BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ

Nguyễn Thị Bích Trâm

XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH MUỐI ĂN
BẰNG HỆ ĐO QUANG ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Tp. Hồ Chí Minh, 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ

Nguyễn Thị Bích Trâm

XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH MUỐI ĂN
BẰNG HỆ ĐO QUANG ĐIỆN TỬ

Ngành: Sư phạm Vật Lý
Mã số: 102

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGÔ THỊ PHƯƠNG

Tp Hồ Chí Minh, 2017.

i

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn, ngoài những cố gắng của cá
nhân, em còn được thầy cô, gia đình, bạn bè động viên, quan tâm giúp đỡ rất nhiều.
Trước khi trình bày những nội dung em đã làm được sau khi luận văn hoàn tất, em
xin dành lời cảm ơn chân thành đến mọi người.
Trước hết, em cảm ơn TS. Ngô Thị Phương – Giảng viên hướng dẫn của em, người
đã nhiệt tình giúp đỡ em rất nhiều cả về kiến thức, kinh nghiệm trong suốt quá trình
thực hiện luận văn này.
Em xin cảm ơn Thầy Nguyễn Hoàng Long đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình xây
dựng các hệ đo và quá làm thí nghiệm.
Em xin cảm ơn các Thầy Cô trong khoa Vật Lý đã tạo mọi điều kiện để em hoàn
thành được luận văn của mình.
Em xin cảm ơn gia đình bạn bè đã luôn ủng hộ, động viên tinh thần, cùng em chia sẻ
những trải nghiệm dù khi khó khăn hay khi hạnh phúc để em có thể vững vàng hoàn
thành công việc của mình.
Sau cùng, em xin chúc sức khỏe, hạnh phúc và thành công đến thầy cô, gia đình, bạn
bè. Một lần nữa cảm ơn vì tất cả những điều tốt đẹp mà mọi người đã dành cho em.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 04 năm 2017

Nguyễn Thị Bích Trâm

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Mục lục


ii

MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn ...................................................................................................................i 
Mục lục .......................................................................................................................ii 
Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt ......................................................................iv 
Danh mục các bảng ..................................................................................................... v 
Danh mục các hình vẽ, đồ thị.....................................................................................vi 
Mở đầu ........................................................................................................................ 1 
Chương 1 Tổng quan .................................................................................................. 3 
1.1.  Tổng quan về việc xác định nồng độ dung dịch ..........................................3 
1.2.  Cơ sở lí thuyết ..............................................................................................4 
Chương 2 Giới thiệu hệ đo quang điện tử................................................................. 14 
2.1. Nguyên tắc hoạt động.................................................................................14
2.2. Dụng dụ thực nghiệm .................................................................................16
2.3. Thiết kế hệ đo .............................................................................................20
Chương 3 Thực nghiệm ............................................................................................ 25 
3.1. Quá trình chọn chất tan ..............................................................................25
3.2. Điều kiện chung khi tiến hành thí nghiệm .................................................26
3.3. Kết quả .......................................................................................................29
3.4. Kết quả xác định nồng độ...........................................................................33
3.5. Độ chính xác và nguyên nhân sai số của phép đo......................................38
3.6. So sánh kết quả thu được với máy UV VIS ...............................................38
Chương 4 Kết luận và hướng phát triển.................................................................... 46 
Tài liệu tham khảo..................................................................................................... 48 

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm


GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Mục lục

iii

Phụ lục....................................................................................................................... 49 
Chất lượng nước được dùng trong quá trình thí nghiệm .......................................... 49 
Chất lượng muối dùng trong quá trình thí nghiệm ................................................... 50 

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


iv

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
1. UV VIS: Ultra Violet – VISible (ánh sáng tử ngoại và ánh sáng khả kiến).
2. A: Absorbance (độ hấp thụ).
3. T: Transmittance (độ truyền qua).
4. m: mẫu.
5. dm: dung môi.
6. dd: dung dịch.

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương



v

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Mở đầu ........................................................................................................................ 1 
Chương 1 Tổng quan .................................................................................................. 3 
Chương 2 Giới thiệu hệ đo quang điện tử................................................................. 14 
Chương 3 Thực nghiệm ............................................................................................ 25 
Bảng 1: Cách pha dung dịch. .................................................................................... 27 
Bảng 2: Kết quả điện thế đầu ra theo các nồng độ dung dịch khác nhau. ................ 33 
Bảng 3: Kết quả tính độ hấp thụ ............................................................................... 33 
Bảng 4: Bảng số liệu điện thế đầu ra của các dung dịch đã biết............................... 34 
Bảng 5: Kết quả tính độ hấp thụ cho các dung dịch đã biết nồng độ. ...................... 35 
Bảng 6: Kết quả điện thế đầu ra và độ hấp thụ của dung dịch chưa biết nồng độ. ... 35 
Bảng 7: Kết quả xác định nồng độ dung dịch sử dụng hệ đo quang điện tử. ........... 36 
Bảng 8: Khảo sát hệ đo thứ 5. ................................................................................... 37 
Bảng 9: Kết quả xác định nồng độ bằng máy UV VIS (làm tròn đến 2 chữ số
thập phân). .................................................................................................................44 
Chương 4 Kết luận và hướng phát triển.................................................................... 46 
Tài liệu tham khảo..................................................................................................... 48 
Phụ lục....................................................................................................................... 49 
Chất lượng nước được dùng trong quá trình thí nghiệm .......................................... 49 
Chất lượng muối dùng trong quá trình thí nghiệm ................................................... 50 

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương



vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang
Mở đầu ........................................................................................................................ 1 
Chương 1 Tổng quan .................................................................................................. 3 
Hình 1: Một số dụng cụ, thiết bị đo nồng độ dung dịch phổ biến. ............................. 4 
Hình 2: Mối liên hệ giữa I0, IA, IR và I. ....................................................................... 4 
Hình 3: Bước sóng phổ điện từ. Dải bước sóng nhìn thấy là dải màu đơn sắc thay
đổi từ đỏ đến tím (VIS), liền kề là dải bước sóng tử ngoại (UV). ..............................7 
Hình 4: Phổ UV VIS của một số chất [1]. .................................................................. 8 
Hình 5: Sơ đồ máy phân tích quang phổ UV VIS. ..................................................... 9 
Hình 6: Cuvette chứa mẫu. ....................................................................................... 10 
Hình 7: Cuvette trong bộ phận chứa cuvette. ........................................................... 10 
Hình 8: Cấu tạo thiết bị nhận biết (ống nhân quang điện) [2]. ................................. 11 
Hình 9: Tế bào quang điện ....................................................................................... 11 
Hình 10: Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ UV VIS một chùm tia................................ 12 
Hình 11: Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ UV VIS hai chùm tia. ................................ 12 
Chương 2 Giới thiệu hệ đo quang điện tử................................................................. 14 
Hình 12: Dạng của đường chuẩn để xác định nồng độ dung dịch ............................ 15 
Hình 13: Laser khí HeNe. ......................................................................................... 16 
Hình 14: Laser bán dẫn. ............................................................................................ 16 
Hình 15: Ống chữ T trong bộ phận chứa mẫu. ......................................................... 17 
Hình 16: Ống chữ T và ống đựng mẫu. .................................................................... 17 
Hình 19: Cảm biến CASSY LAB2. .......................................................................... 19 
Hình 20: Kính phân cực. ........................................................................................... 19 

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương



vii

Hình 21: Chân đỡ. ..................................................................................................... 19 
Hình 22: Thấu kính. .................................................................................................. 19 
Hình 23: Thấu kính. .................................................................................................. 19 
Hình 24: Sơ đồ khối tổng quát. ................................................................................. 20 
Hình 25: Sơ đồ hệ đo đầu tiên................................................................................... 20 
Hình 26: Hệ đo đầu tiên. ........................................................................................... 20 
Hình 27: Sơ đồ khối hệ thứ hai. ................................................................................ 21 
Hình 28: Hệ đo thứ hai. ............................................................................................. 21 
Hình 29: Sơ đồ khối hệ thứ ba. ................................................................................. 22 
Hình 30: Hệ đo thứ ba. .............................................................................................. 22 
Hình 31: Sơ đồ khối hệ thứ tư. .................................................................................. 23 
Hình 32: Hệ đo thứ tư với nguồn laser dùng pin. ..................................................... 23 
Hình 33: Hệ đo thứ tư với nguồn laser dùng pin sạc được. ...................................... 23 
Hình 34: Sơ đồ khối hệ thứ năm. .............................................................................. 24 
Hình 34: Hệ đo thứ năm với nguồn laser dùng pin................................................... 24 
Hình 35: Hệ đo thứ năm với nguồn laser dùng pin sạc được. .................................. 24 
Chương 3 Thực nghiệm ............................................................................................ 25 
Hình 37: Dạng đồ thị điện thế thu được khi khảo sát hệ đo đầu tiên........................ 29 
Hình 38: Dạng đồ thị điện thế thu được khi khảo sát hệ đo thứ hai ......................... 30 
Hình 39: Dạng đồ thị điện thế thu được khi khảo sát hệ đo thứ ba .......................... 31 
Hình 40: Dạng đồ thị điện thế thu được khi khảo sát hệ đo thứ 3 sau khi bật được
khoảng hai giờ ...........................................................................................................31 
Hình 41: Dạng đồ thị điện thế thu được khi khảo sát hệ đo thứ 5. ........................... 32 

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm


GVHD: TS. Ngô Thị Phương


viii

Hình 42: Đường chuẩn thể hiện mối quan hệ giữa độ hấp thụ A và nồng độ dung
dịch CM. .....................................................................................................................34 
Hình 43: Đường chuẩn để xác định nồng độ dung dịch chưa biết............................ 35 
Hình 44: Độ ổn định về giá trị điện thế đầu ra khi bật laser khí HeNe trong
khoảng thời gian khoảng 2 giờ. .................................................................................36 
Hình 46: Giao diện Spectra measurement của phần mềm đi kèm máy UV VIS. ..... 39 
Hình 47: Thiết lập khoảng bước sóng sẽ xác định độ hấp thụ .................................. 39 
Hình 48: Kết quả thu được sau khi quét base line .................................................... 40 
Hình 49: Phổ hấp thụ của dung dịch muối ăn ở 3 nồng độ khác nhau ..................... 40 
Hình 50: Giao diện Spectra Analysis. ....................................................................... 41 
Hình 51: Giao diện Peak find.................................................................................... 41 
Hình 52: Giao diện Quantitative measurement sau khi thiết lập giá trị bước sóng
muốn khảo sát. ..........................................................................................................42 
Hình 53: Giao diện Quantitative measurement sau khi xác định độ hấp thụ của nước
cất và 1 dung dịch đã biết nồng độ ........................................................................... 43 
Hình 54: Dạng đường chuẩn thu được sau khi đo độ hấp thụ của các mẫu đã biết
nồng độ. .....................................................................................................................43 
Hình 55: Các thông số của đường chuẩn. ................................................................. 44 
Hình 56: Xác định nồng độ dung dịch chưa biết. ..................................................... 44 
Chương 4 Kết luận và hướng phát triển.................................................................... 46 
Tài liệu tham khảo..................................................................................................... 48 
Phụ lục....................................................................................................................... 49 

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm


GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Mở đầu

1

MỞ ĐẦU
Trong thực tế, luôn luôn tồn tại nhu cầu xác định nồng độ dung dịch muối ăn, ví dụ,
trong hoạt động sản xuất nông nghiệp hay nuôi trồng thủy sản để đảm bảo chất lượng
nước phù hợp với hoạt động sản xuất. Trên thị trường hiện nay đã có nhiều dụng cụ
phục vụ cho mục đích này như tỉ trọng kế, tỉ trọng kế tay đòn, khúc xạ kế, các máy
đo điện tử. Mỗi dụng cụ đều có những ưu điểm riêng. Tỉ trọng kế và tỉ trọng kế tay
đòn có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, giá thành thấp. Khúc xạ kế và các máy đo điện
tử có độ chính xác cao.
Xuất phát từ ý tưởng thiết kế hệ đo dung dịch muối ăn, mục tiêu của đề tài là thiết kế
một hệ đo phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu từ những dụng cụ đơn giản và
những thiết bị, phương tiện thí nghiệm có sẵn trong phòng thí nghiệm Vật Lý nâng
cao, khoa Vật Lý, trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh. Song song với
đó là việc nghiên cứu để bước đầu sử dụng phần mềm hỗ trợ trong việc ghi đo và xử
lí số liệu để giảm bớt công sức cho người sử dụng và tiết kiệm thời gian.
Ý tưởng chính của hệ là dựa vào tương tác của ánh sáng với vật chất, cụ thể là khi
chiếu ánh sáng qua một dung dịch bất kì, cường độ sáng sẽ giảm do bị dung dịch hấp
thụ. Từ cơ sở đó, luận văn này mong muốn thiết kế được một hệ đo có thể đo được
nồng độ dung dịch thông qua việc chiếu một chùm tia sáng qua dung dịch đó và đi
tìm độ hấp thụ. Để định lượng được sự hấp thụ chiếu ánh sáng qua dung dịch, sau khi
ánh sáng đi qua dung dịch cần có một photo detector. Dưới tác dụng của ánh sáng,
photo detector tạo ra các quang điện tử, từ đó xuất hiện một giá trị điện thế, sau đó,
giá trị điện thế này được ghi đo và xử lí để tính độ hấp thụ. Từ mối quan hệ giữa nồng
độ dung dịch và độ hấp thụ sẽ tính được nồng độ dung dịch chưa biết. Trong quy trình

vừa trình bày ở trên thì các quang điện tử được photo detector tạo ra đóng vai trò hết
sức quan trọng, đó là lí do ngay từ tên đề tài đã đề cập đến các quang điện tử.
Đối với cá nhân, người thực hiện đề tài mong muốn học hỏi thêm kiến thức mới và
kĩ năng thực nghiệm trong quá trình thực hiện đề tài và đóng góp một phần công sức
hoàn thiện một tư liệu nhỏ có thể phục vụ cho việc giảng dạy, nghiên cứu tại khoa

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Mở đầu

2

Vật Lý. Có thể sử dụng hệ đo giống như một mô hình trực quan để giảng dạy kiến
thức liên quan đến ứng dụng định luật Lambert-Beer hoặc để sinh viên hiểu rõ hơn
cấu tạo và nguyên tắc hoạt động chung của máy quang phổ UV VIS trong việc xác
định định lượng nồng độ một dung dịch chưa biết, bên cạnh việc thao tác với máy
UV VIS hiện có tại phòng thí nghiệm Vật Lý nâng cao, khoa Vật Lý, trường Đại học
Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh. Xa hơn nữa, ngoài hệ đo, đây có thể là tài liệu tham
khảo cho các bạn sinh viên khóa sau khi tiến hành các đề tài tương tự vì chính bản
thân người thực hiện thì đây là đề tài đầu tiên, việc tìm hiểu các thông tin tốn không
ít công sức và hầu hết các tài liệu đều là tiếng Anh.
Nội dung của luận văn gồm 4 chương, nội dung tóm tắt của các chương như sau
Chương 1 Tổng quan
Giới thiệu ý tưởng chính và cơ sở lí thuyết của đề tài.
Chương 2 Giới thiệu hệ đo quang điện tử
Giới thiệu các dụng cụ được sử dụng trong quá trình thiết kế các hệ đo, sơ đồ khối và
hình ảnh thực tế, đặc điểm của các hệ đo đã xây dựng.

Chương 3 Thực nghiệm
Trình bày các kết quả thu được từ các hệ đo đã xây dựng trong quá trình làm thực
nghiệm.
Chương 4 Kết luận và hướng phát triển
Trình bày các nhận xét và các kết luận rút ra từ kết quả thực nghiệm.

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Chương 1 Tổng quan

3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
Nội dung chính của luận văn là xác định nồng độ dung dịch muối ăn bằng hệ đo quang
điện tử, kết quả đo sẽ được kiểm tra bằng máy quang phổ UV VIS. Trước khi đi vào
nội dung chính ở các chương sau, đầu tiên, chương Tổng quan sẽ trình bày các nội
dung cơ bản về việc xác định nồng độ dung dịch, ý tưởng chính, cơ sở lý thuyết của
hệ đo quang điện tử và giới thiệu máy quang phổ UV VIS.
1.1. Tổng quan về việc xác định nồng độ dung dịch
Hiện nay, đã có nhiều thiết bị khác nhau để đo nồng độ dung dịch muối nói riêng và
đo nồng độ dung dịch nói chung, dựa trên việc ứng dụng các kiến thức khoa học khác
nhau. Dưới đây sẽ tóm tắt ngắn gọn một số thiết bị phổ biến và nguyên tắc cơ bản
của các thiết bị đo nồng độ dung dịch.
Tỉ trọng kế hoặc tỉ trọng kế tay đòn dùng khi không yêu cầu độ chính xác cao. Tỉ
trọng kế hoạt động dựa trên tỉ trọng của dung dịch muối với tỉ trọng của nước, chính
là dựa vào lực đẩy Archimedes. Kết quả đo được là tỉ trọng, nhưng có thể thông qua

các bảng chuyển đổi để thu được nồng độ dung dịch.
Khúc xạ kế: các khúc xạ kế này đo nồng độ muối theo cơ sở là hiện tượng khúc xạ
ánh sáng. Khi ánh sáng truyền qua hai môi trường trong suốt không đồng nhất, nó sẽ
bị khúc xạ. Góc khúc xạ phụ thuộc vào chiết suất của môi trường, và chiết suất này
lại phụ thuộc vào nồng độ dung dịch, từ đó bằng cách đo góc khúc xạ, và thông qua
tính toán, có thể tìm ra nồng độ dung dịch.
Đo độ mặn bằng máy đo điện tử: Máy đo độ mặn là phương pháp đo được sử dụng
trong hoạt động sản xuất công nghiệp. Máy hoạt động trên cơ sở muối tồn tại dưới
dạng ion Natri mang điện dương và ion Chloride mang điện âm di chuyển tự do trong
nước, khi cung cấp một điện trường, các điện tích dương và điện tích âm sẽ chuyển
động dưới tác dụng của điện trường, điện tích dương sẽ chuyển động về điện cực âm,

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Chương 1 Tổng quan

4

điện tích âm sẽ chuyển động về điện cực dương, dựa vào dòng chuyển động này, máy
sẽ tính toán và cho ra kết quả.
Các thiết bị trên ứng dụng các kiến thức thuộc các lĩnh vực khác nhau để phục vụ
mục đích đo nồng độ dung dịch. Ngoài các kiến thức đó, còn có thể đo được nồng độ
dung dịch nhờ áp dụng định luật Lambert - Beer. Trên cơ sở tìm hiểu các phương
pháp phổ biến ở Việt Nam và định luật Lambert – Beer, luận văn này mong muốn
thiết kế được một hệ đo quang điện tử để đo nồng độ dung dịch, được chế tạo từ các
vật liệu có sẵn tại phòng thí nghiệm Vật Lý nâng cao.


Hình tỉ trọng
kế.

Hình tỉ trọng kế
tay đòn.

Hình khúc xạ kế.

Hình máy đo độ mặn
điện tử.

Hình 1: Một số dụng cụ, thiết bị đo nồng độ dung dịch phổ biến.
1.2. Cơ sở lí thuyết
1.2.1. Định luật Lambert - Beer
1.2.1.1. Định luật Bouguer - Lambert.
Khi chiếu chùm bức xạ đơn sắc có cường độ I0 qua một lớp dung dịch có bề dày l thì
cường độ bức xạ đơn sắc I bao giờ cũng nhỏ hơn I0.
I0 = I + IA + IRI
Trong đó : IA : phần cưòng độ bị hấp thụ.
IR : phần cường độ bị phản xạ lại.
I : phần cường độ ló ra.

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

Hình 2: Mối liên hệ giữa I0, IA, IR và I.

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Chương 1 Tổng quan


5

Dựa vào thực nghiệm, 2 nhà bác học Bouguer và Lambert đã đưa ra định luật hấp thụ
ánh sáng
I = Ioe-Kl

(1).

Trong đó, K: hệ số hấp thụ (phụ thuộc bản chất của dung dịch và bước sóng của bức
xạ điện từ), l là bề dày dung dịch.
1.2.1.2. Định luật Lambert - Beer
Khi áp dụng định luật Bouguer – Lambert cho dung dịch có bề dày l chứa chất hấp
thụ có nồng độ C. Beer đã đưa ra định luật Lambert-Beer:
“Với cùng bề dày của lớp dung dịch hệ số hấp thụ K tỉ lệ với nồng độ của chất hấp
thụ của dung dịch.”
K= .C.
Thế vào (1), ta được

I = I0e

Kl

 I = I0.10

  lC

(2)

Trong đó, C : nồng độ dung dịch (mol/l).

l : bề dày của cuvet đựng trong dung dịch (cm).
 : hệ số hấp thụ phân tử, phụ thuộc bản chất của chất hấp thụ, bước sóng
 của bức xạ đơn sắc và nhiệt độ.
Độ truyền qua T được định nghĩa là tỉ lệ giữa cường độ chùm sáng đơn sắc sau đi qua
dung dịch (I) với cường độ chùm sáng chiếu vào (I0).
T=

= 10

  lC

.

Độ hấp thụ được định nghĩa

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Chương 1 Tổng quan

6

A = - logT= - log =  l C .
Ý nghĩa của độ truyền qua và độ hấp thụ: Nếu độ truyền qua T = 30%, thì 30% photon
đi qua các mẫu đi đến đầu dò và 70% khác được hấp thu bởi các mẫu. Độ hấp thụ thì
kém trực quan hơn, nếu A = 0, không có photon được hấp thụ, và nếu A = 1.00, thì
90% photon được hấp thu; chỉ có 10% đến đầu dò. Nếu A = 2.00, thì 99% photon
được hấp thu; chỉ 1% đến đầu dò.

Mặc dù khái niệm độ hấp thụ kém trực quan hơn độ truyền qua nhưng mối quan hệ
giữa độ hấp thụ và nồng độ lại tiện lợi hơn khi tính toán và ứng dụng định luật
Lambert Beer vào các dụng cụ thực tế, và như vậy, thông thường, người ta sử dụng
độ hấp thụ để báo cáo, tính toán…, ứng dụng để xác định nồng độ mẫu dung dịch.
Giả sử các tham số thực nghiệm không đổi, từ định luật Lambert – Beer ta thu được
đường dự báo mối quan hệ giữa độ hấp thụ của mẫu dung dịch và nồng độ phân tích,
từ đó suy ra nồng độ cần tìm.
Trong thực tế, để xác định nồng độ dung dịch, cần chuẩn bị một loạt các mẫu chuẩn
có nồng độ biết trước. Đo độ hấp thụ, ta sẽ có được số liệu dùng làm đường chuẩn,
chính là đồ thị của độ hấp thụ và nồng độ có dạng đường thẳng. Các dung dịch chưa
biết nồng độ được phân tích sau đó bằng cách đo độ hấp thụ và sử dụng đường chuẩn
để tìm ra nồng độ.
1.2.2. Máy quang phổ UV VIS
1.2.2.1. Quang phổ UV VIS
Trong luận văn này, kết quả thu được từ hệ đo quang điện tử sẽ được so sánh với kết
quả từ máy UV VIS để kiểm tra độ chính xác của quá trình chuẩn bị các dung dịch.
Dưới đây sẽ trình bày vắn tắt về máy quang phổ UV VIS.
UV VIS nghĩa là Ultraviolet-Visible, tức là vùng tử ngoại và vùng ánh sáng khả kiến,
violet (tím) là màu có bước sóng ngắn nhất trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Trong phổ
UV VIS, có một những bước sóng con người không thể nhìn thấy nhưng với một số
loài chim, bò sát hay côn trùng như loài ong có thể nhìn thấy được ánh sáng trong

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Chương 1 Tổng quan

7


vùng tử ngoại. Đặc biệt, một số loại cây, hoa còn có thể chịu được ánh sáng vùng tử
ngoại.

Hình 3: Bước sóng phổ điện từ. Dải bước sóng nhìn thấy là dải màu đơn sắc
thay đổi từ đỏ đến tím (VIS), liền kề là dải bước sóng tử ngoại (UV).
Vùng phổ này thường được chia làm 3 vùng chủ yếu: cận tử ngoại (UV) (185–400
nm), khả kiến (VIS) (400–700 nm) và cận hồng ngoại (IR) (700–1100 nm).
1.2.2.2. Các đặc điểm của phổ UV VIS
Phổ UV VIS là đồ thị biểu diễn tập hợp tất cả độ hấp thụ tương ứng với các bước
chuyển năng lượng của một phân tử, nhóm ion phân tử theo bước sóng khi có sự
tương tác giữa phân tử với bức xạ điện từ.
Phổ UV VIS có dạng hình Gauss, là phổ đám, cực đại hấp thu là một khoảng giá trị
. Các giá trị hấp thu tương ứng với 3 loại bước chuyển: Bước chuyển điện tử, dao
động và quay tương ứng về năng lượng: E(e) >> E(d) >> E(q).
Vùng phổ UV VIS là vùng nằm ở cận tử ngoại (UV) cho đến cận hồng ngoại (IR).
Được xác định từ khoảng 180-1100nm.
Đây là vùng phổ đã được nghiên cứu nhiều và được áp dụng nhiều về mặt định lượng,
quá trình định lượng được tiến hành bằng cách đo ở một vài bước sóng hấp thu của
hợp chất, sau đó áp dụng định luật Lambert - Beer để tính toán.
1.2.2.3. Cơ chế của sự hấp thụ

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Chương 1 Tổng quan

8


Sự hấp thụ là sự tương tác của các photon của bức xạ với các ion hay phân tử của
mẫu, chỉ xảy ra khi có sự tương ứng giữa năng lượng photon và năng lượng các điện
tử ngoài cùng (của ion hay phân tử) hấp thụ. Kết quả là có sự biến đổi năng lượng
điện tử của phân tử, chính vì vậy phổ UV VIS được gọi là phổ điện tử.
Sự hấp thụ năng lượng điện tử trong vùng sóng ánh sáng tử ngoại gần (190-400nm)
và khả kiến (400-780nm) của các chất gây ra sự chuyển dịch của các điện tử từ trạng
thái cơ bản sang trạng thái kích thích.
Các quang phổ kế UV VIS đo độ truyền quang T hay độ hấp thụ A của bức xạ khi
truyền qua mẫu lỏng.
Biểu đồ biển diễn sự tương quan giữa cường độ hấp thu theo bước sóng của một chất
được gọi là phổ UV VIS của chất ấy trong điều kiện xác định.

Hình 4: Phổ UV VIS của một số chất [1].
1.2.2.4. Thiết bị quang phổ hấp thụ UV VIS.

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Chương 1 Tổng quan

9

Hình 5: Sơ đồ máy phân tích quang phổ UV VIS.
Gồm các bộ phận cơ bản: nguồn sáng, bộ phận chứa mẫu (cuvette), bộ phận nhận biết
(detector).
Nguồ n sáng.
Nguồ n sáng có nhiê ̣m vu ̣ cung cấ p bức xa ̣ tương thıć h với quá trı̀nh đo, thông thường

là bức xạ đơn sắc.
Có hai loại nguồn sáng hay được sử dụng trong máy quang phổ UV VIS: đèn hồ
quang deuterium và đèn halogen tungsten.
Ngoài ra còn một nguồn sáng khác là đèn xenon tạo ra cường độ liên tục trên toàn
bộ vùng UV VIS. Tuy nhiên, vì độ nhiễu từ đèn xenon rất lớn so với hai loại đèn trên
cho nên đèn xenon chỉ được dùng trong các phép đo phản xạ khuếch tán, khi cường
độ cao của tia sáng được quan tâm hàng đầu.
Thiế t bi ta
̣ ̣o bức xa ̣ đơn sắ c.
Có nhiệm vụ thu nhâ ̣n chùm bức xa ̣ đa sắ c phát ra từ đèn, phân tı́ch ánh sáng đa sắ c
thành cách chùm đơn sắ c, cho bức xa ̣ đơn sắ c đi qua.
Có hai loa ̣i thiế t bi phổ
biế n là lăng kı́nh và cách tử.
̣
Bô ̣ phâ ̣n chứa mẫu (Cuvette).
Tia bức xạ đơn sắc sau đi được tách ra sẽ đi đến bộ phận chứa mẫu, thông thường là
một ống (cố c) nhỏ gọi là cuvette. Cuvette được làm bằng nhựa, thủy tinh hay thạch
anh để chứa mẫu đo.
Cuvette phải hoàn toàn trong suốt ở tất cả các bước sóng vì bất kỳ sự hấp thụ nào từ
cốc cũng làm giảm khoảng hấp thụ tuyến tính của mẫu đo.
Cuvette được làm bằng nhựa không thể dùng với tất cả dung môi và hấp thụ mạnh
có bước sóng dưới 300nm, nên không thích hợp với việc đo ở vùng này. Đặc tính
của từng loại cuvette phụ thuộc vào nhà sản xuất.

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Chương 1 Tổng quan


10

Cuvette làm bằ ng thuỷ tinh bền hơn hấp thụ mạnh ở vùng dưới 320 nm bởi vậy không
thích hợp đo ở vùng này.
Cuvette bằ ng tha ̣ch anh trong suốt cho đến tận dưới 210nm. Cuvette tốt nhất hiện nay
là cuvette tổng hợp với chất lượng cao, có thể trong suốt đến dưới 190nm.Bề dày của
cuvette đo có thể từ 0,1 đến 10 cm nhưng hay dùng nhất là cuvette có bề dày 1 cm.
Đôi khi các cuvette dày hơn cũng được dùng đối với những chất có nồng độ thấp hoặc
có độ hấp thụ kém.

Hình 6: Cuvette chứa
mẫu.
Thiế t bi nhâ
̣
̣n biế t (Detector).

Hình 7: Cuvette trong bộ
phận chứa cuvette.

Có tác dụng cảm nhận bức xạ điện từ sau khi bị hấp thụ và chuyển lượng bức xạ này
thành dòng điện. Cường độ dòng điện thu được là tỷ lệ thuận với cường độ bức xạ
đập vào bề mặt catot. Diode quang điện hay ốnng nhân quang điện là những thiết bị
hữu dụng trong việc đo xác định các bức xa ̣.

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương



Chương 1 Tổng quan

11

Ống nhân quang điê ̣n có chức năng tổ hợp các tín hiệu chuyển đổi qua vài giai đoạn
khuyếch đại trong thân của ống. Bản chất của nguyên liệu làm cathode là xác định độ
nhạy của phổ. Một nhân quang điện đơn tạo ra độ nhạy tốt trên toàn bộ khoảng UV
VIS. Loại detector này sinh ra độ nhạy cao ở mức ánh sáng thấp. Tuy nhiên, trong
lĩnh vực áp dụng phân tích quang phổ, độ nhạy cao thường đi đôi với nồng độ thấp
dẫn đến độ hấp thụ thấp.

Hình 8: Cấu tạo thiết bị nhận biết (ống nhân quang điện) [2].
Diode quang điê ̣n được sử dụng trong các máy đo quang phổ có đô ̣ nhiễu thấ p ở
cường đô ̣ cao, giúp phát hiê ̣n chı́nh xác sự khác nhau giữa mẫu trắ ng vào mẫu thử.
Trước kia, diode quang có độ nhạy thấp trong khoảng UV thấp, nhưng vấn đề này đã
được hiệu chỉnh trong các detector hiện đại. Giới hạn phát hiện xấp xỉ 170-1100 nm
đối với detector sử dụng silicon. Các máy quang phổ hiện đại có một dãy các detector
diode quang thay vì một detector.

Hình 9: Tế bào quang điện

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Chương 1 Tổng quan

12


1.2.2.5. Mô ̣t số loa ̣i máy quang phổ
.
Có hai loa ̣i máy quang phổ : máy mô ̣t chùm tia và máy hai chùm tia.

Máy quang phổmô ̣t chùm tia.
Hình 10: Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ UV VIS một chùm tia.
Đươ ̣c thiế t kế đầ u tiên khá đơn giản, giá thành thấ p. Có hai loa ̣i máy quang phổ :
quang phổ thông thường và diode array.
Ưu điể m: Giá thành thấp, thông lượng bức xạ đi qua cao và như vậy độ nhạy cao.
Nhươ ̣c điể m: Có khoảng lệch thời gian khi tiến hành đo giữa các chuẩn cũng như
mẫu xác định. Điều này đã xảy ra với những thiết bị cũ, những thiết bị hiện đại với
những tính năng cao và ổn định đã khắc phục nhược điểm này. Vì vậy máy quang
phổ một chùm tia vẫn có những ứng dụng cao trong các phòng thí nghiê ̣m.
Máy quang phổhai chùm tia.

Hình 11: Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ UV VIS hai chùm tia.
Máy hai chùm tia đã được phát triển để loại bỏ sự thay đổi của cường độ đèn giữa
các lần đo mẫu trắng và mẫu thử. Ở loại này một bộ phận đóng ngắt ánh sáng được
đặt trên đường đi của hệ quang học gần nguồn sáng. Bộ phận đóng ngắt này chuyển

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Chương 1 Tổng quan

13

đường của tia sáng giữa đường đến mẫu trắng và mẫu thử rồi đến detector. Nó sẽ

quay ở một tốc độ sao cho việc đo liên tiếp giữa mẫu trắng và mẫu thử sẽ xảy ra vài
lần trong một giây, bởi vậy sẽ hiệu chỉnh đuợc sự thay đổi của cường độ đèn trong
thời gian đo.
So sánh với máy một chùm tia, máy hai chùm tia có hệ quang học phức tạp hơn
nên độ nhạy giảm. Để được độ nhạy cao phải đo trong thời gian dài.
Thông thường, độ ổn định cao của máy hai chùm tia là lý do chính trong việc thiết
kế của máy quang phổ hiệu năng cao. Tuy nhiên, với những tiến bộ gần đây về đèn
và thiết kế điện mà đã tăng được độ ổn định của loại một chùm tia và dẫn đến sự
quay trở lại của máy một chùm tia. Máy một chùm tia có độ nhạy cao và dễ sử
dụng.

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Chương 2 Giới thiệu Hệ đo quang điện tử

14

CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU HỆ ĐO QUANG ĐIỆN TỬ
Trong chương 2 Giới thiệu hệ đo quang điện tử sẽ trình bày nguyên tắc chung của
các hệ đo quang điện tử, sơ đồ tổng quát và sơ đồ của các hệ đo đã xây dựng. Mỗi hệ
đo sẽ được phân tích điểm cần phải khắc phục từ đó cải tiến xây dựng hệ đo mới.
2.1. Nguyên tắc hoạt động
Nguyên tắc hoạt động của hệ mối quan hệ định lượng giữa độ hấp thụ ánh sáng của
dung dịch muối ăn và nồng độ dung dịch trong định luật Lambert – Beer để tìm ra
nồng độ dung dịch chưa biết trên cơ sở đường chuẩn được xây dựng từ mối quan hệ
giữa độ hấp thụ và nồng độ một dãy dung dịch đã biết.

Cụ thể, ta có mối quan hệ giữa độ hấp thụ A và nồng độ C, tuy nhiên, hệ đo quang
điện tử trong luận văn này cho kết quả đầu ra không phải là giá trị độ hấp thụ A mà
là giá trị điện thế được tạo ra bởi chùm tia sáng sau khi qua dung dịch tác động lên
photodiode. Về cơ bản, các máy đo UV VIS thương mại cũng sử dụng cùng một
nguyên tắc [4]. Tuy nhiên, đối với các sản phẩm thương mại luôn đi kèm với phần
mềm xử lí số liệu để số liệu cung cấp cho người dùng luôn là giá trị A thông qua các
quá trình tính toán thực hiện bởi các bộ vi xử lí bên trong, còn đối với hệ đo quang
điện tử trong luận văn này, kết quả A sẽ được tính thủ công với sự trợ giúp của máy
tính cá nhân.
Trên thực tế làm thí nghiệm cho thấy, không chỉ có quá trình hấp thụ của dung dịch
muối ăn làm giảm cường độ chùm tia sáng mà còn các quá trình khác xảy ra khi ánh
sáng đi qua dung môi (nước cất) cũng ảnh hưởng đến cường độ ánh sáng Io cho nên,
cần thiết phải đo cường độ ánh sáng nền bên ngoài khi làm thí nghiệm. Các kết quả
thực nghiệm cho thấy, khi không có ánh sáng chiếu vào photodiode, vẫn có một giá
trị điện thế được ghi nhận thông qua bộ khuếch đại. Sự ảnh hưởng của các giá trị này
sẽ được hiệu chỉnh bằng cách trừ đi sau khi đo các giá trị khi có ánh sáng và dung
dịch muối ăn.
Ở chương tổng quan, ta đã có biểu thức

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương


Chương 2 Giới thiệu Hệ đo quang điện tử

15

A = - logT= - log = .l.C
Ta tính độ hấp thụ A thông qua kết quả điện thế đo được.

Nhận thấy =

=

[4].

Từ đó, ta tính được
A = - logT= - log
= - logT = - lg

= .l.C [4].

Dựa vào giá trị A vừa tính và giá trị C đã biết sẽ vẽ được đường chuẩn nhằm xác định
nồng độ dung dịch chưa biết.
Giá trị V0 ở đây là điện thế đo được khi không có ánh sáng đi qua dung dịch, đôi khi
còn được gọi là dòng tối, Vdm là giá trị khi thu được khi ánh sáng đi qua ống đựng
nước cất, khi đó vẫn có sự hấp thụ ánh sáng do thủy tinh và do nước, việc đưa hai giá
trị V0 và Vdm để đưa giá trị độ hấp thụ khi không có ánh sáng về 0.
Sau khi có được giá trị độ hấp thụ của các dung dịch đã biết nồng độ, ta sẽ tiến hành
xây dựng đường chuẩn, có dạng như sau để xác định nồng độ dung dịch chưa biết
thông qua việc đo độ hấp thụ của nó.

Hình 12: Dạng của đường chuẩn để xác định nồng độ dung dịch

SVTH: Nguyễn Thị Bích Trâm

GVHD: TS. Ngô Thị Phương