MỞ ĐẦU Trong phân tích quang phổ hấp thụ phân tử, ta thường gặp các hỗn hợp mà phổ hấp thụ của các cấu tử xen phủ nhau. Để phân tích hôn hợp này, thường phải tách riêng từng cấu tử. Việc tách riêng các cấu tử rồi xác định có hạn chế: quy trình phân tích phức tạp; tốn thời gian; tốn thuốc thử, hoá chất; độ chính xác giảm (do tách không triệt để, do qua nhiều công đoạn); đôi khi khó mà tách chúng ra khỏi nhau. Việc xác định đồng thời nhiều cấu tử có phổ hấp thụ xen phủ nhau luôn là một vấn đề thời sự của phương pháp phổ hấp thụ phân tử.
Người ta tìm mọi cách để phân tích đồng thời hôn hợp nhiều cấu tử trong cùng một dung dịch mà không cần tách chúng. Phương hướng này bao gồm các phương pháp như: phương pháp Vierordt, phương pháp sai phân; phương pháp phổ đạo hàm; các phương pháp bình phương tối thiểu; phương pháp dùng phổ toàn phần; phương pháp lọc Kalman; các phương pháp phân tích hồi quy. Nhìn chung, các phương pháp này sử dụng rất nhiều dữ liệu đo được từ phổ, sử dụng các thuật toán biến đổi phức tạp nên cần thiết phải sử dụng máy tính và các phần mềm thích hợp. Nhưng chúng lại có những ưu điểm là: quy trình phân tích đơn giản; phân tích nhanh; tốn ít thuốc thử và hoá chất; tăng độ chính xác.
Yêu cầu về thiết bị của việc áp dụng các phương pháp này là: máy quang phổ hiện đại, có do phân giải và dộ chính xác cao. Thông thường các máy này có detectơ mảng diode để có khả năng quét phổ nhanh chóng và chính xác. Mặt khác máy quang phổ cần gắn với máy tính chứa các phần mềm chuyên dụng để có thể lưu giữ và biến đổi tín hiệu do để thực hiện các nhiệm vụ phân tích thông qua các thuật toán và các phần mềm xử lý. Trong những thập niên cuối thế ky hai mươi, nhờ các tiến bộ của kỹ thuật máy tính và sử dụng các thuật toán, đã cho phép hoàn chỉnh các phương pháp tính và phát triển chương trình đa đạng nhằm cụ thể hoá các phương pháp phân tích quang phổ xác dịnh đồng thời các cấu tử có phổ hấp thụ xen phủ nhau.
Băng các chương trình ứng dụng dược cài đặt trên máy tính có tốc dộ xử lý cao, người ta có thể giải các bài toán xác định đồng thời các cấu tử với các tập số liệu đầu vào rất lớn, bằng nhiều phương pháp giải và thuật toán khác nhau nên đã nâng cao độ chính xác của phép xác định. Song cơ sở lý thuyết vẫn chưa dầy đủ, chưa bao quát, thực nghiệm và tính toán còn nặng nề, phức tạp, do đó các phương pháp phân tích quang phổ xác định dồng thời vẫn chưa được áp dụng rộng rãi. Ở nước ta có một số công trình nghiên cứu xác định đồng thời các chất có phổ hấp thụ xen phủ nhau theo phương pháp phổ dạo hàm, áp dụng nhiều nhất trong lĩnh vực phân tích được phẩm [4], [5], [8],[10]. Cac phương pháp phân tích hồi quy và bình phương tối thiểu mới chỉ ở giai đoạn nghiên cứu ban đầu.
Phương pháp Vierordt là phương pháp đầu tiên nghiên cứu phân tích trắc quang đồng thời hệ đa cấu tử nhưng mới chỉ áp dụng được cho hệ các cấu tử có phổ hấp thụ xen phủ nhau ít, và cũng chỉ áp dụng được đối với hệ 2 đến 3 cấu tử, còn hệ nhiều cấu tử hơn thì kết quả phân tích không chính xác và kém ổn định [13], [93]. Phương pháp phổ đạo hàm mới phát triển từ thập niên 80, mặc dù cho kết quả phân tích tốt nhưng dối với những hệ có phổ xen phủ nhau nhiều và hình dáng phổ giống nhau thì lại không hữu hiệu. Phương pháp sai phân xác định nồng độ của cấu tử trong trong đoạn phổ tạp chất có dạng parabol [13] có nhiều phức tạp trong việc nhập dữ liệu và không áp dụng được trong trường hợp đoạn phổ tạp chất có hình dạng khác. Các phương pháp sử dụng thuật toán bình phương tối thiểu cho hệ đa biến như bình phương tối thiểu cổ điển, bình phương tối thiểu nghịch, bình phương tối thiểu riêng phần cũng như các phương pháp phân tích hồi quy như hồi quy cấu tử chính, hồi quy cấu tử riêng phan là khá phức tạp, sử dụng nhiều thuật toán về ma trận và chỉ có thể áp dụng nếu sử dụng các phần mềm có sản, ở nước ta việc áp dụng chúng còn ít.
Các phương pháp phân tích quang phổ xác định đồng thời hệ đa cấu tử có phổ hấp thụ xen phủ nhau có tầm quan trọng to lớn trong lĩnh vực phân tích, nhất là đối với hệ khó tách như đất hiếm và trong phân tích các chế phẩm dược dụng. Các nguyên tố đất hiếm có tính chất hoá học, tính chất phổ rất giống nhau và khó tách riêng chúng ra khỏi nhau. Đại diện cho chúng là các cặp nguyên tố thường đi liền với nhau nhu cap Zr, Hf; cap Ta, Nb, cap W, Mo; các nguyên tố họ Lantan. Đa số dược phẩm là các loại thuốc kết hợp nhiều thành phần mà các thành phần thường có phổ hấp thụ xen phủ nhau.
Trong đó tiêu biểu là các vitamin nhém B. Do đó, áp dụng lĩnh vực phân tích trắc quang này để phân tích các đối tượng, trên là rất cần thiết. Mặt khác, như chúng ta đã biết, đa số. thuốc thử được dùng trong phân tích trắc quang đều có tính chọn lọc không cao.
Các thuốc thử PAN, PAR, Arsenazo(III), Dithizol, Dinetyl Glioxim,. thường phản ứng với rất nhiều chất khác nhau tạo nên các phức màu có phổ hấp thụ xen phủ nhau. Vì vậy phương pháp phân tích đồng thời các chất có phổ hấp thụ xen phủ nhau có ý nghĩa to lớn trong việc mở rộng ứng dụng của các thuốc thử, đơn giản hoá quy trình phân tích,. Trong luận án này, chúng tôi đặt ra mục tiêu: wx Xây dựng phương pháp phân tích quang phổ xác định chính xác đồng thời hệ nhiều cấu tử có phổ hấp thụ quang của chúng xen phủ nhau.
vx Lập các chương trình phần mềm để nhập dữ liệu và tính toán xác định nồng độ cho các hệ có nhiều cấu tử. x Kiểm chứng phương pháp và chương trình đã lập được thông qua việc phân tích một số mẫu tự pha chế của các hôn hợp đất hiếm, dược phẩm, tìm ra quy trình phân tích trắc quang xác định đồng thời các hôn hợp có phố của c cấu tử xen phủ nhau bằng phương pháp do phổ toàn phần. CHUONG I TONG QUAN TAI LIEU CÁC PHƯƠNG PHAP PHAN TICH QUANG PHO UV-VIS XAC ĐỊNH DONG THOI CAC CẤU TỬ TRONG HỆ NHIỀU CẤU TỬ CÓ PHO HAP THU XEN PHU NHAU 1. ĐỊNH LUẬT BEER VÀ TINH CHAT CONG TINH DO HAP THU QUANG Hầu hết các phương pháp phân tích trắc quang đồng thời đa cấu tử đều dựa trên định luật Bia (Beer) và tính chất cộng tính dộ hấp thụ của các cấu tử có trong hôn hợp.
Định luát Beer | 13|, [52], [53| Định luật Beer xác lập một mối quan hệ tuyến tính giữa nồng độ của cấu tử và độ hấp thụ ánh sáng. Có thể biểu diễn định iuật định luật Beer bằng phương trình toán học: la = ®%bŒ (1.1) Ở đây, A¿ : độ hấp thụ của chất tại bước sóng ^. # : hệ số hấp thụ của cấu tử tại bước sóng 2. b: chiều dày cuvet dựng mẫu C : nồng độ của cấu tử 1.
Tính chát cộng tính độ háp thụ quang | 13], [50], [52], [53], [93] Phương pháp phân tích trắc quang hệ đa cấu tử dựa trên cơ sở của định luật Beer và tính chất cộng tính độ hấp thụ quang của dung dịch. Đây là tiền đề cho tất cả các phương pháp tính nồng độ các cấu tử trong hỗn hợp. Tính chất cộng tính độ hấp thụ được phát biểu: Độ hấp thụ tại một bước sóng bất kỳ của một hồn hợp bằng tổng độ hấp thụ của môi cấu tử trong hôn hợp tại bước sóng đó. Biểu diễn tính chất cộng tính độ hấp thụ về mặt toán học như sau: ” A, =A, (1.2) i=l Với A¿ : độ hấp thụ của dung dịch chứa n cấu tử tại bước sóng A A,¿: độ hấp thụ của cấu tử thứ¡ tại bước sóng À n là số cấu tử hấp thụ ánh sáng có trong dung dịch Kết hợp hai phương trình (1.2) ta duge phuong trình: A, =) ¢,,bC, (1.3) ¡=l Khi phân tích đồng thời nhiều cấu tử trong cùng một dung dịch thì tính chất cộng tính của độ hấp thụ quang không đảm bảo ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của kết quả phân tích.
Do vậy, kiểm tra tính cộng tính độ hấp thụ của hệ trước khi phân tích là việc tối quan trong. Để kiểm tra tính chất cộng tính độ hấp thụ của hệ ở các nồng dộ khác nhau của các cấu tử trong hệ, người ta so sánh tổng các độ hấp thụ của các dung dịch chứa các cấu tử riêng lẻ với dộ hấp thụ của dung dịch chứa tổng các cấu tử được do trong cùng một diều kiện. Sự kiểm tra như vậy cho biết nhiều điều quan trọng: sự tương tác giữa các thành phần hấp thụ ánh sáng có xảy ra trong dung dịch hỗn hợp hay không ? ở giới hạn nồng độ nào thì sự sai lệch không vượt quá phạm vi sai số ngẫu nhiên của quá trình đo hay nói cách khác hệ vẫn tuân theo đúng định luật Beer và tính chất cộng tính độ hấp thụ. Từ đó có thể vận dụng để xác định hàm lượng các chất trong khoảng nồng độ cho phép.
Trong một số trường hợp riêng biệt, có thể nhận biết nguyên nhân làm sai lệch tính chất cộng tính độ hấp thụ. Đó là các nguyên nhân hoá học hoặc dụng cụ. Thuộc nguyên nhân hoá học, trước tiền phải kế đến các quá trình tạo phức dị nhân và quá trình liên hợp giữa các phức. Còn sai số mật độ quang do sự tạo phức không hoàn toàn do lượng thuốc thử thiếu thì dễ dàng khắc phục căn cứ vào kết quả của việc khảo sát thành phần phức.
Điều đáng quan tâm nhất là sự hình thành các phức dị nhân, nhưng điều đó cũng có thể nhận biết được ở sự biến dạng đáng kể của độ hấp thụ hay ở sự xuất hiện các dải hấp thụ mới. Nếu phức dị nhân có trong dung dịch, ngay cả với một lượng nhỏ, thì trong phổ chung của hệ quan sát sẽ thấy có sự sai lệch tính chất cộng tính độ hấp thụ. Sự sai lệch này biến thiên đồng điệu theo bước sóng và tăng theo nồng độ của cấu tử. Quá trình liên hợp giữa các phức một nhân cũng có thể phát hiện được khi kiểm tra sự tuân theo định luật Beer của các cấu tử.