Chương 7 - Phân tích chất lượng nước
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (790.94 KB, 124 trang )
Phân tích chất lượng nước
CHƯƠNG 7
PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG NƯỚC
1 ỨNG DỤNG THUYẾT PHÂN TỬ UV-VIS TRONG PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ
CHẤT LƯỢNG NƯỚC
1.1 Sơ lược lịch sử nghiên cứu về quang phổ
Quang phổ học là một môn học chính yếu trong thiên văn học, nó đã được ứng dụng
thành công để nghiên cứu về khí quyển trong hành tinh chúng ta.
Cách đây 200 năm, Joseph von Fraunhofer (1787-1826) lần đầu tiên sản xuất loại máy
đo quang phổ mà tính năng không có gì sánh kịp lúc bấy giờ. Ông ấy đã khám phá ra
rất nhiều các đường tối trong quang phổ của ánh sáng mặt trời.
Ông ấy có thể xác định chính xác độ dài bước sóng của nhiều "Fraunhofer lines"
(vạch) và thuật ngữ này ngày nay vẫn được dùng. Tuy nhiên, trong thời gian này ông
ấy không hiểu được những cơ sở vật lý và ý nghĩa về những vấn đề mà ông ấy khám
phá ra.
Hình 7-1. Thiết bị Spektralapparat thiết kế bởi Gustav R. Kirchhoff và Robert W.
Bunsen (1823)
Thành tựu quan trọng kế tiếp về "Fraunhofer lines" là quá trình tìm ra nguyên lý vật
lý của sự hấp thu và phát xạ vào năm 1859 với sự cộng tác của nhiều nhà vật lý nổi
tiếng như Gustav R. Kirchhoff (1824-1887), Robert W. Bunsen (1811-1899) tại
Heidelberg. Thiết bị mà họ sử dụng là 'Spektralapparat', họ ghi nhận được quá trình
phát xạ rất đặc biệt của nhiều nguyên tố khác nhau. Với phương pháp này họ đã tiếp
tục khám phá ra 2 nguyên tố mới là Cäsium và Rubidium, họ chiết được một lượng rất
139
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
nhỏ (7g) từ 44.000 lít nước khoáng gần núi Bad Nauheim, Germany. Sự khám phá
này là nền tảng cho sự khám phá tiếp theo về sự hấp thu và phát xạ của hấp thu phân
tử.
Năm 1879 Marie Alfred Cornu thấy rằng, những tia có bước sóng ngắn của bức xạ
mặt trời trên bề mặt trái đất bị hấp thụ bởi khí quyển. Một năm sau đó, Walther Noel
Hartley mô tả rất tỉ mỉ về sự hấp thụ UV của O
3
với độ dài bước sóng 200 và 300 nm
và nó trở nên rõ ràng hơn khi họ phát hiện ra rằng O
3
chứa đầy trong bầu khí quyển.
In 1880, J. Chappuis khám phá ra sự hấp thu trong vùng khả kiến (400-840nm). Năm
1925 Dobson phát triển một máy quang phổ mới rất ổn định sử dụng lăng kính bằng
thạch anh.
1.2 Đại cương về quang phổ
Trong quang phổ học, ánh sáng nhìn thấy (ánh sáng khả kiến), tia hồng ngoại, tia tử
ngoại, tia Rơnghen, sóng radio... đều được gọi chung một thuật ngữ là bức xạ.
Theo thuyết sóng, các dạng bức xạ này là dao động sóng của cường độ điện trường và
cường độ từ trường, nên bức xạ còn được gọi là bức xạ điện từ.
Sau thuyết sóng, thuyết hạt cho thấy bức xạ gồm các "hạt năng lượng" gọi là photon
8
chuyển động với tốc độ ánh sáng (c = 3.10 m/s). Các dạng bức xạ khác nhau thì khác
nhau về năng lượng h của các photon. Ở đây, năng lượng của bức xạ đã được lượng
tử hóa, nghĩa là năng lượng của bức xạ không phải liên tục mà các lượng tử năng
lượng tỉ lệ với tần số của dao động điện từ theo hệ thức Planck.
= h
h = 6,625.10
- 34
J.s : hằng số Planck.
Louis de Broglie đã đưa ra thuyết thống nhất cả khái niệm sóng và khái niệm hạt của
sóng ánh sáng. Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. Tổng quát hơn là
bức xạ có bản chất sóng hạt. Nội dung như sau:
Hạt có khối lượng m chuyển động với vận tốc v có bước sóng đi đôi với nó là
bởi hệ thức:
=
h
mv
=
h
p
cho
Trong đó : p = mv là động lượng của hạt
là bước sóng (de Broglie)
h = 6,625.10 -34 J.s là hằng số Planck.
140
Phân tích chất lượng nước
1.2.1 Các đại lượng đo bức xạ điện từ
Bước sóng : Là quảng đường mà bức xạ đi được sau mỗi dao động đầy đủ.
Đơn vị: m, cm, µm, nm,
o
A . (1cm = 10
8
o
A
= 10 m =10 µm)
7 4
Tần số : Là số dao động trong một đơn vị thời gian (giây)
Trong 1 giây bức xạ đi được c cm và bức sóng cm, vậy: =
c
8
Lưu ý: Bức xạ truyền trong chân không với vận tốc c = 2,9979.10 m/s (thường lấy
8
tròn 3.10 m/s)
Đơn vị: CPS ( VÒNG DÂY), Hz, KHz, MHz. (1CPS=1Hz; 1MHz=10 KHz=10 Hz)
Năng lượng bức xạ: Các dao động tử (phân tử chẳng hạn) chỉ có thể phát ra hoặc hấp
thụ năng lượng từng đơn vị gián đoạn, từng lượng nhỏ nguyên vẹn gọi là lượng tử
năng lượng:
3 6
= h =
hc
= hc
Đơn vị: Jun (J), Calo (Cal), electron von (eV).
1.2.2 Các dạng bức xạ
Bức xạ điện từ bao gồm 1 dãy các sóng điện từ có bước sóng biến đổi trong khoảng
o -10
rất rộng: từ cỡ mét ở sóng rađio đến cỡ A (10
Toàn bộ dãy sóng đó được chia thành các vùng phổ khác nhau.
m) ở tia Rơnghen hoặc nhỏ hơn nữa.
Hình 7-2. Các phổ của sóng điện từ
141
