Chem II 2 by 90Rid1

VIEWS: 199 PAGES: 88

									ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์
    จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย




        ผศ.ส ุชาดา จูอน ุวัฒนก ุล
                              1
1. Absorbing Species
    Apsorption by Organic Compounds
    Absorption by Inorganic Species
    Charge-Transfer Absorption
    Spectral Characteristics
2. Qualitative Applications
     Solvents
     Effect of Slit Width
     Effect of Scattered (Stray) Radiation
3. Quantitative Applications
     Application to Absorbing Species
     Application to Nonabsorbing Species
     Procedural details
     Analysis of Mixtures
     Effect of Instrumental Uncertainties
     Scale Expansion Techniques              2
4. Photometric and Spectrophotometric Titrations
    Titration Curves
    Instrumentation
    Applications to Photometric Titrations
5. Spectrophotometric Studies of Complex Ions
    Method of Continuous Variations
    Mole-Ratio Method
    Slope-Ratio Method
6. Automated Photometric and Spectrophotometric Methods




                                                      3
             1. Absorbing Species
   การดูดกลืนรังส ี UV และ visible โดยโมเลกุลเกิดจาก transition
ของอิเล็กตรอนระหว่าง electronic energy state ต่างๆ แต่ละ
electronic energy states มี vibrational energy state และ
rotational energy states                   ึ่
                               จานวนมากซงมีพลังงานใกล ้เคียงกัน
ดังนั นการดูดกลืนรังส ี UV และ visible โดยโมเลกุลจึงให ้ lines
      ้
             ่ ี
จานวนมากทีมพลังงานใกล ้เคียงกัน เกิดเป็ น absorption band
    โมเลกุลในสถานะแก๊สจะให ้      absorption    spectrum    ่
                                                          ทีม ี
รายละเอียด (fine structure) เนื่องจากโมเลกุลในสถานะกระตุ ้นมี
vibrational energy states และ rotational energy states จานวน
                      ่ ่           ่
มาก และโมเลกุลอยูหางกันมากพอทีจะเกิด vibration และ rotation
ได ้อย่างอิสระ ทาให ้ปรากฏ absorption lines จานวนมาก
                                                            4
                 Absorbing Species
                                                      ิ
    โมเลกุลใน condensed state หรือในสารละลาย มีอสระในการเกิด
                                                  ่            ่
vibration และ rotation น ้อย จึงไม่ปรากฏ lines เนืองจากการเปลียน
เนื่องจากโมเลกุลในสถานะกระตุ ้นมี vibrational และ rotational
energy                                                    ่
            levels นอกจากนี้ โมเลกุลของตัวทาละลายทีล ้อมรอบ
โมเลกุลของสารจะทาให ้พลังงานของ vibrational levels ต่างๆ
     ่
เปลียนแปลงไปในลักษณะต่างๆ กัน ทาให ้เกิดเป็ น broad peak ผล
ของตัวทาละลายนี้ จะปรากฏชัดเจนในตัวทาละลายมีขัว         ้   (polar
             ่                              ี ั้    ่
solvents) เชน น้ า มากกว่าในตัวทาละลายไม่มขว เชน ไฮโดรคาร์บอน




                                                               5
       Absorption by Organic Compounds
                  ี  ่           ่
    การดูดกลืนรังสในชวงความยาวคลืน 180 – 780 nm ของโมเลกุล
            ์
สารอินทรียเกิดจาก interactions  ระหว่างโฟตอนกับอิเล็กตรอนที่
                                               ่
สร ้างพันธะ (bonding electrons) และอิเล็กตรอนทีไม่สร ้างพันธะ
(nonbonding electrons)
                ่                       ี ี่          ์
    ความยาวคลืน (พลังงาน) ของรั งส ทโมเลกุลสารอินทรีย ดูดกลืน
  ้
ขึนกับ อิเล็กตรอนถูกยึดไว ้ได ้แน่นเพียงไร
               ่           ่
   อิเล็กตรอนทีเกิดพันธะเดียว (single-bond electron) จะถูกยึดไว ้
                                          ้             ึ่
อย่างแน่นหนา excitation จึงต ้องใชพลังงานสูง ซงสอดคล ้องกับ
                  ่
ความยาวคลืนในชวง vacuum UV (ตากว่า 180 nm) และไม่นยมใช ้
             ่                        ่                       ิ
ในเคมีว ิเ คราะห์ เพราะต ้องใช ้ spectrophotometers ที่ท าให เ ป็ น
                                                                  ้
สุญ ญากาศและมี optics                                           ์
                               ที่ท าด ้วย LiF เนื่ อ งจากควอตซ แ ละ
                                        ี
องค์ประกอบของบรรยากาศดูดกลืนรังสในชวงนีได ้ ่  ้                    6
       Absorption by Organic Compounds
                  ่            ่
    อิเล็กตรอนทีเกิดพันธะคูและพันธะสาม (double-bond and triple-
bond electron) ของโมเลกุลสารอินทรีย ์ จะถูกยึดไว ้ไม่แข็งแรงนัก
                       ี                       ่           ่
จึงถูกกระตุ ้นด ้วยรังสได ้ง่ายกว่าอิเล็กตรอนทีเกิดพันธะเดียว species
  ่ ี       ่                                          ่
ทีมพันธะคูและพันธะสามจึงให ้ absorption peak ในชวง UV-visible
  unsaturated organic functional            groups     ทีดดกลืนรังส ี
                                                         ่ ู
UV/visible เรียกว่า chromophores




                                                                  7
         Absorption by Organic Compounds
ตารางที่ 1
Absorption Characteristics of some Common Organic Chromophores
Chromophore        Example            Solvent max, nm max
Alkene            C6H13CH=CH2      n-heptane    177     13,000
Conjugated alkene CH2=CHCH=CH2     n-heptane    217     21,000
Alkyne            C5H11CC-CH3     n-heptane    178     10,000
                                                196      2,000
                                                225       160
Carbonyl             O             n-hexane     186      1,000
                     =




                  CH3CCH3                       280         16
                     O             n-hexane     180     Large
                     =




                  CH3CH                         293      8 12
          Absorption by Organic Compounds
Chromophore     Example     Solvent     max, nm   max
Carboxyl           O        ethanol       204         41



                  =
                CH3COH
Amido              O        water         214         60
                  =
                CH3CNH2
Azo             CH3N=NCH3   ethanol       339             5
Nitro           CH3NO2      isooctane     280         22
Nitroso         C4H9NO      Ethyl         300        100
                            ether         665         20
Nitrate         C2H5ONO2    dioxane       270         12
Aromatic        C6H6        n-hexane      204      7,900
                                          256       9 200
     Absorption by Organic Compounds

                 ่
     อิเล็กตรอนทีเกิดพันธะคู่และพันธะสาม (double-bond           and
triple-bond electron) ของโมเลกุลสารอินทรีย ์ จะถูกยึดไว ้ไม่
                                   ี                       ่
แข็งแรงนั ก จึงถูกกระตุ ้นด ้วยรังสได ้ง่ายกว่าอิเล็กตรอนทีเกิดพันธะ
   ่               ่ ี        ่
เดียว species ทีมพันธะคูและพันธะสามจึงให ้ absorption peak
      ่
ในชวง UV-visible
                                   ่               ่
   saturated organic compounds ทีม ี heteroatoms เชน O, N,
                                                ่
S หรือ halogens จะมี nonbonding electrons ทีสามารถถูก
                 ี  ่
กระตุ ้นด ้วยรังสในชวง 170–250 nm ได ้




                                                                  10
      Absorption by Inorganic Species

                                   ิ ้
    โดยทั่วไป ไอออนและสารเชงซอนของธาตุแทรนซชน อย่าง    ิ ั
น ้อย 1 oxidation state จะดูดกลืนรังส ี visible เป็ นแถบกว ้าง
(broad band) และทาให ้มีส ี การดูดกลืนนี้เกิดจาก electronic
transitions ระหว่าง d-orbital ทีบรรจุอเล็กตอน (filled d-orbitals)
                                 ่     ิ
กับ d-orbitals ว่าง (unfilled d-orbitals) เหล่านี้
  ผลต่างของพลังงานระหว่าง d-orbitals     (และตาแหน่งของ
                   ้
absorption peak) ขึนกับ
     1) ตาแหน่งของธาตุในตารางธาตุ
     2) oxidation state ของธาตุ
                            ี่               ้
     3) ธรรมชาติของลิแกนด์ทเกิดพันธะกับธาตุนัน

                                                               11
      Absorption by Inorganic Species

     ไอออนของธาตุแ ลนทาไนด์แ ละแอกทิไ นด์ จะดูด กลืน รั ง ส ี
เนืองจากเกิด transitions ของอิเล็กตรอนใน 4f และ 5f ตามลาดับ
   ่
                                   ึ้                ่
ให ้ absorption band แคบและไม่ขนกับ species ทีเกิดพันธะกับ
outer electrons เนืองอิเล็กตรอนใน 4f และ 5f orbitals จะถูกบัง
                   ่
จากอิท ธิพ ลภายนอกโดยอิเ ล็ ก ตรอนที่อ ยู่ ใ นระดั บ พลั ง งานที่ม ี
principal quantum number สูงกว่า




                                                                  12
         Charge-Transfer Absorption
                                                   ิ
  charge-transfer complex ประกอบด ้วย ต ัวให้อเล็กตรอน
(electron donor) เกิดพันธะกับ ต ัวร ับอิเล็ กตรอน (electron
            ่
acceptor) เชน Fe(III)/SCN- complex, I2/I- complex, …
    เมือ charge-transfer complexs ดูดกลืนรังส ี อิเล็กตรอนจาก
       ่
                                          ิ
donor จะถูกถ่ายโอน (transfer) ไปยังออร์บทัลของ acceptor
  ่      ี
เชน สแดงของ Fe(III)/SCN- complex เกิดจากการดูดกลืนโฟ
                                                        ิ
ตอน ทาให ้มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจาก SCN- ไปยังออร์บทัลของ
Fe(III)      ไอออน เกิด internal     oxidation/reduction
                                                    ่
process ทาให ้ excited species มีองค์ประกอบสวนใหญ่เป็ น
                            ่
Fe(II) และ SCN radical สวนใหญ่ excited species จะกลับสู่
สภาวะเดิม แต่ในบางกรณีอาจเกิดการแตกตัวเกิด photochemical
oxidation/reduction product                                 13
           Spectral Characteristics
1. ตาแหน่งของ absorption band (max)
        ้
      ขึนกับ electronic transition energy
        ้
      ใชสาหรับ qualitative analysis

2. Peak intensity (max)
    ้
  ขึนกับ probability of transition และ polarity of excited state
    ้
  ใชสาหรับ quantitative analysis




                                                            14
     Spectral Characteristics




รูปที่ 1 Absorption spectrum ของสารละลาย X
                                             15
    2. Qualitative Applications of
   Ultraviolet/Visible Spectroscopy
                                                       ้
 spectrophotometric measurement ด ้วยรังส ี UV ใชตรวจหา
  chromophore                                              ์
                         โดยสเปกตราของโมเลกุลสารอินทรีย ท ี่ม ี
                                       ่
  unsaturated groups หรือ มีอะตอมเชน S, halogen จะมี peak
                          ่
  อย่างน ้อย 1 peak ในชวง 200 - 400 nm
            ู
 การพิสจน์เอกลักษณ์ (identification) ของ absorbing groups
  ทาโดยการเปรียบเทียบ spectrum ของ analyte กับ spectrum
                ่
  ของโมเลกุลทีม ี chromophoric groups ต่าง ๆ อย่างไรก็ด ี
                   ี
  UV spectra ไม่มรายละเอียดเพียงพอสาหรับ identify analyte
          ั          ้         ้     ่    ่
  อย่างชดเจน ดังนันจะต ้องใชข ้อมูลอืนๆ เชน IR, NMR, และ
                       ้
  mass spectra รวมทัง solubility, melting point, boiling point
  ประกอบด ้วย
                                                            16
          Qualitative Applications
          ่                     ่             ุ
ตัวอย่างทีนามาวัด UV spectra เพือการวิเคราะห์คณภาพได ้แก่

 สารละลายเจือจางของ analyte (solution spectra)

 สารประกอบระเหยง่าย (volatile compounds) 1-2 หยด ปล่อย
                     ่                               ่ ี
  ให ้ระเหยและเข ้าสูสมดุลกับบรรยากาศภายใน cuvette ทีมฝาปิ ด
  (gas-phase spectra)




                                                            17
          Qualitative Applications
Solvents
                                  ่   ่ ั
 ต ้องโปร่งใส (transparent) ตลอดชวงทีวด

                                ่
 ต ้องละลายตัวอย่างได ้มากพอเพือให ้ได ้ well-defined peaks

 ต ้องคานึงถึง interactions ของ solvent กับ absorbing species
                         ่
  polar solvents (เชน น้ า แอลกอฮอล์ เอสเทอร์ คีโทน) จะทา
                                        ่    ่
  ให ้มี vibration spectra จึงควรหลีกเลียงเมือต ้องการให ้ spectra
  มีรายละเอียด
                       ่                             ่
  nonpolar solvents (เชน cyclohexane) ให ้ spectra ทีคล ้าย
  spectra ของแก๊ส
                                                                18
           Qualitative Applications
   นอกจากนี้ polarity        ของ solvent     มักมีผลต่อตาแหน่งของ
absorption maxima                   ้                            ่
                               ดังนันในการเปรียบเทียบ spectra เพือ
identification จึงต ้องใช ้ solvent ชนิดเดียวกัน

  ตารางที่ 2 แสดง solvents         ่ ้            ่
                                 ทีใชกันทั่วไปในชวง UV/visible
              ่ ่    ่ ้       ้              ุ ์
และความยาวคลืนตาสุดทีใชได ้ (ขึนกับความบริสทธิของ solvents)




                                                               19
          Qualitative Applications
ตารางที่ 2 Solvents for the UV and Visible Regions
      Solvent          Lower wavelength limit (nm)
Water                             180
Hexane                            200
Cyclohexane                       200
Diethyl ether                      210
Ethanol                            220
Carbon tetrachloride               260
Dioxane                            320
Cellosolve                         320
Acetone                            330
                                                     20
             Qualitative Applications

Effect of Slit Width
         ่
 การเปลียน slit width (และ effective bandwidth) มีผลต่อ spectra

 ถ ้า slit width กว ้าง ความสูงและการแยกของ peak จะลดลง

 qualitative analysis ต ้องใช ้ slit width แคบทีสด เพือให ้ spectra
                                                 ่ ุ   ่
  มีรายละเอียดมากทีสด่ ุ




                                                                 21
          Qualitative Applications

Effect of Scattered (Stray) Radiation
● scattered radiation ทาให ้เกิด instrumental deviations จาก
  Beer’s law

● scattered radiation ทาให ้เกิด false peak เมือใช ้
                                               ่
  spectrophotometer ทีความยาวคลืนสุดขีดทีเครืองใชได ้
                       ่             ่        ่ ่    ้




                                                               22
    3. Quantitative Applications of
    Ultraviolet/Visible Spectroscopy
   UV/visible absorption spectroscopy เป็ นเทคนิคหนึงทีม ี ่ ่
               ่
ประโยชน์อย่างยิงสาหรับการวิเคราะห์ปริมาณ (quantitative analysis)
                 ่
ลักษณะเฉพาะทีสาคัญของ spectrophotometric/photometric
methods คือ
      ้                               ้
1. ใชประโยชน์ได้อย่างกว้างขวาง ใชหาปริมาณ
   absorbing species (inorganic, organic, biochemical species):
     หาปริมาณได ้โดยตรง
                                                     ิ ิ
   nonabsorbing species : หาปริมาณได ้หลังจากทาปฏิกรยาเคมี
     ให ้เป็ น absorbing derivatives

                                                            23
          Quantitative Applications
2. Sensitivity สูง
   absorption spectroscopy มี detection limits 10-4-10-7 M
                                             ้
3. Selectivity ปานกลางถึงสูง ถ ้าใชความยาวคลืนที่ analyte ่
  เท่า นั ้น ดูด กลืน ไม่จ าเป็ นต ้องท าแยกสารอื่น ก่อ นการวิเ คราะห์
     ่             ้
  เมือเกิดการซอนกันของ absorption band อาจทาการวัดทีความ         ่
            ่ ่      ่
  ยาวคลืนอืนเพิมเติม ทาให ้ไม่จาเป็ นต ้องทาการแยก
4. ความแม่นสูง (Good accuracy)
                                      ่  ่
   relative errors ของความเข ้มข ้นอยูในชวง 1% ถึง 5%
     ็   ี ี่ ่
5. เปนวิธทงายและสะดวก และสามารถทาเป็ นระบบอัตโนมัต ิ
  (automation) ได ้
                                                                  24
       Quantitative Applications

Application to Absorbing Species
                               ้
  spectrophotometry สามารถใชหาปริมาณสารอินทรียจานวน์
มากทีม ี chromophore และสารอนินทรียจานวนมากทีดดกลืนรังส ี
     ่                             ์           ่ ู
               ่                     ิ ั ่ ี ี
UV/visible (เชน ไอออนของโลหะแทรนซชนทีมสในสารละลาย
ไนไทรต์ ไนเทรต และโครเมตไอออน ออกไซด์ของไนโตรเจน
ธาตุแฮโลเจน และโอโซน)




                                                       25
         Quantitative Applications

Application to Nonabsorbing Species
nonabsorbing + complexing/chelating  absorbing
  analytes            reagents         products
               ● inorganic reagents
               ● organic reagents

       ิ ิ                                  ั
 ปฏิกรยาต ้องเกิดอย่างสมบูรณ์และมีปริมาณสมพันธ์
                         ่   ้
 complexes/chelates ทีเกิดขึนต ้องเสถียร (stable)
 complexes/chelates ทีเกิดขึนต ้องดูดกลืนรังส ี UV/visible
                           ่   ้
 absorption spectrum ของ complexes/chelates ต ้องไม่ซอน    ้
  กับ absorption spectrum ของ ligand หรือ metal ion
                                                          26
         Quantitative Applications

วิธดาเนินการทดลอง (Procedure details)
   ี
                     ่
1. การเลือกความยาวคลืน
     ่                                                  ่
  เพือให ้มี sensitivity สูงสุด การวัด absorbance จะทาทีความยาว
       ่ ึ่                             ่
  คลืนซงมีการดูดกลืนสูงสุด (max) เนืองจาก
               ่                                            ่
  - มีการเปลียนแปลง absorbance ต่อหน่วยความเข ้มข ้นมีคาสูงสุด
  - absorption curve บริเวณ max จะราบ ทาให ้เป็ นไปตาม Beer’s
                                      ้          ่
    law และความไม่แน่นอนในการตังความยาวคลืนของเครืองมือมี ่
    ค่าน ้อย



                                                            27
          Quantitative Applications
2. เลือกสภาวะ (conditions) ของการทดลอง
          ่ ี
  ตัวแปรทีมผลต่อค่า absorbance ของสารได ้แก่
  ● ธรรมชาติของตัวทาละลาย
  ● pH ของสารละลาย
  ● อุณหภูม ิ
                                  ู
  ● ความเข ้มข ้นของอิเล็กโตรไลต์สง
  ● การมีสารแทรกสอด (interfering substances)
  ก่อ นการวิเ คราะห์จ ะต ้องทราบผลของตั ว แปรเหล่า นี้ และเลือ ก
สภาวะของการวิเ คราะห์ใ ห ้ค่ า absorbance        ไม่ ข ึ้น กั บ การ
    ่          ่ ี ่
เปลียนแปลง (ทีมคาน ้อยและควบคุมไม่ได ้) ของตัวแปรเหล่านี้
                                                                28
        Quantitative Applications
             ั
3. การหาความสมพ ันธ์ของ absorbance และความเข้มข้น
  ทาได ้โดย
  ● Calibration methods
  ● Standard addition methods




                                                    29
        Quantitative Applications
3.1 Calibration Methods
   ● เตรียมสารละลายมาตรฐานความเข ้มข ้นต่างๆ
   ● วัด %T หรือ A ของสารละลายมาตรฐาน
   ● เขียนกราฟระหว่าง A กับความเข ้มข ้น ถ ้าเป็ นไปตาม Beer’s
                     ้                   ึ่
     law จะได ้กราฟเสนตรง slope = b ซงเรียกว่า Calibration
     curve
   ● เตรียมสารละลายตัวอย่างและวัด %T หรือ A
   ● หาความเข ้มข ้นของสารละลายตัวอย่างจาก calibration curve



                                                           30
Quantitative Applications

      A                             
                   slope = b
                             
    A of
unknown                 

                   
                            c of analyte
                           in unknown

            Concentration of analyte

       รูปที่ 2 Calibration curve

                                           31
         Quantitative Applications
 สารละลายมาตรฐาน (calibration standard solution) สาหรับ
  photometric/spectrophotometric analysis ควรมีองค์ประกอบ
  ใกล ้เคีย งกับ องค์ป ระกอบของตัว อย่า งมากที่สุด และควร
               ่
  ครอบคลุมชวงความเข ้มข ้นของ analyte
 โดยทั่วไปจะสร ้าง calibration curve โดยให ้ความเข ้มข ้นของ
  สารมาตรฐานและ analyte มีหน่วยเดียวกัน และต ้องนา dilution
  factor มาคานวณด ้วยถ ้าเจือจางสารละลายตัวอย่างก่อนนาไปวัด
  absorbance (ถ ้าเจือจางสารละลายมาตรฐานและสารละลาย
  ตัวอย่างเท่ากันไม่จาเป็ นต ้องนา dilution factor มาคานวณ)
                                           ้
 ไม่ควรหาค่า molar absorptivity โดยใชสารละลายมาตรฐาน
                            ิ ่
  ความเข ้มข ้นเดียวและสมมุตวาเป็ นไปตาม Beer’s law และไม่
        ้
  ควรใชค่า molar absorptivity จาก literature           32
        Quantitative Applications
ต ัวอย่างที่ 1    จากการทดลองวัด Absorbance ของสารละลาย
                            ้
K2Cr2O7 ที่ 257 nm โดยใชเซลล์ขนาด 1 cm ได ้ผลดังในตาราง
ก) จงสร ้าง calibration curve และหา molar absorptivity
                                                    ึ่
ข) จงหาความเข ้มข ้นของสารละลายตัวอย่าง K2Cr2O7 ซงวัด A ที่
    257 nm ได ้ 0.729
         ความเข ้มข ้น (ppm)           A
                 10                  0.142
                 20                  0.284
                 40                  0.565
                 60                  0.840
                80                   1.105
                100                  1.370               33
                  Quantitative Applications
ก.                1.6
                  1.4            y = 0.0136x + 0.0125
     Absorbance

                  1.2
                                      R2 = 0.9998
                  1.0
                  0.8
                  0.6
                  0.4
                  0.2
                  0.0
                        0   20     40      60      80    100   120

                                   ความเข ้มข ้น (ppm)
ข. ความเข ้มข ้นของสารละลายตัวอย่าง K2Cr2O7
           = (0.729 – 0.0125)/0.0136 = 52.7 ppm
                                                                     34
         Quantitative Applications
3.2 Standard Additions Methods
       ้ ่                      ่ ึ่             ิ
  ● ใชเมือตัวอย่างมีองค์ประกอบอืนซงดูดกลืนหรือมีอทธิพลต่อ
    absorbance ของ analyte
  ● ทาโดยเติมสารละลายมาตรฐานปริมาตรต่างๆ กัน (ทราบปริมาณ)
    ลงในสารละลายตัวอย่างปริมาตรเท่ากัน เจือจางสารละลายให ้มี
    ปริมาตรเท่ากันในขวดวัดปริมาตร นาไปวัด absorbance
    สร ้างกราฟระหว่าง absorbance กับความเข ้มข ้นของสารละลาย
               ่
    มาตรฐานทีเติม
                                                 ้    ึ่ ่
    ถ ้าระบบเป็ นไปตาม Beer’s law จะได ้กราฟเสนตรง ซงเมือต่อไป
    ยังแกนความเข ้มข ้น จะให ้ความเข ้มข ้นของ unknown
                                                            35
Quantitative Applications


                A
                                         
                                   
                               
                           
                       




 cx                 Concentration of std added

      รูปที่ 3 Standard addition curve

                                                 36
         Quantitative Applications
  นอกจากนี้ อาจเขียนกราฟระหว่าง A กับปริมาตรของสารละลาย
         ่
มาตรฐานทีเติม โดยทาการทดลองดังนี้
 ใชสารละลายตัวอย่าง ความเข ้มข ้น cx ปริมาตร Vx ใสขวดวัด
     ้                                             ่
  ปริมาตรขนาด VT
 เติมสารละลายมาตรฐานของ analyte ทีทราบความเข ้มข ้น cs
                                   ่
  ปริมาตรต่างๆ กัน Vs mL
 เติมสารทีทาให ้เกิดสแล ้วเจือจางจนมีปริมาตรเป็ น VT นาไปวัด A
           ่          ี




                                                            37
Quantitative Applications
              A
                                      
                                  
                              
                          
                      



(Vs)0
                      Volume of std added

             bVscs   bVxcx
        AT = V      +
                       VT
               T

        AT = kVscs + kVxcx
        k   = b/VT
                                            38
          Quantitative Applications
                      AT = kVscs + kVxcx
ถ ้าสร ้างกราฟระหว่าง AT กับ Vs จะได ้กราฟเสนตรง
                                            ้
                   slope (m)     = kcs
                   intercept (b) = kVxcx
และหา cx ได ้จาก
                            m    kcs
                              =
                            b   kVxcx
                                 bcs
                            cx =
                                 Vxcx
                                                   39
          Quantitative Applications
ต ัวอย่างที่ 2
                           ่
ปิ เปตน้ าตัวอย่าง 10 mLใสในขวดวัดปริมาตร 50.00 mL 5 ขวด เติม
สารละลายมาตรฐาน Fe3+ 11.1 ppm ปริมาตร 0.00, 5.00, 10.00,
                                                      ่
15.00 และ 20.00mL แล ้วเติมSCN- ให ้มากเกินพอเพือให ้เกิดสาร
        ้
เช ิง ซ อนส ี แ ดง Fe(SCN)2 + หลั ง จากเจื อ จางจนถึง ขี ด ปริม าตร
นาไปวัด absorbance ด ้วย photometer ทีใช ้ green filter และ
                                             ่
เซลล์ขนาด 0.982 cm ได ้ absorbance เท่ากับ 0.240, 0.437,
0.621, 0.809, และ 1.009 ตามลาดับ ความเข ้มข ้นของ Fe3+ในน้ า
เป็ นเท่าไร



                                                                40
             Quantitative Applications

              1.200
              1.000
                                      m = 0.03820
absorbance


              0.800
              0.600
              0.400
              0.200      b = 0.2412
              0.000
                      0.00    5.00    10.00   15.00   20.00   25.00
                              volume of std solution (mL)
                                                                      41
       Quantitative Applications
cs = 11.1 ppm, Vx = 10.00 mL, VT = 50.00 mL
plot A กับ Vs พบว่าเป็ นไปตาม Beer’s law
   m = 0.03820, b = 0.2412
   A = 0.03820 Vs + 0.2412
        bcs
   cx =
        Vxcx

         0.2412 x 11.1
   cx =                 = 7.01 ppm Fe3+
        10.00 x 0.03820


                                              42
         Quantitative Applications
          ี่ ั
  ในกรณีทตวอย่างมีปริมาณน ้อยหรือต ้องการประหยัดเวลา อาจทา
standard addition analysis โดยใช ้ 2 ตัวอย่าง และเติม standard
Vs mL ลงในตัวอย่างหนึง
                     ่
                          bVxcx
                  A1 =
                              VT
                           bVxcx    bVscs
                   A2   =
                            VT     +
                                      VT
                  A2      Vxcx+ Vscs
                        =
                  A1          Vxcx
                             A1Vscs
                  cx    =
                          (A2 – A1)Vx
             ี
   อย่างไรก็ดการเติม standard เพียงตัวอย่างเดียวนี้ อาจเกิดความ
                   ่         ี
ผิดพลาดได ้มาก เนืองจากไม่มการตรวจสอบ linearity และผลทีได ้  ่
                                                               43
    ้                ื่                    ้
จะขึนกับความน่าเชอถือของการวัดเพียง 1 ครังเท่านัน  ้
         Quantitative Applications
ต ัวอย่างที่ 3
ในการหาปริมาณฟอสเฟตใน urine โดยนาตัวอย่าง 2.00 mL มาเติม
                                ึ่
molybdenum blue reagents ซงทาปฏิกรยากับ ฟอสเฟตแล ้วให ้ส ี
                                        ิ ิ
      ้
จากนันเจือจางให ้เป็ น 100 mL นาไปวัด A ที่ 820 nm ได ้ 0.428
                                              ึ่
นาตัวอย่างอีก 2.00 mL มาเติมสารละลายซงมีฟอสเฟต 0.0500
mg/mL ปริมาตร 1.00 mL แล ้วเจือจางให ้เป็ น 100 mL วัด A ที่ 820
nm ได ้ 0.517 จงคานวณปริมาณฟอสเฟตใน urine เป็ น mg/mL
             A1Vscs
      cx =
           (A2 – A1)Vx

           (0.428)(1.00 mL)(0.0500 mg PO43-/mL)
      cx =
               (0.517 - 0.428) (2.00 mL)

          = 0.120 mg PO43-/ mL sample                        44
          Quantitative Applications

Analysis of Mixtures
                 ่
  สารละลายทีม ี absorbing species          มากกว่า 1 ชนิด และ
species เหล่านี้ ไม่เกิด interaction กัน
                               ่         ่ ่
   Atotal = A1 + A2 + … + An ทีความยาวคลืนทีกาหนด
          = 1bc1 + 2bc2 + … + nbcn




                                                           45
             A1 = Ax1 + Ay1
    A1
                                      A2 = Ax2 + Ay2
    A2
                              x+y
                         x
                                              y   A = Ax + Ay
Absorbance




                                                    = xbcx + ybcy




                   1    Wavelength      2
รูปที่ 4 Absorption spectra ของสาร x, สาร y และสารผสมของ
         x และ y ทีความเข ้มข ้นเดียวกัน
                   ่                                    46
        Quantitative Applications
พิจารณาการหาปริมาณสาร x และ y ในสารผสม
 เลือกความยาวคลืนสาหรับการวัด absorbance (1 และ 2)
                 ่
 วัด absorbance ของสารละลายผสมที่ 1
     A1 = Ax1 + Ay1 = x1bcx + y1bcy
 วัด absorbance ของสารละลายผสมที่ 2
     A2 = Ax2 + Ay2 = x2bcx + y2bcy
 วัด absorbance ของสารละลายมาตรฐาน x ที่ 1 และ 2
  หา x1, x2 จาก A = bc
 วัด absorbance ของสารละลายมาตรฐาน y ที่ 1 และ 2
  หา y1, y2 จาก A = bc
 แก ้สมการหาค่า cx และ cy                              47
        Quantitative Applications
ต ัวอย่างที่ 4 การหาปริมาณ Pd (II) และ Au (III) ในสารผสมทา
                 ิ ิ
ได ้โดยให ้ทาปฏิกรยากับ methiomeprazine (C19H24N2S2) สาร
    ิ ้              ่                             ิ ้
เชงซอนของ Pd ทีได ้ดูดกลืนสูงสุดที่ 480 nm สารเชงซอนของ
                                 ่
Au ดูดกลืนสูงสุดที่ 635 nm และมีคา molar absorptivity ดังนี้
                             Molar Absorptivity, 
                         480 nm              635 nm
     ิ ้
สารเชงซอนของ Pd         3.55 x 103          5.64 x 102
      ิ ้
สารเชงซอนของ Au         2.96 x 103          1.45 x 104
                                 ิ ิ
ถ ้านาตัวอย่าง 25.0 mL มาทาปฏิกรยากับ methiomeprazine มาก
เกินพอ แล ้วเจือจางเป็ น 50.0 mL                  ่
                                      นาสารละลายทีได ้ไปวัด
absorbance ในเซลล์ขนาด 1.00 cm พบว่า A = 0.533 ที่ 480
nm และ 0.590 ที่ 635 nm        จงคานวณ molar concentration
ของ Pd(II) และ Au(III) ในตัวอย่าง                       48
       Quantitative Applications
ที่ 480 nm :
  0.533 = (3.55 x 103)(1.00)cPd + (2.96 x 103)(1.00)cAu
ที่ 635 nm :
  0.590 = (5.64 x 102)(1.00)cPd + (1.45 x 104)(1.00)cAu
    CAu = 3.60 x 10-5 M
    CPd = 1.20 x 10-4 M
   ่              ่
เนืองจากสารละลายทีนาไปวัด absorbance มีการเจือจาง 2 เท่า
     ้
ดังนันความเข ้มข ้นของ Au(III) และ Pd(II) ในตัวอย่างคือ
    CAu = 7.20 x 10-5 M
    CPd = 2.40 x 10-4 M
                                                          49
         Quantitative Applications
               ่
    สารผสมทีม ี absorbing species มากกว่า 2 ชนิดก็สามารถ
                                        ่      ้ ่
วิเคราะห์ได ้ โดยต ้องวัด absorbance เพิม 1 ครังเมือมี absorbing
             ่ ้
species เพิมขึน 1 ชนิด อย่างไรก็ด ี ความไม่แน่นอนของข ้อมูลที่
         ่ ้     ่                           ่ ้            ้
ได ้จะเพิมขึนเมือจานวน absorbing species เพิมขึน แต่ถ ้าใชสเปก
                    ี่
โทรโฟโตมิเตอร์ทควบคุมด ้วยคอมพิวเตอร์ จะสามารถลดความไม่
          ้
แน่นอนนีลงได ้บ ้าง




                                                             50
          Quantitative Applications
Effect of Instrumental Uncertainties
  ค ว า ม แ ม่ น (accuracy) แ ล ะ ค ว า ม เ ที่ ย ง (precision) ข อ ง
spectrophotometric     analysis    มักถูกจากัดโดย indeterminate
error หรือ noise ของเครืองมือ
                        ่
  noise                   ่
           หมายถึง การเปลียนแปลงของ output                   ่
                                                      จากเครืองมือ
                ่                         ่    ่
เนื่องจากการเปลียนแปลงของไฟฟ้ าและตัวแปรอืนๆ เชน การอ่าน
มิเ ตอร์ข องผู ้ทดลอง ต าแหน่ ง ของเซลล์ใ นล าแสง อุณ หภูม ิข อง
สารละลาย และ output ของsource


                                                                  51
          Quantitative Applications
        ั
   ความสมพันธ์ระหว่าง noise ในการวัด T และความไม่แน่นอนของ
               ่
ความเข ้มข ้นทีได ้ หาได ้โดยเขียน Beer’s law ในรูปของ –log T

           A = -log T = bc

            c = - 1 log T
                  b
              =-     1   b ln T
                   2.303
              = - 0.434 ln T
                    b

                                                                52
         Quantitative Applications
                                0.434
                     c=-              ln T
                                  b
หา partial derivative โดยถือว่า b คงที่ จะได ้
                                0.434
                      c = -          T
                                  bT
                             ึ่
 c = ความไม่แน่นอนของ c ซงเกิดจาก noise (ความไม่แน่นอนของ T)
                       c - 0.434 T
                        c=       logT T
 T = relative random error ของ T ทีเกิดจาก noise ในการวัด T
                                         ่
  T
 c = relative random error ของความเข ้มข ้น
  c

                                                         53
                           ่     ั
ตารางที่ 3 ความคลาดเคลือนสมพัทธ์ของความเข ้มข ้น (relative
                                   ั
concentration error) เป็ นฟั งก์ชนของ T และ A (T= 0.5% ).
        T                   A             c/c x 100
       0.95               0.022             10.20
       0.90               0.046              4.74
       0.80               0.097              2.80
       0.70               0.155              2.00
       0.60               0.222              1.63
       0.50               0.301              1.44
       0.40               0.399              1.36
       0.30               0.523              1.38
       0.20               0.699              1.55
       0.10               1.000              2.17
      0.030               1.523              4.75
      0.020               1.699              6.38       54
           Quantitative Applications
 ค ว า ม ค ล า ด เ ค ลื่ อ น สั ม พั ท ธ์ ข อ ง ค ว า ม เ ข ม ข น (relative
                                                             ้   ้
                                    ่
  concentration error) จะมีคาน ้อยทีสดเมือ    ่ ุ   ่
                              T = 0.368      หรือ
                           %T = 36.8% หรือ
                              A = 0.434
 ความคลาดเคลื่อ นสัม พั ท ธ์ข องความเข ้มข ้นจะมีค่า ไม่เ กิน 3%
     ่
  เมือ
                               T = 0.10 – 0.80
                            %T = 10 – 80%
                               A = 0.1 – 1.0
                                                                         55
      Quantitative Applications
          4.0                              




                                                                      Ordinary
                                            3.0                       method
           % relative error , c/c x 100


                                            2.0

                                                                           Low-absorbance
                                                                              method
                                           1.0

                                                                        High-absorbance
                                                                              method
                                                   Method of ultimate precision
                                                   0    20     40     60     80    100
                                                             % Transmittance
รูปที่ 5 Relative Errors in Spectrophotometric Analysis.                                    56
            Quantitative Applications

Scale Expansion Techniques
                 ่ ้
     เทคนิคทีใชลด relative concentration error ทีเกิดจากความ          ่
                        ่
ไม่แน่นอนของเครืองมือ เรียกว่า differential หรือ precision
                                       ี ั้
methods แบ่งเป็ น 3 วิธ ี วิธทงสามทาให ้ความเทียง (precision)       ่
                                                                        ้
เ พิ่ ม ขึ้ น โ ด ย ก า ร เ ป ลี่ ย น ก า ร ป รั บ เ ค รื่ อ ง มื อ ใ ห ส เ ก ล ข อ ง
transmittance (absorbance) ครอบคลุมชวงความเข ้มข ้นแคบๆ      ่
ทาให ้มี instrumental error คงที่ จึงทาให ้มี concentration
error น ้อยกว่า
      ี ี้     ้                         ่ ้           ่
   วิธนอาจใชทาให ้ความแม่น (accuracy) เพิมขึนไม่ได ้เนืองจาก
 ่                ่ ้
ชวงความเข ้มข ้นทีใชงานได ้จากัด
                                                                                  57
           Quantitative Applications
1. Transmittance-Ratio (High–Absorbance) Methods
      ้ ่
   ใชเมือสารละลายตัวอย่างเข ้มข ้นเกินไป โดย
    ปรับ 0% T โดยใช ้ shutter
    ปรับ 100% T ด ้วยสารละลายมาตรฐานทีมความเข ้มข ้นน ้อยกว่า
                                           ่ ี
     สารละลายตัวอย่าง
       0 SAMPLE STD      %T, Ordinary scale           100%T


     Shutter
                                SAMPLE                 STD
       0                %T, Expanded scale            100%T
    Transmittance-Ratio Method (High-absorbance method)
          Method A : For highly absorbing samples     58
           Quantitative Applications
2. Trace-Analysis (Low–Absorbance) Methods
      ้ ่
   ใชเมือสารละลายตัวอย่างเจือจางเกินไป โดย
    ปรับ 0% T ด ้วยสารละลายมาตรฐานทีมความเข ้มข ้นมากกว่า
                                        ่ ี
     สารละลายตัวอย่าง
                        ้
    ปรับ 100% T โดยใชตัวทาละลาย
        0           %T, Ordinary Scale    STD SAMPLE100%T


                                                 Solvent
     STD                        SAMPLE
      0            %T, Expanded Scale             100%T
      Trace-Analysis Method (Low-Absorbance Method)
          Method B : For weakly absorbing samples          59
            Quantitative Applications
3. Double-Reference (Ultimate Precision) Methods
           ี ี่        ่                 ี
   เป็ นวิธทให ้ความเทียงสูงสุด โดยรวมวิธท ี่ 1 และ 2 เข ้าด ้วยกัน
                                              ึ่
    ปรับ 0% T ด ้วยสารละลายมาตรฐานซงมีความเข ้มข ้นมากกว่า
     สารละลายตัวอย่าง
                                                 ึ่
    ปรับ 100% T ด ้วยสารละลายมาตรฐานซงมีความเข ้มข ้นน ้อย
     กว่าสารละลายตัวอย่าง
                         %T, Ordinary Scale
       0                 STD 2 SAMPLE STD 1              100%T



    STD 2                        SAMPLE                   STD 1
       0                %T, Expanded Scale               100%T
 Double-reference Method (The Method of Ultimate Precision)
                                                        60
             Method C : For maximum precision.
            Quantitative Applications
                                               ี ่
 ตารางที่ 4 เปรียบเทียบการวัดการดูดกลืนด ้วยวิธตางๆ
                        Imposed in Beam for indicator Setting of
      Method
                                0 %T                  100 %T
Ordinary              shutter                solvent
High-absorbance       shutter                standard solution
                                             less concentrated
                                             than sample
Low absorbance        Standard solution      solvent
                      more concentrated
                      than sample
Ultimate precision    Standard solution      standard solution
                      more concentrated      less concentrated
                      than sample            than sample     61
         4. Photometric and
    Spectrophotometric Titrations
 มีประโยชน์ในการหาจุดสมมูลของการไทเทรต

           ิ ิ
 ตัวทาปฏิกรยาหรือผลิตภัณฑ์อย่างน ้อย 1 ชนิดต ้องดูดกลืนแสง
                       ี่ ู
  หรือเติมอินดิเคเตอร์ทดดกลืนแสงลงในสารละลายของ analyte

 การดูดกลืนแสงต ้องเป็ นไปตาม Beer’s law




                                                         62
         4. Photometric and
    Spectrophotometric Titrations
Titration Curves
 Photometric titration curve เป็ นกราฟระหว่าง absorbance
  (ที่ป รั บ แก ้การเปลี่ย นแปลงปริม าตรแล ้ว) กั บ ปริม าตรของตั ว
  ไทเทรต (titrant)

              Acorrected = Aobserved (V + v)/V

               V = ปริมาตรเดิมของสารละลาย
                                        ่
               v = ปริมาตรของตัวไทเทรตทีเติม

                                                                 63
Photometric and Spectrophotometric
             Titrations
 ถ ้าเลือกสภาวะให ้เหมาะสม titration   curve   จะประกอบด ้วย
    ้        ้ ่                    ้            ่
  เสนตรง 2 เสนทีม ี slope ต่างกัน เสนที่ 1 เป็ นชวงก่อนจุดสมมูล
       ้   ่      ่                    ิ ื          ้ ่ ่
  อีกเสนหนึงเป็ นชวงหลังจุดสมมูล จุดยุตคอจุดตัดของเสนทีตอ
       ้     ้
  จากเสนตรงทังสอง




                                                             64
                  (a) s = p = 0 (b) p > 0            (c) s > 0
                      t > 0         s = t = 0            p = t = 0
Absorbance




              0
                  (d) s > t > 0   (e) t > p > 0     (f)
                      p = 0            s = 0

                                                              p > t > 0
              0                                               s = 0
                                    Volume of titrant
             รูปที่ 6 Typical photometric titration curves.
             s = substance titrated, p = product, t = titrant
                                                                            65
                            (a) s = p = 0
                                t > 0



               Absorbance
                     0
                                Volume of titrant
รูปที่ 6 (a) เป็ น titration curve ของการไทเทรต nonabsorbing
                                     ึ่     ิ ิ
species ด ้วย absorbing titrant ซงทาปฏิกรยากับ analyte ให ้
                               ่
nonabsorbing product เชน การไทเทรตสารละลาย Fe2+ ด ้วย
สารละลาย KMnO4
   5Fe2+ + MnO4- + 8H3O+  5Fe3+ + Mn2+ + 12H2O
 colorless absorbing        colorless product
substance    titrant                          66
                             (b) p > 0
                                s = t = 0

                Absorbance



                             Volume of titrant

รูปที่ 6 (b) เป็ น titration curve ของการไทเทรต nonabsorbing
                                                            ่
species ด ้วย nonabsorbing titrant ให ้ absorbing product เชน
การไทเทรตสารละลาย I- ด ้วยสารละลายมาตรฐาน IO3- เกิดเป็ น I3-

                                                          67
Instrumentation
                                          ึ่
 ใช ้ spectrophotometer หรือ photometer ซงดัดแปลงให ้
                       ่
   titration vessel อยูใน light path
       ้
 มักใชภาชนะรูปทรงกระบอกใน photometric titration จึงต ้อง
                    ่             ่
   ระวังอย่าให ้เคลือนหรือหมุน เพือให ้ path length (b) คงที่
 กาลังของ radiation source และ response ของ detector
   ต ้องเหมือนกันตลอดการทดลอง




                                                                68
Applications of Photometric Titrations
 photometric titration ให ้ผลถูกต ้องกว่า direct photometric
                          ้                         ้
  determination เพราะใชข ้อมูลจากการวัดหลายครังในการหา
  จุดสมมูล
                      ิ
 ข ้อดีของการหาจุดยุตจาก photometric titration curve โดย
        ่  ่        ้      ้                      ้
  ต่อสวนทีเป็ นเสนตรง 2 เสนมาตัดกันคือ เป็ นการใชข ้อมูลห่าง
                 ึ่                 ่
  จากจุดสมมูลซงค่า absorbance เปลียนแปลงทีละน ้อย ดังนัน   ้
  จึง
         ้          ิ ิ  ่ ี ่  ่            ่
        ใชได ้กับปฏิกรยาทีมคาคงทีสมดุล (Keq) ตา
         ้                ่
        ใชได ้กับสารละลายทีเจือจางกว่า

                                                           69
                          ้      ิ ิ             ่
 photometric titration ใชกับปฏิกรยาหลายประเภท เชน
  Oxidation-reduction titration
                            ่      ู        ี
  standard oxidising agent สวนใหญ่ดดกลืนรังสได ้
  Acid/base titration
  standard acids หรือ bases ไม่ดูดกลืนรังส ี ต ้องเติม acid/base
              ึ่          ี
  indicators ซงดูดกลืนรังสได ้
  Precipitation titration
          ่    ้
  ตะกอนทีเกิดขึนจะลด radiant power โดยเกิดการกระเจิงแสง ที่
                                 ่ ้
  จุดสมมูลจะไม่เกิดตะกอนเพิมขึนอีกและปริมาณแสงทีตกกระทบ  ่
  detector                                        ิ
                 จึง มีค่า คงที่ การตรวจหาจุด ยุต ด ้วยวิธ ีนี้เ รีย กว่า
                     ่                              ่
  turbidimetry เนืองจากเป็ นการตรวจวัดความขุน (turbidity)
  Complexometric titration
                           ่             ี
  EDTA, complexing agent อืนๆ ดูดกลืนรังสได ้                         70
             0.15

             0.12
                                                      รูปที่ 7   Photometric titration
Absorbance


                                       Cu end point
             0.09
                    Bi end point
                                                      curve ที่ 745 nm ของการไทเทรต
             0.06
                                                                  ่
                                                      สารละลายทีม ี Bi3+ 2.0 x 10-3 M
             0.03
                                                      และ Cu2+ 2.0 x 10-3 M 100 mL
              0 0      1     2     3   4    5                               ึ่
                                                      ด ้วย EDTA 0.10 M ซงเห็นจุดยุต ิ
                    Volume of 0.1 M EDTA (mL)              ั
                                                      ได ้ชดเจน 2 จุด

   ในการไทเทรตสารละลายผสมของ Bi3+ และ Cu2+ ด ้วย EDTA ที่
745 nm Bi3+, Cu2+, EDTA และ Bi-EDTA complex ไม่ดดกลืนแสงู
 ่                                       ่
สวน Cu-EDTA complex ดูดกลืนแสง ในชวงแรกของการไทเทรตซง          ึ่
เกิด Bi-EDTA complex (Kf = 6.3 x 1022) สารละลายจึงไม่ดดกลืนแสง
                                                      ู
เมือ Bi ทาปฏิกรยาหมดจะเกิด Cu-EDTA complex (Kf = 6.3 x 1018)
   ่           ิ ิ
                   ่ ้ ่       ่
absorbance จะเพิมขึนเรือยๆ เมือถึงจุดสมมูลของ Cu การเติม EDTA
                            ่
จะไม่ทาให ้ absorbance เปลียนแปลงอีกต่อไป                   71
5. Spectrophotometric Studies of
          Complex Ions
spectrophotometry       ้
                     ใชหาองค์ป ระกอบและหา formation
constant ของ complex ions ในสารละลายได ้ เนื่องจากเรา
                             ี
สามารถวัดปริมาณการดูดกลืนรังสได ้โดยไม่รบกวนสมดุล
        ่ ้       ่ ุ      ึ
เทคนิคทีใชกันมากทีสดในการศกษา complex ions มี 3 วิธ ี คือ
  1. Method of continuous variations
  2. Mole-ratio method
  3. Slope-ratio method



                                                        72
        Method of continuous variations

๏ ผสมสารละลาย cation (M) และ ligand (L)        ่ ี
                                             ทีม ความเข ้มข ้น
  เท่า กัน โดยให ้ปริม าตรรวมของสารผสมคงที่ แต่อัต ราส่ว นโดย
  ปริมาตรของ สารละลาย M และ L ต่างๆ กัน
๏ วัด absorbance ของแต่ละสารละลายทีความยาวคลืนทีเหมาะสม
                                   ่         ่ ่
  หา corrected absorbance จาก
              Acorrected = Ameasured(VM + VL) / VM
๏ สร ้างกราฟระหว่าง Acorrected กับเศษสวนปริมาตรของ M
                                      ่                   หรือ L
  (VM / VM + VL หรือ VL / VM + VL)
๏ จุดสูงสุด (หรือจุดต่าสุด ถ ้าสารเชงซอนดูดกลืนนอยกว่าตัวทา
                                    ิ ้         ้
  ปฏิกรยา) เกิดขึนที่ VM/VL
       ิ ิ       ้                         ่
                              เท่ากับอัตราสวนของ cation     และ
                   ิ ้
  ligand ในสารเชงซอน                                         73
                   Method of continuous variations
              0.9
              0.8                                   VM /(VM+ VL) = 0.33
              0.7
                                                    VL /(VM+ VL) = 0.66
              0.6
      Absorbance




              0.5                                   VM/VL= 0.33/ 0.66 = 1/2
              0.4                                               ิ ้
                                                    สูตรของสารเชงซอนคือ ML2
              0.3
              0.2                                     ่
                                                    สวนโค ้งของ experimental
              0.1                                   lines    เป็ นผลของความไม่
VM / (VM + VL) 00     0.2   0.4   0.6   0.8   1.0   สมบูรณ์ของ        complex-
VL / (VM + VL) 1.0    0.8   0.6   0.4   0.2   0     formation reaction
รูปที่ 8 Continuous-variation plot                  ค่า formation constant ของ
             ิ ้
สาหรับสารเชงซอนทีมอตราสวนของ
                      ่ ี ั ่                       complex หาได ้จากการวัด
โลหะต่อ ลิแ กนด์เ ป็ น 1:2 และ 1:3                  deviations จาก theoretical
(ML2 และ ML3).                                      straight lines         74
                 Mole-Ratio Method

เตรียมสารละลายผสมโดยให ้ ความเข ้มข ้นของ metal ion คงที่
  ความเข ้มข ้นของ ligand ต่างๆ กัน
                                   ่         ่ ่
 วัด absorbance ของแต่ละสารละลายทีความยาวคลืนทีเหมาะสม
                                        ่
 สร ้างกราฟระหว่าง Acorrected กับอัตราสวนโดยโมลของ M และ L
          ้        ้ ่                     ่     ้     ้
  จะได ้เสนตรง 2 เสนทีม ี slope ต่างกัน เมือต่อเสนตรงทังสองจะ
          ่ ั  ่               ิ ้
  ตัดกันทีอตราสวนโดยโมลของสารเชงซอน




                                                            75
                 Mole-Ratio Method

เตรียมสารละลายผสมโดยให ้ ความเข ้มข ้นของ metal ion คงที่
  ความเข ้มข ้นของ ligand ต่างๆ กัน
                                   ่         ่ ่
 วัด absorbance ของแต่ละสารละลายทีความยาวคลืนทีเหมาะสม
                                        ่
 สร ้างกราฟระหว่าง Acorrected กับอัตราสวนโดยโมลของ M และ L
          ้        ้ ่                     ่     ้     ้
  จะได ้เสนตรง 2 เสนทีม ี slope ต่างกัน เมือต่อเสนตรงทังสองจะ
          ่ ั  ่               ิ ้
  ตัดกันทีอตราสวนโดยโมลของสารเชงซอน




                                                            76
           Mole-Ratio Method
                          1.2
                                        1:1 complex
                          1.0

                          0.8

             Absorbance   0.6                1:2
                                             complex
                          0.4
                          0.2

                           0
                                0   1    2     3   4
                           Mole ligand per mole cation


                                  ิ ้   ่ ี ั ่
รูปที่ 9 Mole-ratio plots ของสารเชงซอนทีมอตราสวน
         โดยโมล 1:1 และ 1:2
                                                         77
                Mole-Ratio Method
การหา formation constant (Kf) - 1:2 complex
                    M + 2L          ML2
Mass-balance equation :        CM = [M] + [ML2]
                               CL = [L] + [ML2]
CM, CL = molar concentration ของ metal ion และลิแกนด์
       ้
ถ ้าใชเซลล์ขนาด 1 cm absorbance ของสารละลายคือ
               A = M[M] + L[L] +             [ML2]
                                          ML2
                                                 ่
จาก mole-ratio plot จะเห็นได ้ว่า M = 0 สวนค่าของ L และ
                 ้         ้       ่
      หาได ้จากเสนตรงทังสองสวน จากการวัด A ของสวนที่       ่
  ML2
        ้
เป็ นเส นโค ้งจะได ้ข ้อมู ล เพี ย งพอที่จ ะค านวณความเข ้มข ้นที่
สมดุลของ M, L, ML2 และคานวณ formation constant
                                                                78
             Slope-Ratio Method

   ี ี้ ี                                     ้
วิธนมประโยชน์สาหรับ weak complexes แต่สามารถใชได ้เฉพาะ
          ่    ิ ้                       ิ ่
ระบบทีเกิดสารเชงซอนเพียงชนิดเดียวโดยสมมุตวา
                     ิ ิ            ิ ้             ้
 (1) สามารถทาให ้ปฏิกรยาการเกิดสารเชงซอนสมบูรณ์โดยใชตัว
      ิ ิ                ่
ทาปฎิกรยาชนิดใดชนิดหนึงมากเกินพอ
         ิ ้
(2) สารเชงซอนดูดกลืนรังส ี
(3) เป็ นไปตาม Beer’s law




                                                     79
                   Slope-Ratio Method

                                            ้
  พิจ ารณาปฏิก ิร ิย าซ ึ่ง เกิด สารเช ิง ซ อน MxLy จากปฏิก ิร ิย าของ
ไอออนของโลหะ M x โมล กับลิแกนด์ L y โมล
                    xM+yL             MxLy
                                 ้ ื
mass-balance expression ของระบบนีคอ
   molar concentration of cation M = CM = [M] + x [MxLy] (1)
   molar concentration of ligand L = CL = [L] + y [MxLy] (2)




                                                                   80
                  Slope-Ratio Method

   ่
เมือ analytical concentration ของ L สูงมาก สมดุลจะเลือน
                                                     ่
                                        ้
ไปทางขวามาก ทาให ้ [M] << x [MxLy] ดังนัน
จาก (1)                  CM = x [MxLy]
ถ ้าระบบเป็ นไปตาม Beer’s law
                 A1 = b [MxLy] = b CM/x
               = molar absorptivity ของ MxLy
              b = path length
     ้    ่
ดังนัน เมือความเข ้มข ้นของ L สูง ถ ้า plot absorbance กับ CM จะได ้
   ้
เสนตรง                    slope = b /x
                                                                 81
                 Slope-Ratio Method

   ่
เมือ analytical concentration ของ M สูงมาก สมดุลจะเลือน
                                                     ่
                 ิ ่
ไปทางขวามาก สมมุตวา [L] << y [MxLy]
จาก (2)               CL = y [MxLy]
จาก Beer’s law        A2 = b [MxLy] = b CL/y
      ้                             ่
ดังนันถ ้าความเข ้มข ้นของ M สูง เมือ plot absorbance กับ CL จะ
        ้
ได ้เสนตรง                slope = b /y
      ่
อัตราสวนของ slope         ้     ้               ่
                     ของเสนตรงทังสองจะแสดงอัตราสวนในการ
รวมตัวของ M และ L
          slope ratio = (b /x) / (b /y) = y/x

                                                            82
     6. Automated Photometric and
      Spectrophotometric Methods
       ่            ิ
   เครืองมืออัตโนมัตสาหรับวิเคราะห์ทางเคมี (Technicon        Auto
                                ้
Analyzer) มีจ าหน่ า ยเป็ นครั ง แรกใน ค.ศ. 1957 เพื่อ สนองความ
                      ิ      ิ ึ่
ต ้องการของห ้องปฏิบัตการคลินกซงต ้องวิเคราะห์ตัวอย่างเลือดและ
           ่
ปั สสาวะเพือหา species ต่างๆ เป็ นจานวนมาก

   ในปั จ จุบัน การแพทย์ส มัย ใหม่ต ้องการการวิเ คราะห์สูง มากและ
   ่         ้                    ่        ่
เพือให ้ค่าใชจ่ายในการวิเคราะห์อยูในระดับทีสมเหตุผล จึงได ้มีการ
                          ึ่
พั ฒ นาระบบการวิเ คราะห์ซ ง สามารถวิเ คราะห์ไ ด ้พร ้อมๆ กั น เป็ น
              ้                 ่ ุ
จานวนมาก โดยใชแรงงานจากคนน ้อยทีสด

                                                                83
      Automated Photometric and
      Spectrophotometric Methods
                 ้ ่              ิ           ่          ิ
  นอกจากนี้ การใชเครืองมืออัตโนมัตได ้ขยายไปสูห ้องปฏิบัตการ
                                                ่
สาหรับควบคุมกระบวนการในอุตสาหรรมและการหาปริมาณทีทาเป็ น
งานประจา ส าหรั บ species     ต่างๆ ในอากาศ น้ า ดิน ยา และ
                                                 ่
ผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรมากมาย การวิเคราะห์เหล่านี้ สวนใหญ่ใช ้
photometry, spectrophotometry หรือ fluorometry




                                                         84
       Automated Photometric and
       Spectrophotometric Methods
ชนิดของ Automated instruments
  automatic analytical instruments มี 2 ชนิด คือ discrete
และ continuous-flow instruments

1. Discrete instrument
    แต่ล ะตั ว อย่า งจะอยู่ใ นภาชนะแยกกั น และด าเนิน การแยกกั น
ตลอดการวิเ คราะห์ห นึ่ง หน่ ว ย (การสุ่ม ตั ว อย่า ง การวั ด มวลหรือ
ปริมาตร การเจือจาง การเติมรีเอเจนต์ การทาให ้ผสมกัน การเซนตริ
                     ่   ่ ่
ฟิ วจ์ และการขนสงไปสูเครืองวัด)
                                                                 85
      Automated Photometric and
      Spectrophotometric Methods
2. Continuous-flow systems
    ตั ว อย่า งจะเป็ นส่ว นหนึ่ง ของสารละลายที่ม ีก ารไหล (flowing
                                           ้   ่
stream) การวิเคราะห์หลายหน่วยจะเกิดขึนเมือตัวอย่างถูกพาจาก
                                                       ่
จุดฉีดตัวอย่าง (injection point) ไหลผ่านไปยังเครืองมือวัดชนิด
ไหลผ่านได ้ (flow-through measuring device)
                                ี ่
    continuous-flow method วิธหนึงเรียกว่า flow-injection
                     ึ่
analysis (FIA) ซงมักใช ้ photometry, spectrophotometry
หรือ ion-selective measurements

                                                               86
      Automated Photometric and
      Spectrophotometric Methods
การหาปริมาณคลอไรด์
      รูปที่ 10 แสดง flow diagram ของ flow-injection systems
  ่ ่     ่ ุ
ทีงายทีสด colorimetric reagent สาหรับ chloride จะถูกสูบโดย
                                        ึ่
peristaltic pump เข ้าไปยัง valve ซงมีการฉีดตัวอย่างเข ้าสู่
flowing stream จากนันตัวอย่างและรีเอเจนต์จะผ่านเข ้าสู่ reactor
                         ้
                           ึ่                ่
coil ยาว 50 cm ซงรีเอเจนต์จะแพร่เข ้าสูตัวอย่างทาให ้เกิด
ผลิตภัณฑ์ทมส ี ดังสมการ
               ี่ ี
           Hg(SCN)2 + 2 Cl-       Hg(Cl)2 + 2SCN-
จาก reactor coil สารละลายจะผ่านเข ้าไปยัง flow-through
              ึ่
photometer ซงมี interference filter 480 nm
                                                            87
                                                                             75        R75
                                                            0.8
                                Sample                      0.6   6 min 50               15 sec
                  Peristaltic                                           40
                    pump
                                  Reactor                 A 0.4       30               R30
                  mL/min            coil                             20
                                   50cm                     0.2
                                                                   10
                                                                                             S2
           Hg(SCN)2   0.8                         To                              S1
    Reagent                                 D               0.0    5                           1%
                                                  waste
               Fe3+
                            Bypass   Photometer                              Time

     (a)                                                            (b)                (c)
รูปที่ 10 Flow-injection determination of chloride.
(a) Flow diagram
(b) สัญญาณจากการวิเคราะห์ (run) ซ้า 4 ครัง ของสารละลาย
                                                 ้
                 ่
    มาตรฐานทีม ี Cl- 5 – 75 ppm
                               ่
(c) Fast scan ของตัวอย่างทีม ี Cl- 30 ppm (R30) และ 75 ppm
    (R75)     เพื่อแสดงให ้เห็นว่าการปนเปื้ อนระหว่างการวิเคราะห์
               ้            ่ ่               ่
    ตัวอย่างทังสองน ้อย เมือเริมฉีดตัวอย่างทีสอง (S2) หลังจากฉีด
                                                    ่
    ตัวอย่างแรก 28 วินาทีจะมีตัวอย่างแรกเหลืออยูใน flow cell
                                                               88
    น ้อยกว่า 1%

								
To top