Mục lục

1. Cơ sở lí thuyết
1.1. Khái quát chung.
Khi phân tử hợp chất hữu cơ “va chạm” với chùm sóng điện từ sẽ hấp thụ một
năng lượng tương ứng với bước sóng xác định nào đó của tia tới và không hấp thụ các
chùm tia có bước sóng khác.
Nếu ta chiếu mẫu chất hữu cơ một sóng điện từ với các bước sóng khác nhau và
sau đó xác định xem bước sóng nào bị hấp thu, bước sóng nào không thì chúng ta sẽ có
được một phổ hấp thu của mẫu đó.

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

1


Kết quả được biễu diễn bằng đồ thị của hàm số năng lượng sóng điện từ đi qua
phụ thuộc vào bước sóng.Trục hoành biễu diễn bước sóng với đường nằm ngang ở trên
đơn vị là µm; đường nằm ngang ở dưới đơn vị là số sóng (cm -1), trục tung là hệ số hấp
thụ sóng điện từ có đơn vị là %.
Vùng bức xạ hồng ngoại (IR) là một vùng phổ bức xạ điện từ rộng nằm giữa vùng
trông thấy và vùng vi ba; vùng này có thể chia thành 3 vùng nhỏ:
- Near-IR 400-10 cm-1 (1000- 25 μm)
- Mid-IR 4000 - 400 cm-1 (25- 2,5μm)
- Far-IR 14000- 4000 cm-1 (2,5 – 0,8μm)
Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại nói ở đây là vùng phổ nằm trong vùng có
số sóng 4000 - 400 cm-1.
Vùng này cung cấp cho ta những thông tin quan trọng về các dao động của các
phân tử do đó là các thông tin về cấu trúc của các phân tử

Hình 1: Các bức xạ và bước sóng tương ứng

Hình 2: Vùng hồng ngoại, khả kiến và tử ngoại
1.1.2. Điều kiện phân tử hấp thụ bức xạ hồng ngoại.

Để có thể hấp thụ bức xạ hồng ngoại, phân tử đó phải đáp ứng các yêu cầu
sau:

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

2


+ Độ dài sóng chính xác của bức xạ: một phân tử hấp thụ bức xạ hồng ngoại chỉ
khi nào tần số dao động tự nhiên của một phần phân tử (tức là các nguyên tử hay các
nhóm nguyên tử tạo thành phân tử đó) cũng là tần số của bức xạ tới.
+ Một phân tử chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại khi nào sự hấp thụ đó gây nên sự
biến thiên momen lưỡng cực của chúng.
Khi phân tử lưỡng cực được giữ trong một điện trường, trường đó sẽ tác dụng các
lực lên các điện tích trong phân tử - Các điện tích ngược nhau sẽ chịu các lực theo chiều
ngược nhau, điều đó dẫn đến sự tách biệt 2 cực tăng hoặc giảm.
Vì điện trường của bức xạ hồng ngoại làm thay đổi độ phân cực của chúng một
cách tuần hoàn, khoảng cách giữa các nguyên tử tích điện của phân tử cũng thay đổi một
cách tuần hoàn.
Khi các nguyên tử tích điện này dao động, chúng hấp thụ bức xạ hồng ngoại.
Nếu vận tốc dao động của các nguyên tử tích điện trong phân tử lớn, sự hấp thụ
bức xạ mạnh và sẽ có đám phổ hấp thụ mạnh, ngược lại nếu vận tốc dao động của các
nguyên tử tích điện trong phân tử nhỏ, đám phổ hấp thụ hồng ngoại yếu.
Theo điều kiện này thì các phần tử có 2 nguyên tử giống nhau sẽ không xuất hiện
phổ dao động. Ví dụ O2, N2 v.v… không xuất hiện phổ hấp thụ hồng ngoại.
1.2. Trạng thái dao động của phân tử

1.2.1. Trạng thái dao động của phân tử 2 nguyên tử

1.2.1.1. Dao động điều hòa

Hãy tưởng tượng 2 nguyên tử như 2 khối cầu A và B gắn kết với nhau bởi 1 lò xo

Hình 3: Mô hình 2 nguyên tử
m1: khối lượng của A
Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

3


m2: khối lượng của B
ro: khoảng cách giữa tâm của A và B
∆r: biến thiên khoảng cách khi A, B dao động
Khi A, B dao động xuất hiện lực triệu hồi f kéo A, B về vị trí cân bằng, được tính
bởi công thức:
f= -k∆r (1)
A
A
a

B

Aâ

BA

Hình 4: Mô hình dao động điều hòa của phân tử hai nguyên tử

Dao động của A, B khỏi vị trí cân bằng như hình gọi là dao động điều hòa. Hệ số
tỉ lệ k gọi là hằng số lực. Trong phân tử liên kết hóa học giữa 2 nguyên tử đóng vai trò
sinh ra lực triệu hồi do đó k gọi là hằng số lực hóa trị. Thông qua tính toán cho thấy
υdd = (2)
: khối lượng rút gọn của hệ
Dưới tác dụng của lực triệu hồi f hệ có thế năng V được xác định bởi hệ thức:
Vr=k(r-ro)2 + Vo (3)
Vr là thế năng của hệ ứng với sự dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng.
Vo là thế năng cực tiểu ứng với vị trí cân bằng hệ.

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

4


Vr
7
6
5
4
3
V=0
2

Vo

1
rmin

ro


rmax

Hình 5: Đường cong thế năng và các mức năng lượng dao động của phân tử hai nguyên tử

Ở mỗi trạng thái của dao động, khoảng cách r giữa 2 nguyên tử thay đổi xung
quanh giá trị cân bằng ro từ rmax đến rmin. Ở 2 vị trí này thế năng V của hệ bằng năng
lượng toàn phần Edđ.
Edđ = V = (v + )h υdđ (4)
v là số lượng tử dao động v= 1,2,3,4…
υdđ là tần số riêng của dao động.
Việc tính các biến thiên momen lưỡng cực ứng với biến thiên khác nhau của số
lượng tử dao động ∆v với dao động điều hòa dẫn tới quy tắc chọn lọc ∆v= mới được
phép. Như vậy trong trường hợp lí tưởng, tức phân tử là một hệ dao động điều hòa ,
không kể đến chuyển động quay thì phổ dao động chỉ gồm một vạch duy nhất ứng với
biến thiên năng lượng bằng hiệu năng lượng giữa hai mức cạnh nhau, có tần số đúng
bằng tần số riêng của dao động
υ = = = υdđ (5)
1.2.1.2. Dao động không điều hòa
Trong tực tế dao động giữa hai nguuyên tử không phải chỉ là dao động điều hòa.
Khi hai hạt nhân lại gần nhau lực tương tác tăng lên. Do đó đường biểu diễn thế năng
không phải một parabol mà là một đường cong không đối xứng giống như hình 6

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

5


Vr


5
4
3
V=0
2

Vo

1
rmin

ro

rmax

Hình 6: Đường cong thế năng (nét liền) và mức năng lượng của dao động không điều hòa của
phân tử 2 nguyên tử

Khi tính đến dao động không điều hòa thì các mức năng lượng không phân bố
cách đều như trong dao động điều hòa. Khi số lượng tử v tăng lên thì hiệu năng lượng
giữa các mức cạnh nhau ∆Edđ giảm dần rồi triệt tiêu khi biên độ dao động đủ lớn đến
mức phân li phân tử.
Dao động điều hòa không tuân theo quy tắc chọn lọc ∆v= mà mọi chuyển dời giữa
các mức năng lượng đều có thể xảy ra, nghĩa là ∆v=, , … Tuy nhiên khi giá trị tuyệt đối
của ∆v tăng xác suất chuyển dời, cường độ vân hấp thụ giảm mạnh. Từ phân tích trên ta
thấy, phổ của phân tử hai nguyên tử không phải là một vạch duy nhất, mà là tập hợp
nhiều dãy vạch. Mỗi dãy vạch ứng với sự chuyển dịch của phân tử từ một mức dao động
xác định đến các mức khác nhau.
1.2.1.3. Phổ dao động quay


Trên đây ta mới khảo sát dao động của phân tử độc lập với dao động quay do đó
phổ dao động của phân tử hai nguyên tử gồm hai dãy vạch mà mỗi dãy hợp thành từ một
âm cơ bản và các họa âm. Trong thực tế không thể thu được các quang phổ thuần túy
như thế vì khi năng lưuợng đủ lớn để kích thích các trạng thái dao động thì nó cũng làm
thay đổi các trạng thái quay. Kết quả là mỗi vạch υdđ của phổ dao động biến thành nhiều
vạch nhỏ có tần số υ = υdđ + υquay, các vạch có tần số υdđ không xuất hiện.
Do kết quả chồng chất của lượng tử quay và lượng tử dao động ta thu được phổ
lượng tử quay của phân tử.
Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

6


1.2.2. Dao động của phân tử nhiều nguyên tử

1.2.2.1. Dao động cơ bản.

Ở các phân tử 3 nguyên tử trở lên ngoài dao động dãn và nén dọc theo trục liên kết
(dao động hóa trị) còn có dao động làm thay đổi giữa các góc liên kết (dao động biến
dạng). Thay đổi giữa các góc liên kết thường dễ hơn thay đổi độ dài liên kết. Vì thế năng
lượng của dao động biến dạng thường nhỏ hơn so với dao động hóa trị. Chuyển động của
dao động nhiều phân tử là rất phức tạp. Có thể phân chia chuyển động phức tạp thành
hữu hạn chuyển động đơn giản gọi là dao động cơ bản hay dao động chuẩn. Giả sử phân
tử có N nguyên tử. Vị trí của mỗi nguyên tử được xác định bởi 3 tọa độ, phân tử có 3N
bậc tự do. Trong số đó có 3 bậc tự do để mô tả chuyển động tịnh tiến, 3 bậc tự do để mô
tả chuyển động quay. Như vậy còn lại 3N-6 bậc tự do dao động. Vậy trong phân tử có N
nguyên tử có 3N-6 dao động cơ bản. Dao động cơ bản không suy biến có tần số khác
nhau.
Xét một phân tử không thẳng hàng, ví dụ H2O. Số dao động cở bản trong phân ttử
H2O là 3.3-6=3 (quy tắc 3N-6)

Các kiểu dao động cơ bản của H2O

Hình 7: Các kiểu dao động của nước
1.2.2.2. Dao động nhóm

Đối với các phân tử phức tạp số các kiểu dao động tăng lên rất nhiều. Các dao
động trong phân tử lại tương tác với nhau làm biến đổi lẫn nhau nên chúng không còn
ứng với tần số của các dao động cơ bản nữa. Có nhiều dao động gần giống nhau nên tạo
ra cùng một vùng phổ tần số hẹp và tạo ra một vân phổ chung. Vì thế thay vì phân tích tỉ
mỉ tất cả các vân phổ cơ bản người ta đưa vào quan niệm “dao động nhóm”. Quan niệm
này xem một vài dao động của các liên kết riêng rẽ hoặc của nhóm chức như độc lập với
các dao động khác trong toàn phân tử.

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

7


1.2.3. Tần số đặc trưng nhóm.

Dưới đây là các tần số đặc trưng cho nhóm thường dùng trong giải phổ hồng ngoại.

Functional Class

Alkanes

Alkenes

Alkynes


Arenes

Alcohols & Phenols

Amines

Aldehydes & Ketones

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

8


Carboxylic Acids &Derivatives

Nitriles
Isocyanates,Isothiocyanates,
Diimides, Azides & Ketenes

Loại nhóm
chức
Tần số và cường độ
S-H thiols
2550-2600 cm-1 (wk &
shp)
S-OR esters
700-900 (str)
S-S disulfide
500-540 (wk)
C=S thiocarbon

1050-1200 (str)
yl
Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

9


S=O sulfoxide
sulfone
sulfonic
acid
sulfonyl
chloride
sulfate

1030-1060 (str)
1325± 25 (as) & 1140± 20 (s)
(both str)
1345 (str)
1365± 5 (as) & 1180± 10 (s) (both
str)
1350-1450 (str)

Phosphorous Functions
P-H phosphine
2280-2440 cm-1 (med &
shp)
950-1250 (wk) P-H bending
(O=)PO-H pho
2550-2700 (med)

sphonic acid
P-OR esters
900-1050 (str)
P=O
1100-1200 (str)
phosphine oxide
1230-1260 (str)
phospho 1100-1200 (str)
nate
1200-1275 (str)
phosphat
e
phosphor
amide
Si-H silane
Si-OR
Si-CH3

Silicon Functions
2100-2360 cm-1 (str)
1000-1110 (str & brd)
1250± 10 (str & shp)

Oxidized Nitrogen Functions
=NOH oxime
O-H
3550-3600 cm-1 (str)
(stretch)
1665± 15
C=N

945± 15
N-O
N-O amine
oxide
960± 20
aliphatic 1250± 50
aromatic
N=O nitroso
1550± 50 (str)
nitro
1530± 20 (as) & 1350± 30 (s)

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

10


1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến vân hấp thụ phổ hồng ngoại
1.3.1. Ảnh hưởng của thế đồng vị

Tần số tỉ lệ nghịch với khối lượng rút gọn tức là cũng tỉ lệ nghịch với khối lượng
của các nguyên tử tham gia liên kết. Khi thay một nguyên tử bằng một nguyên tử đồng vị
khác, bản chất của liên kết t hóa học không thay đổi do đó hằng số lực hầu như không
thay đổi : kC-H ≈ kC-D; kO-H ≈ kO-D…. Tuy nhiên khi khối lượng tăng thì tần số sẽ giảm,
chẳng hạn: vC-H > vC-D; vO-H > vO-D…
Việc thế đồng vị có thể dùng để kiểm tra sự quy kết các vân phổ hồng ngoại. Ví
dụ, vân hấp thụ ở 3314 cm-1 trên phổ của ClCH2≡CH chính là vân hấp thụ của nhóm CH
ankin ( ≡CH) bởi vì khi thế H bằng D ta được ClCH2≡CD mà trên phổ của nó thay cho
vân hấp thụ ở 3314 cm-1 xuất hiện vân hấp thụ ở 2604cm-1. Cần chú ý rằng µ=m1m2 :
(m1+m2) do đó khi thay H bằng D thì µ tăng gần 2 lần, còn khi thay 12C bằng 13C hoặc 16O

bằng 18O thì µ cũng tăng nhưng không nhiều như vậy.
1.3.2. Ảnh hưởng của các hiệu ứng electron

Trong hóa học hữu cơ, các hiệu ứng electron như hiệu ứng cảm ứng (I), hiệu ứng
liên hợp (C) không những giúp làm sáng tỏ nhiều khía cạnh về tính chất hóa học mà còn
giải thích và tiên đoán sự chuyển dịch tần số hấp thụ ở các cấu tạo hóa học khác nhau.
Không nên chờ đợi một mối liên quan đơn giản giữa hiệu ứng cảm ứng hoặc hiệu ứng
liên hợp với tần số đặc trưng nhóm. Trong mỗi dãy hợp chất cụ thể, cần xem xét tác động
của các electron đến độ bền vững của liên kết và đến thứ bậc của kiên kết trong nhóm
nguyên tử đang xét.
Thường thì sự liên hợp làm giảm bậc của kiên kết bội và tăng bậc của liên kết đơn
xen giữa các liên kết bội. Do đó khi các liên kết bội liên hợp với nhau thì tần số của
chúng đều giảm so với khi chúng ở vị trí không liên hợp, ví dụ:
Loại hợp chất:
–C–C–

–C≡C–

Bậc liên kết :

3

ncm-1

:

Hợp chất

2150-2260


>C=C<

>C=C–C=C<

2

1,9

1620-1680

CH2=CH2

νC=C

:

1620

–

618

νC=O

:

–

1720


1692

CH3CH=CO

1,7

1600-1650

:

Aren

1500-1600

CH3CH=CHCHO

1
700-1100
CH3CH=CH–

CH=CHCHO

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

1615
1677
11


1.3.3. Ảnh hưởng của yếu tố không gian


Các chất đối quang (antipot) có phổ hồng ngoại giống nhau và giống với biến thể
raxemic khi đo phổ trong dung dịch. Khi đo phổ ở trạng thái rắn thì có thể phân biệt được
đồng phân dạng quang hoạt với biến thể raxemic. Các đồng phân cis-tran cũng có thể
được nhận biết thông qua vân hấp thụ của dao động biến dạng không phẳng của các liên
kết =CH: đồng phân trans – RCH=CHR có một vân mạnh ở 970 - 960 cm -1, còn đồng
phân cis – RCH=CHR thì có vân trung bình ở tần số 730 – 675 cm -1.
Sức căng của vòng cũng gây ảnh hưởng tới tần số đặc trưng nhóm, ví dụ trong khi
dao động hóa trị υC-H của các ankan và xicloankan vòng lớn thể hiện ở 2850 – 2960 cm -1
thì υC-H của xiclopropan thể hiện ở 3050cm-1 tức là nằm vào vùng của υC-H anken. Sự thay
đổi độ lớn của vòng ảnh hưởng khác nhau tới sự thay đổi của các nhóm nội vòng và
ngoại vòng. Ví dụ, lấy vòng sáu cạnh làm chuẩn thì hợp chất ngoại vòng ( >C=X, X
không phải là thành viên tạo vòng) loại 3,4,5 cạnh tần số υC=X (X là C,O,N) tăng lên rõ
rệt, còn ở hợp chất nội vòng (- C=X - , X là thành viên tạo vòng) loại 3,4,5 cạnh tần số
υC=X lại giảm rõ rệt. Sự thay đổi tần số υC=X khi chuyển từ vòng sáu cạnh sang các vòng
trung bình cũng tương tự như vậy nhưng mức độ tăng và giảm ít hơn.
1.3.4. Ảnh hưởng của liên kết hidro nội phân tử

Liên kết hidro là một loại liên kết yếu được hình thành khi nguyên tử H tham gia
liên kết cộng hóa trị với nguyên tử của một nguyên tố. Có thể biểu diễn sự tạo thành liên
kết hidro như sau:
AX – H…YB
X, Y thường là F, O, N; A, B là phần còn lại của phân tử. Y phải có ít nhất một đôi
electron chưa tham gia liên kết.
Cả hai hợp phần AX –H và YB đều cùng thuộc một phân tử ta có liên kết H nội
phân tử. AX-H thuộc một phân tử còn YB thuộc phân tử khác thì liên kết hidro gọi là liên
kết hidro liên phân tử.
Liên kết hidro có thể được xem là liên kết kiểu 3 trung tâm trong đó H đóng vai
trò cầu nối. Vì thế liên kết X-H và liên kết B-Y đều bị yếu đi. Độ dài liên kết OH và C=O
trong trường hợp có liên kết hidro đều tăng so với khi không có liên kết hidro.

Chính vì thế khi có liên kết H thì tần số dao động hóa trị của cả 2 nhóm tham gia
liên kết đều giảm đi, ngoài ra vân hấp thụ của nhóm X-H đều giảm đi và thường rộng ra
(vân tù). Khác với dao động hóa trị, liên kết hidro làm khó khăn cho dao động biến dạng
của liên kết XH vì vậy làm tăng tần số của dao động biến dạng.

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

12


2. Máy đo phổ hồng ngoại
2.1. Máy đo phổ hồng ngoại hai chùm tia
Sơ đồ nguyên lí của máy đo phổ hồng ngoại 2 chùm tia

Hình 8: Sơ đồ nguyên lí máy quang phổ hồng ngoại hai chùm tia
Máy đo phổ hồng ngoại phổ biến nhất hiện nay là loại máy gồm các bộ phận
chính sau:
-Bộ cấp nguồn sáng
-Bộ tách ánh sáng đơn sắc
-Bộ phận nhận tín hiệu và khuếch đại tín hiệu
-Bộ phân xử lý tín hiệu
Nguồn bức xạ 1 phát ra chùm tia hồng ngoại với mọi tần số trong vùng cần khảo
sát. Chùm tia này được chia làm hai phần, một phần đi qua mẫu (2), phần khác đi qua
môi trường đo 2 (dung môi). Bộ tạo đơn sắc (3) sẽ tách từng tần số để đưa qua bộ phận
phân tích (detector) 4. Detector sẽ so sánh cường độ hai chùm tia để cho ra những tín
hiệu có cường độ tỷ lệ với phần bức xạ bị hấp thụ bởi mẫu. Máy tự ghi (6) sẽ nhận tín
hiệu điện do detector cung cấp dưới dạng những đường cong phụ thuộc vào % bức xạ
truyền qua vào số sóng cm-1.
2.1.1. Nguồn sáng


Thường dùng trong thiết bị IR là đèn Nernst chứa oxit kim loại đất hiếm hoặc
cacbit silic có khả năng đốt nóng đến nhiệt độ cao và phát ra tia hồng ngọai.

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

13


Chùm tia này từ nguồn sáng thường là tia đa sắc cho nên phải qua bộ phận lọc tách
ánh sáng đơn sắc gồm những lăng kính được chế tạo từ các tinh thể muối làm vật liệu
như LiF, CaF2, NaCl, KBr..,
Các cách tử này chỉ cho ánh sáng với khoảng buớc sóng nhất định đi qua.
Cấu tạo của đèn Nernst gồm một ống thủy tinh có đường kính khoảng 1-2mm, dài
khoảng 20-50 mm. Trong ống đựng oxit ZrO2 và Y2O3 có các sợi platin gắn vào hai đầu
ống để nối với mạch điện. Nhiệt độ đốt nóng khoảng 1200-2200oK Đèn Globar .
Đèn này cũng phát bức xạ hồng ngoại liên tục và cũng thuộc loại đèn đốt nóng vật
đen. Cấu tạo của đèn là một thanh silicacbua dài 40-60 mm và có đường kính khoảng 4-6
mm, nhiệt độ đốt nóng khoảng 1300-1500oK.
2.1.2. Nhận tín hiệu

Các bức xạ hồng ngoại có cường độ và năng lượng thấp nên thường được sử dụng
detector nhiệt
Dựa trên hiệu ứng nhiệt để phát hiện tất cả các vùng sóng hồng ngoại.
Detector hỏa điện thường được dùng trong thiết bị phổ hồng ngoại. Đó là một
thanh mỏng chất hỏa điện nằm giữa hai điện cực tạo ra một tụ điện.
Các chất hỏa điện thường dùng là triglixin sunfat (TGS) được biến tính với Derteri
(DTGS).
Tia sáng sau khi đi qua mẫu đo sẽ bị hấp thụ một phần còn lại được đưa qua bộ
phận nhận tín hiệu biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện với dòng rất nhỏ. Cường độ
dòng điện phụ thuộc vào ánh sáng bị hấp thụ nhiều hay ít.

Thông thường dòng điện này rất nhỏ nên phải có bộ phận khuếch đại để dòng điện
mạnh lên và sau đó đưa vào máy tính để vẽ phổ đồ và xử lý số liệu.
Ví dụ : một số vật liệu lăng kính các bước sóng
Vật liệu
LiF
CaF2
NaCl
KBr
Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

Chiều dài s
óng
2-6m
1-8m
2,5–15m
12,5 –25m
14


CsI

25 –50 m

Hiện nay các máy phổ hồng ngoại thế hệ mới được chế tạo theo kiểu biến đổi
Furie- FTIR
(Fourier Transformation Infared Spectrophotometer).
Trong máy đo FTIR người ta không dùng bộ tạo đơn sắc mà dùng bộ tạo giao thoa
gồm một gương cố định và một gương di động và bộ phân chia chùm tia sáng.
2.2. Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
Gồm các bộ phận chính sau:

-Nguồn sáng (1)
-Giao thoa kế (2)
-Detector (6)
- Máy tính (7).

Hình 9: Sơ đồ phổ kế biến đổi Fourier FT-IR
1. Nguồn sáng; 2. Gương cố định; 3. Gương di động. 4. Chia chùm sóng;
5. mẫu đo; 6. Detector; 7. Máy tính.
2.2.1. Nguồn sáng

Nguồn sáng cho phổ kế FT-IR cũng là đèn Nernst, đèn global, phát ra bức xạ hồng
ngọai liên tục

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

15


2.2.2. Giao thoa kế

Gồm một guơng cố định, một gương di động và bộ tách quang. Bộ tách quang
được chế tạo từ một số vật liệu khác nhau tùy thuộc vào vùng hồng ngoại xa hay gần,
mỗi loại vật liệu được sử dụng cho một vùng giới hạn bước sóng
2.2.3. Detector

Hình 10: Detector (6)
Nguyên tắc cơ bản của detector là khi một photon đập vào mặt của một chất rắn sẽ
làm bật ra các electron, sau đó các electron này chuyển động và đập vào bề mặt chất rắn
và lại làm bật ra electron với số lượng lớn hơn nhiều lần. Chất rắn đó phải là những chất
bán dẫn và mỗi chất tương ứng với một vùng bức xạ hồng ngoại khác nhau


Hình 11: Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
Máy phổ hồng ngoại biến đổi Fourier thuận tiện hơn máy phổ hồng ngoại thường.
Việc dùng giao thoa kế cho phép làm khe sáng rộng hơn do đó lượng ánh sáng thu được

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

16


trên giao thoa kế sẽ lớn hơn nhiều so với bộ tạo đơn sắc. Ngoài ra nó còn giảm được
nhiễu, tăng tín hiệu và tự động hóa ở mức độ cao.
Trong quá trình làm việc thang tần số của máy có thể bị xê dịch vì vậy phải điều
chỉnh lại theo chất chuẩn như amoniac, hơi nước hoặc polistiren.

3. Chuẩn bị mẫu ghi phổ hồng ngoại
Mẫu phân tích có thể ở dạng khí, lỏng, rắn. Mỗi loại mẫu đều có cuvet riêng và
chuẩn bị theo phương pháp thích hợp.
3.1. Mẫu dạng khí
Có loại cuvet riêng với độ dài 10cm trong đó có đặt gương phản chiếu để tăng
chiều dài đường đi của ánh sáng và tăng độ hấp thụ ánh sáng của phân tử khí. Hai đầu
cuvet được bịt bằng tấm NaCl
3.2. Mẫu dạng lỏng
Nếu là chất lỏng tinh khiết thì dùng hai tấm NaCl và nhỏ một giọt chất lỏng vào
giữa hai tấm NaCl tạo thành lớp màng chất lỏng ép giữa tai tấm đó, hoặc cũng có thể đo
bằng cuvet riêng khi chất tan trong dung môi
1.Dung môi pha loãng mẫu thường sử dụng là CCl4 hoặc CHCl3.
Cần phải chú ý là mẫu và dung môi phải tuyệt đối khan nếu không sẽ làm hỏng
các tấm của sổ bằng tinh thể KBr hay NaCl. Dung dịch mẫu đuợc chuẩn bị như sau. Hòa
tan chất nghiên cứu vào dung môi thích hợp với nồng độ 1-5 %, sau đó cho vào cuvet thứ

nhất. Độ dày của cuvet là 0,1 mm. Cho dung môi vào cuvet thứ hai giống hệt cuvet thứ
nhất về độ dày và vật liệu chế tạo. Nhờ so sánh hai chùm tia đi qua dung dịch và dung
môi người ta có thể loại vạch hấp thụ của dung môi.
Nồng độ chất ghi phổ IR của mẫu lỏng trong khoảng từ 10-2 đến 1 mol /l. Để ghi
phổ cho những mẫu có tinh kiềm, axit, hoặc dung dịch nước thì phải dùng các cuvet
không tan trong nước như fluorit, silic, germany là những vật liệu không hấp thụ trong
vùng ánh sáng hồng ngoại.
Độ dày của cuvet cũng có ảnh hưởng lớn khả năng hấp thụ ánh sáng của dung
môi.
Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

17


Ví dụ : CCl4 ở cuvet có độ dày =0,1 mm được coi là trong suốt ở vùng 4000-820
và 720-650 cm-1 nhưng cuvet có độ dày 1mm nó hấp thụ đáng kể ở 1600-1550, 12701200, 1020-960 cm-1
3.3. Mẫu dạng rắn
Có nhiều cách đo mẫu ở dạng rắn nhưng đơn giản và thuận tiện nhất là ép viên với
KBr.
Nghiền mẫu thật mịn sau đó ép với KBr với một lượng KBr lớn hơn từ 10 - 100
lần trên máy nén ép thành những viên dẹt với chiều dày khoảng 0,1 mm.Viên dẹt thu
được hầu như trong suốt và các chất phân tích được phân tán đồng đều.
Lượng mẫu cần thiết để ép màng khoảng 2-5 mg.
Cần chú ý là KBr có tính hút ẩm rất mạnh nên trong phổ thường xuất hiện vạch
phổ hấp thụ của nước ở 3450 cm-1.
Ngoài ra dùng KBr còn có thể xẩy ra phản ứng trao đổi cation hoặc anion với các
chất nghiên cứu là muối vô cơ hoặc các phức vô cơ

4. Ứng dụng của phổ hồng ngoại
4.1. Phân tích định tính

Bằng phương pháp phổ hồng ngoại có kết quả khá chính xác về sự có mặt của các
nhóm chức trong phân tử và đặc tính của liên kết cũng như cấu trúc và vị trí các nhóm thế
trong hợp chất.
Để phân tích định tính và định danh hợp chất hóa học, cần phải nắm được các tần
số dao động đặc trưng của các nhóm chức và của các liên kết giữa các nguyên tử.
Những tần số này đã được xác định bởi các nhà khoa học và đã được đưa vào bảng
tra cứu. Khi có được các phổ hồng ngoại của một chất chưa biết nào đó người ta có thể so
sánh và tra cứu tần số các dao động được lưu trong thư việc tra cứu và định danh các hợp
chất hóa học.

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

18


Ngoài ra người ta còn kết hợp với các phương pháp khác như phổ Raman để định
danh chính xác các hợp chất.
4.2. Phương pháp định lượng
Phân tích định lượng bằng phổ hồng ngoại ít chính xác hơn so với các phương
pháp khác (như phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis). Đối với hợp chất ở dạng dung dịch thì
phân tích định lượng cho kết quả chính xác hơn so với mẫu dạng rắn.
Cơ sở của phương pháp định lượng cũng dựa trên định luật Lamber -Beer.

D= ℓ lg = ℓ kdC
D: mật độ quang
: hệ số hấp thụ
c: nồng độ
ℓ: chiều dày lớp dung dịch
Theo phương trình trên, đối với mỗi một chất trong các điều kiện nhất định về
bước sóng và cùng một loại cuvet thì mật độ quang tỷ lệ với nồng độ dung dịch. Sự phụ

thuộc tuyến tính này chỉ đúng trong khoảng nồng độ thấp của dung dịch. Nếu nồng độ
quá cao sẽ xuất hiện ảnh hưởng của sự phản xạ và tán xạ ánh sáng trong dung dịch.
Ngoài ra cửa sổ của cuvet được chế bằng tinh thể
KBr, NaCl rất dễ bị hút ẩm và bị mờ cho nên dễ gây sai số.
4.3. Định lượng mẫu tinh khiết
Để định lượng mẫu tinh khiết cần phải ghi phổ và thiết lập mối quan hệ giữa tỷ số
độ hấp thụ (Io/I) với nồng độ chất khác nhau ở bước sóng nhất định.
Tỷ số (Io/I) có thể xác định dựa trên phổ đồ với đường nền cơ sở.
Pha mẫu với các nồng độ khác nhau C1, C2, C3, C4,... C n
Đo phổ của mẫu và xác định giá trị mật độ quang tương ứng bằng tỷ số hấp thụ
(Io/I) trên các phổ đồ.
Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

19


Chú ý chọn đường nền sao cho xác định Io một cách chính xác.
Vẽ đồ thị đường cong chuẩn phụ thuộc giữa D và f(c) từ giá trị thực nghiệm
Về lý thuyết đường biểu diễn của hàm trên là một đường thẳng tuyến tính qua góc
tọa độ, nhưng thực nghiệm thường nhận được đường thẳng bị uốn cong ở đầu. Vì vậy
phải tiến hành xác định định lượng từng khoảng nồng độ tuyến tính ở đoạn thẳng của
đường cuẩn.
Ngoài phương pháp đường chuẩn cũng có một số phương pháp khác được sử dụng
là phương pháp đo hiệu số độ hấp thụ.
4.4. Phân tích định lượng thành phần hỗn hợp
Nguyên tắc chung dựa vào tính chất độ hấp thụ của hỗn hợp bằng tổng độ hấp thụ
của từng hợp phần ở cùng một bước sóng.
DTS= D1+ D2+ D3+ D4+... + Dn
Hay DTS=1c1ℓ +2c2ℓ +3c3ℓ +4c4ℓ +... +ncnℓ
Trong đó:

DTS: mật độ quang của dung dịch đo
Di: mật độ quang của mỗi hợp phần
i

: hệ số hấp thụ của mỗi hợp phần
ci: nồng độ của mỗi hợp phần trong dung dịch

ℓ: chiều dày lớp dung dịch (cuvet)
Để xác định hàm lượng mỗi chất (định lượng) cần phải lập hệ phương trình với n
hợp phần trong hỗn hợp .

5. Một số ví dụ về giải phổ hồng ngoại
- Căn cứ vào tần số của các nhóm đặc trưng
- Hình dạng và độ mạnh của các vân phổ.
5.1. Phổ đồ các tần số đặc trưng thường gặp

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

20


5.2. Phổ đồ của etanol (C2H5OH)

-CH

-CO

-OH

Peak tù, rộng ở 3391 cm-1 là peak của H linh động (-OH), tạo liên kết hỉo nội phân tử.

Peak hấp thụ mạnh ở 2981 cm-1 là của –CH lai hóa sp3.
Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

21


Peak hấp thụ yếu tại 1102 và 1055 cm-1 là của - CO
5.3. Phổ đồ của toluen (C6H5CH3)

5.4. Phổ đồ của axeton (CH3COCH3)

Peak hấp thụ mạnh nhất tại 1715 cm-1 là của -C=O
Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

22


5.5. Phổ đồ của CH3COOCH3 (etyl axetat

5.6. Phổ đồ của axit propionic

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

23


Kết luận:
Phổ hồng ngoại có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định nhóm chức của hợp
chất. Các nhóm chức có peak hấp thụ mạnh trên phổ đồ. Người ta kết hợp phổ hồng
ngoại với sắc kí khí để tăng hiệu quả trong phân tích.


Tài liệu tham khảo
1.Nguyễn Duy Ái, Nguyễn Tinh Dung, Trần Thành Huế, Một số vấn đề chọn lọc của hóa
học. Tập 1, Xuất bản lần 4. Nhà xuất bản Giáo dục, 2002.
2. Nguyễn Văn Đến , Các phương pháp nghiên cứu bằng quang phổ hồng ngoại, ĐHQG
Tp. HCM, 2002.
3. Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thi Đà , Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu
trúc phân tử, Nhà xuất bản Giáo dục, 1999.
4. TS. Nguyễn Thanh Hồng,
Các phương pháp phổ học trong hóa học hữu cơ, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật,
2007.
5. Nguyễn Văn Mùi, Thực hành hóa sinh học, nhà xuất bản ĐHQG Hà Nội, 2001.
6. . Nguyễn Đình Triệu, Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa học, Nhà xuất bản
Đại học Quốc gia ,2006.
7. Nguyễn Đình Triệu ,Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý. tập 1 Nhà xuất bản
Khoa học và kỹ thuật, 2001.
8. Nguyễn Đình Triệu , Bài tập và thực tập các phương pháp phổ, Nhà xuất bản ĐHQG
Hà Nội, 2001.
9. Đào Đình Thức, Một số phương pháp phổ ứng dụng trong hóa học, Nhà xuất bản
ĐHQG Hà Nội, 2007.
10. Dana W. Mayo, Foil A. Miller, Robert W. Hannah, Course notes on the
interpretation of infrared and Raman spectra, Hoboken, N.J.: Wiley-Interscience, 2004.
11. Valeri P. Tolstoy, Irina V. Chernyshova, Valeri A. Skryshevsky, Handbook of
infrared spectroscopy of ultrathin films, - N. Y.: John Wiley & Sons, 2003.
Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

24


12. Brian Smith, Infrared spectral interpretation: A systematic approach, NY.: CRC

Press, 1999
13. Koji Nakanishi; Phạm Gia Khôi (dịch), Quang phổ hồng ngoại thực hành, Trường
Đại học Dược khoa, 1973..
14. M. Silverstein, G. Clayton Bassler; Phạm Gia Khôi (dịch), Quang phổ hồng ngoại,
Trường Đại học Dược khoa, 1972.
15. J.Brand, G.Eghington, ứng dụng quang phổ trong hóa hữu cơ, Nhà xuất bản Khoa học
– Kĩ thuật, Hà Nội, 1972.
16. D.L. Pavia, G.M. Lampan, Introduction to spectroscopy, W.B. Saunders,
Philadelphia, 1979.
17. E.F.H. Brittai, W.O. George and C.H.J. Wells, Introduction to molecular
spectrocopy, Academy press, London, 1970.
18. K.Nakamoto, Infrared spectra of inorganic and coordination compounds, Wiley, New
York, 1970.
19. K. Nakanishi and P.H.Solomon, infrared absorption spectoscopy, Hilden Day, Calif,
1977.
20. Russell S. Drago, Physical methods in organic chemistry, Chapman and Hall Ltd,
London, 1965.
21. Raymond Freeman, A handbook of long man ifrared, Longman, 1997.

Tiểu luận phổ - Nguyễn Thị Ly – K19

25