pho khoi luong

vào buồng ion hóa thì các e bắn ra từ catot cách các phân tử khí một khoang cách nhỏ hơn 0,5A0 thì các e bắtđầu truyền năng lương cho phân tử khí, các phần tử khí nhận năng lượng bị[r]

BÀI LUẬN MƠN PHÂN TÍCH VẬT LÝ

SINH VIÊN:VŨ VĂN THỦY LỚP : HOÁ K3 LT – CĐ - ĐH

Bố cục trình bày:

I.Sự hình thành phổ khối lượng

II Nguyên tắc chung phương pháp

phổ khối lượng

 III PHÂN LOẠI CÁC ION ( LOẠI)

IV Kĩ thuật thực nghiệm

 V Sơ đồ cấu tạo khối phổ kế

 VI Hình anh số máy phổ khối lượng

VIII Cơ chế phân mảnh ion

IX Một số dạng phổ số chất

X) Ứng dụng phổ khối lượng

I Sự hình thành phổ khối lượng

 khái quát phương pháp phổ khối lượng

 Đây phương pháp nghiêm cứu cấu trúc cuả

chất cách đo xác khối lượng phân tử chất dựa nguyên tắc khối lượng phân tử chất tổng khối lượng phân tứ mảng ion tạo thành trình phá vỡ phân tử

 Phương pháp phổ khối lượng Phương pháp vât

lý nghiên cứu cấu trúc phân tử hợp chất sở xác định xác khối lượng phần tử toàn phân tử toàn phân tử

 Hợp chất mẫu trước hêt phải chuyển sang

Phương thức tiến hành:

chuyển chất nghiên cứu thành trạng thái

2.Ứng dụng Phương pháp phổ khối lượng:

 phổ khối lượng: kĩ thuật dùng để

đo đạc tỉ lệ khối lượng-trên-điện tích

ion; dùng thiết bị chuyên dụng khối

 Xác định hợp chất chưa biết cách dựa

vào khối lượng phân tử hợp chất hay phần tách riêng

 Xác định kết cấu chất đồng vị thành phần

trong hợp chất

 Xác định cấu trúc hợp chất cách

quan sát phần tách riêng

 Định lượng lượng hợp chất mẫu dùng

các phương pháp khác (phương pháp phổ khối vốn định lượng)

 Nghiên cứu sở hóa học ion thể khí (ngành

hóa học ion chất trung tính chân khơng)

II Nguyên tắc chung phương pháp phổ khối lượng:

 A phương pháp ion hóa va chạm

electron:

 Cho chất nghiên cứu trạng thái khí

tương tác với dịng electron có lượng cao , phân tử trạng thái khí bật electron để

 M + 1e- M+ + 2e-→  (va chạm)

 M + 1e- M++ + 3e →  M + 1e- M-→

 Quá trình biến phân tử trung hòa thành

ion gọi ion hóa

 Chất có cơng thức ABD:

 ABD + 1e- ABD+ + 2e-→  → AB+ + D + 2e-

+1e-Xét toàn q trình:BCDE

a.q trình ion hóa :

BCDE + e BCDE+ +2e→

b trình bẻ gẫy ion dương:

 BCDE+ B+ +CDE→ ˙

 BDE+ BC+ +DE→ ˙

 BC+ C→ ˙ + B+

 d trình bắt cộng hưởng:

 BCDE + e BCDE-→

e trình phản ứng ion- phân tử:có

nhiều trường hợp phổ có số khối lớn khối lượng chất nghiên cứu :

Loại ion ABCD+ , ABC+ , CDE˙ ,…

gọi ion gốc hay ion phân tử

 Khi ion phân tử va

chạm với chùm e- có lượng cao chúng bị phá vỡ thành nhiều mảnh ion

;gốc tự , phân tử trung hịa gọi q trình phân mảnh

 Năng lượng

 Xác suất có mặt mảnh ion phụ

thuộc chủ yếu vào lượng va chạm phân tử

 Phân tác mảnh ion theo sơ

đồ khối phương pháp thích hợp , ghi lại phổ băng giấy gọi

phổ khối lượng

 Dựa vào thông tin thu từ

B.Bản chất trình.

 Ban đầu phân tủ mẫu or dạng khí đưa

vào buồng ion hóa e bắn từ catot cách phân tử khí khoang cách nhỏ 0,5A0 e bắtđầu truyền lương cho phân tử khí, phần tử khí nhận lượng bị kích thích làm cho điện tử phân tử chuyển sang

Khi lượng dòng e tăng lên

tồn ion phân tử bị kích thích lan

truyền tồn mặt vị trí liên kết yếu cuả ion phân tử bị gãy liên kết phụ thuộc vào lượng dòng

III- PHÂN LOẠI CÁC ION ( LOẠI)

 Ion phân tử:

 Ion phân tử ion có số khối lớn

và khối lượng phân tử chất mẫu(M+)

 Qui tắc Nitơ: khối lượng ion phân tử

là số chẵn phân tử khơng chứa Nito chứa số chẵn nguyên lần nguyên tử Nito Nếu khối lượng ion phân tử lẻ phân tử chứa lẻ lần

2.Ion đồng vị:

 Trong tự nhiên tồn loại đồng vị khác

nhau nguyên tố , đồng vị tồn tự nhiên theo tỷ lệ đồng vị định hợp chất hóa học đồng vị tn theo tỷ lệ không đổi

 VD:

 ( C12 : 100%; C13:1.12)  (Cl35 :100%; Cl37:32.399)

 Trong phổ khối lượng tỷ lệ đồng vị xuất

ion mảnh

 Các ion mảnh phá vỡ phân tử sinh

va chạm với electron, tùy theo lượng va chạm lớn hay nhỏ mà phân tử vỡ thành nhiều mảnh , thông thường lượng va chạm

khoảng 70eV

 Khi lượng dịng e từ 5-12eV

khơng có mảnh ion mà có ion phân tử tăng lượng dòng e phổ bắt đầu xuất pic tương ứng với ion mảnh có số khối nhỏ số khối ion phân tử Khi lượng từ 50-80eV bắt đầu xuất nhiều ion

Ion metastabin

 Các ion phải có thơi gian sống định

thì ghi lại , số ion

xuất bước trung gian ion có khối lượng m1 m2 có thời gian sống ngắn 10-5s khơng ghi nhận đầy đủ phổ cường độ vạch phổ , phát có mặt gọi ion metastabin

Kí hiệu : m*

m*=mE2/mA

mA: khối lượng ban đầu ion

Ứng dụng:

 ion metastabin xuất bước

trung gian sử dụng để nghiên cứu đường phân cắt phân tử xảy theo hướng từ xác định phân tử ion mảnh trước vỡ cấu trúc

VD: Ion mảnh có số khối

 m*

 m1 m2→

IV Kĩ thuật thực nghiệm

Khối phổ kế : J.Thompson( người

Anh) chế tạo năm 1912

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo chung khối

1 Hóa khí mẫu :

 Chuyển mẫu cần phân tích dạng

bằng cách đưa tồn mẫu vào buồng hóa khí tới giảm áp xuất

buồng hóa khí tới 10-5-10-7 mmHg

nhiệt độ 300oC điều kiện tất chất hóa khí

 Mẫu sau hóa khí dẫn sang

2, ion hóa.

 Đây q trình quan trọng định độ

nhạy độ xác phương pháp

 Có nhiều phương pháp ion hóa khác nhau:  Phương pháp va chạm electron

 Phương pháp ion hóa nhờ điện trường  Phương pháp ion hóa nhờ đốt nóng

 Phương pháp ion hóa nhờ tương tác

ion khác

 Trong thực tế người ta dùng phương pháp ion

a , Phương pháp va chạm electron.



 Đây phương pháp phổ biến dễ thực

 Mẫu chất dạng dẫn vào buồng ion hóa

dịng e mang lượng cao chuyển động vng góc với mẫu xảy va chạm chúng biến phân tử

trung hòa thành phân tử nhỏ ion mảnh ( lượng chùm e khoảng 10-100eV) Sau dịng ion

được tạo chạy qua điện trường e để tăng tốc độ chuyển động, điện trường gọi tăng tốc :u

 Sự xuất dịng e: buồng ion hóa có catot

b , Phương pháp ion hóa điện trường,

 b , Phương pháp ion hóa điện

trường,

 Trong buồng ion hóa người ta đặt điên

trường mạnh`bằng cách đặt chênh lệch điện lên cực điện trường cỡ

107-108 v/cm

 Dưới tác dụng điện trường mạnh

 Ion hóa điện trường mạnh điện

c, Phương pháp ion hóa hóa học.:

 Cho dòng ion chọn trước va chạm với

d Phương phát ion hóa va chạm phô ton.

 Để làm bật e khỏi phân tử mẫu trung

hịa cần cung cấp lượng cỡ 10 ev tương ứng vối lương chum xạ

3 phân tách ion theo số khối

 Để tách ion sau ion hóa ngyên tắc

có hướng :

dựa vào điện tích ion

dựa vào khối lượng ion

 Các ion hình thành có số

Thiết bị phân tách ion hội tụ kép ,hội tụ đơn , thiết bị tứ cực

 Các mảnh ion buồng ion hóa chuyển vào

bộ phận tách chủ yếu ion mang điện tích dương (+) có số khối tính (m/e) với m:khối lượng mảnh ion, e:điện tích ion

 Tỉ số (m/e) đươc gọi số khối mảnh ion  Trong q trình tách có phân tư trung

a.Thiết bị hội tụ đơn

 Thiết bị dùng từ trường đồng với từ tường

của nam châm hình quạt có từ trường B

 Phương trình phép đo khối phổ :

 +) Động ion có khối lượng m

điện tích e tăng tốc điên u :

 e.u =1/2(m v2) (1)  v:vận tốc e-

 +) Khi ion chuyển động từ trường Bo

tác dungj góc phải phương chuyển động buộc phải chuyển động theo mơi trường trịn bán kính r:

 Từ (1) (2):

 m/e = B2 v2 / u

 ( phương trình phép đo MS)

 Và xác định số khối z= m/e

 Như ta có cách sử dung phổ sau:

 Giữ Bo, r định , thay đổi tăng tốc u  Giữ Bo, u định , thay đổi tăng tốc r  Giữ u , r định , thay đổi tăng tốc Bo

 Thực tế người ta chọn hướng tách ion thay đổi giá trị u , quét từ 600 ~800 v ion có số khối nhỏ trước độ lệch cao , số khối lớn sau

b Thiết bị phân tách hội tụ kép

 Thiets bị bao gồm điện trường E

từ trường B đặt nối tiếp

 - ion qua điện trường chụi lục tác dụng (e.E) vng góa với hướng chuyển động kết

quả ion chuyển động theo quỹ đạo trịn mà bán kính xác định theo biểu thức : e v = mv2 /re => re = (m v2) / (e E)  => re = 2.u/ E

 v:vận tốc chuyển động

 Các ion chuyển động theo hướng trục z dao

động hai hướng x y vng góc với hướng

 Đa số ion va đập vào cực giao động

chỉ số e- thảo mãn phương trình : m =(0,316 u )/( ro2 f2) đến detecto

 m:là khối lượng ion, u: tăng tốc , ro:nửa

khoảng cách hai cực đối diện , f tần số dao động

 tần số f không đổi thiết bị lượi loc khối

lượng, thay đổi f dẫn đến quét phổ khối lượng

 thiết bị rẻ tiền ổn định khơng có từ

Đe tec tơ:

Các ion khỏi phận tách có cường độ

nhỏ (cỡ nano ampe nA) nên cần

Ghi tin hiệu:

 tín hiệu từ khéch đại truyền

Từ nguyên tắc chung phương pháp ta

chia khối phổ kế làm phận chính:

1, hóa khí mẫu :các chất rắn hay lỏng ,

khí đưa vào buồng mẫu có áp suát thấp (10-6) nhiệt độ thích hợp , mẫu

biến dạng khí (thương cho từ 0,1 ~1 mg)

2, ion hóa :dẫn dịng phân tử khí dịng e

có hương vng góc với qua diện trường u để tăng tốc

 Nguyên tắc hoạt động chung:chất nghiên cứu

được dưa vào buồng nạp mẫu ( buồng hóa khí ) qua buồng ion hóa catot làm w Re bị đốt nóng bứt chum e co lượng cao chuyển động phái anots va chạm với phân tử khí đường tùy thuộc vào lượng

chùm e phân tử mẫu bị ion hóa sau bị phá vỡ thành mảnh hướng vào khe vào

phận phân tách từ nam châm điện , mảnh ion dược phân tách theo số khối di qua khe gặp detectơ có nhiệm vụ thu nhận phat mảnh ion tùy theo số khối tương ứng

VII) Độ phân giải cách xử lý tín hiệu

1 Năng suất phân giải :để đánh giá chất

lượng khối phổ kế người ta đưa khái

niệm độ phân giải R: R = m / m▲

 m: khối lượng ion, m:hiệu khối ▲

lượng hai ion liền kề tách khỏi , giá trị R lớn máy tốt

Tách hồn tồn:hai pic sóng tách hồn

2 cách xử lý :

:vẽ lại phổ, sau ghi phổ mẫu

trước hết ta xác định chiều cao pic sóng cho 100%, đỉnh cịn lại tính dựa vào chiều cao tương ứng đỉnh so với đỉnh cao

1 Tách ankyl(E1):

ankal ankyl + gốc tư do→

CnH2n+2 +1e ( CnH2n+2 )+→ 2+ + +׳e

( CnH2n+2 )+׳ + + + +→ ( Cn-1H2n-1 )+

+ CH3׳

Nếu ankyl co nhom chức trước tiên

10 chuyển vị Mclaferty:

Chú ý:

khi viết chế phân mảnh cần :

các ion mảnh hinh

thành từ ion phân tử ion lớn , không từ phân tử trung hòa

bảo đảm bảo cân điện tích hai

vế phương trình

X) Ứng dụng phổ khối lượng:

Phổ khối lượng cho ta nhiều thông tin hợp chất hữu Người ta sử dụng

1, Phân tích định tính.

 Q trình đồng chất: Phương pháp phổ khối

lượng đo xác khối lượng ion phân tử khối lượng ion phân tử khối lượng hợp chất

 - Để xác định khối lượng phân tử xác thường phải xác

định xác pic ion phân tử M+ , bên cạnh pic ion phân tử thường có pic ion phân tử M+1, M2+ Vấn đề ta phải xác định pic hợp chất chứa đồng vị so với cường độ tương đối ion phân tử, từ xác định số nguyên tử nguyên tố đồng vị chứa phân tử

 - Để thực trình đồng chất người ta

tiến hành ghi phổ khối lượng chất tiêu chuẩn mẫu

2, Xác định công thức cấu tạo.

Khi biết công thức phân tử xác

định cơng thức cấu tạo hợp chất cách nghiên cứu kĩ mảnh ion đường phân cắt phân tử từ dự đốn cơng thức cấu tạo hợp chất trước bị phá vỡ

Thông thường người ta xác định theo

bước sau:

 Xác định công thức phân tử M+ sau

xuy M

 Xác định hiệu khối lượng ion phân tử

với ion để tìm xem ion phân tử bị vỡ mạch để:

Xác định mảnh ion đặc trưng

Tìm pic M+1, M2+ có từ xác

định số nguyên tử nguyên tố đồng vị có hợp chất

 Thông thường hợp chất hữu

Phân tích định lượng

Dựa sở phụ thuộc vào

cường độ vạch phổ : I= k*C

Người ta chọn lấy vạch phổ đặc trưng

trong phổ khối lượng chất tiêu chuẩn biết nồng độ so sánh cường độ vạch phổ chất nghiên cứu áp

XI Bảng số mang ion thường gặp  SỐ KHỐI MẢNH ION CHẤT CÓ THỂ  14 CH2 meetyl

 15 CH3

 16 O, NH2 amin,anilin

 17 OH, NH3 rượi, phenol, amin  18 H2O,NH4 r, pheenol,  19 F

 20 HF

 26 CN,C2H2,  27 C2H3,

 32 S  33 SH  34 H2S  35 CL  36 HCL  39 C3H3

 40 CH2CN,Ar  41 C3H5,CH2CO  42 C3H6,CH2CO  43 CH3CO

 44 CH2CHO,CO2

 45 CH3CHOH,CH2CH2OH, CH2CHOH  46 NO2