ộ t sô í t tro n g các có p h â n tử lạ i n h ả y tr ở vể trạ n g th á i k íc h th íc h n h iệ t động, bức xạ ra n ă n g lư ợ ng n hỏ hơn năn g lư ợ ng ban đ ầ u đã hấp th ụ được (h v d) do đó n ă n g lư ợ n g của p h â n tử bức xạ là : E 1 = h v 0 - h v d = h (v 0~ v d) ( 6. 2) B ầy giơ cắc phẩ n tư nằm sẵn ỏ trạ n g th á i kích th íc h n h iệ t động, sẽ h ấp th u năng lượng của ánh sáng kích thích h v 0và nhảy lê n trạ n g th á i k íc h thích mức 2 , sau đó m ộ t sô' phân tử tro n g ch ún g n h ả y trở lạ i (tro n g trư ờ n g hợp này p h â n tử nhường năng 265 https://tieulun.hopto.org lượng cho photon ánh sáng kích thích va chạm hay dao động không đàn hồi) như ng không trở vể trạ n g th á i kích thích n h iệ t động nữa mà về h ẳ n trạ n g th á i cơ bản, do đó nó sẽ bức xạ một năng lượng lớn hơn năn g lượng mà nó hấp th ụ ban đầu, tức là: ...