Quang Phổ Huỳnh Quang

1. Hiện tượng huỳnh quang

- Hiện tượng huỳnh quang là quá trình phát xạ của nguyên tử hay phân tử được kích thích nhờ hấp thụ bức xạ điện từ.

- Bức xạ huỳnh quang tạo thành khi nguyên tử, phân tử ở trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản.

- Năng lượng bức xạ huỳnh quang < năng lượng của bức xạ kích thích

=> λbxa huỳnh quang > λbxa kích thích

- Số phân tử có khả năng huỳnh quang tương đối ít bởi huỳnh quang yêu cầu về các đặc điểm về cấu trúc: quá trình phục hồi không bức xạ xảy ra với tốc độ thấp và phục hồi có bức xạ (phát huỳnh quang) với tốc độ cao.

2. Đặc điểm của huỳnh quang

- Thời gian huỳnh quang rất ngắn chỉ khoảng 10-9 giây và sự huỳnh quang là đẳng hướng.

- Hiệu suất huỳnh quang ՓF: Cho biết khả năng huỳnh quang của 1 chất và bằng tỷ số giữa số photon phát xạ và photon hấp thụ.

- Cường độ huỳnh quang (F):

+ Là hiệu suất thực nghiệm cho biết khả năng phát huỳnh quang của một chất khi nó được kích thích bởi bức xạ thích hợp.

+ Tỉ lệ với cường độ kích thích (Io), ՓF, nồng độ chất phát huỳnh quang (C rất nhỏ)

- Do huỳnh quang là đẳng hướng  Cường độ huỳnh quang đo được chỉ là 1 phần cường độ huỳnh  quang và đo theo vuông góc với chùm tia kích thích.

- Phổ huỳnh quang: đường biểu diễn cường độ huỳnh quang theo bước sóng phát xạ huỳnh quang.

- Phổ kích thích phát huỳnh quang: đường biểu diễn cường độ hấp thụ theo bước sóng hấp thụ.

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến huỳnh quang

3.1. Các yếu tố về cấu trúc: Thường gặp với nguyên tử và một số với phân tử:

- Các phân tử hữu cơ có khả năng phát huỳnh quang: Hydrocarbon thơm, alpha diceton

+ Hầu hết các hydrocarbon thơm đều phát huỳnh quang trong dung dịch.

+ Hiệu suất huỳnh quang tăng theo số lượng và độ tập trung của vòng thơm.

+ Ảnh hưởng của nhóm thế, hiệu ứng không gian (phân tử có cấu trúc càng ‘cứng nhắc’ càng có khả năng phát huỳnh quang mạnh):

• Nhóm đẩy electron làm tăng hiệu suất huỳnh quang: -OH, -NH2, alkyl, aryl… Nhóm hút electron làm giảm hiệu suất huỳnh quang: NO2, -COOH, Cl, Br…
• Khi phân tử tạo phức với ion kim loại   Tăng khả năng huỳnh quang (sự cố định cấu trúc).

- Các chất vô cơ: Nguyên tố đất hiếm và các lantanit.

3.2. Các yếu tố môi trường

- Nhiệt độ: Hiệu suất huỳnh quang giảm khi nhiệt độ tăng.

- Dung môi: Hiệu suất huỳnh quang giảm khi độ nhớt giảm.

4. Máy quang phổ huỳnh quang

- Nguồn sáng: tạo ra các bức xạ cần thiết

+ Đèn xenon

+ Nguồn cảm ứng laser

- Bộ phận đơn sắc hóa: gồm 2 phần đơn sắc hóa bức xạ kích thích (trước buồng đo) và bức xạ huỳnh quang (sau buồng đo).

- Buồng đo: được bố trí sao cho phương nguồn sáng và phương thu tín hiệu vuông góc với nhau  Cốc đo có 2 mặt trong suốt vuông góc với nhau hay cả 4 mặt trong suốt.

- Để tăng tín hiệu đến bộ thu nhận người ta bố trí thêm gương đối diện.

5. Ứng dụng

- Định tính

+ Dựa vào λkích thích và λphát xạ để định tính các chất

+ Dùng phát hiện vết trên bản mỏng TLC

- Định lượng

+ Huỳnh quang phân tử :

• Đo phổ trực tiếp: Với các hợp chất hữu cơ và hóa sinh: Ứng dụng trong phân tích thực phẩm, thuốc chữa bệnh, mẫu bệnh phẩm…nhờ độ nhạy và chọn lọc của phương pháp.
• Làm detector HPLC: do tính đặc hiệu và độ nhạy cao.

+ Huỳnh quang nguyên tử : Định lượng các kim loại có vạch cộng hưởng có cường độ đủ mạnh hoặc gián tiếp một số chất hữu cơ có tham gia tạo phức như S, P, các Halogen…

- Các phương pháp định lượng bằng quang phổ huỳnh quang

+ Trực tiếp: Lượng chất cần phân tích tỷ lệ thuận với cường độ huỳnh quang.

• Chất cần phân tích phát huỳnh quang: Đo trực tiếp.
• Chất phân tích phát huỳnh quang yếu: tác nhân tạo phức, Phức có huỳnh quang

+ Gián tiếp: Dựa trên sự tắt huỳnh quang khi phản ứng của thuốc thử huỳnh quang với chất cần phân tích (do sự phản ứng của nó với chất phân tích), Phát hiện ra các anion và cation