ЛР № 17 Приборы, регистрирующие вторичную эмиссию света – флуориметры

Цель: изучить приборы, регистрирующие вторичную эмиссию света– флуориметры.

Ход работы:

1. Ознакомьтесь с приборами регистрирующих вторичную эмиссионные света их основными узлами и принципом действия. Кратко отразите в отчете. Опишите методику анализа образца на флуориметре, зарисуйте рисунок 2.

2. Изучите и опишите качественные и количественные методы анализа.

3. Решение задач.

1. Теория. Вторичная эмиссия – это способность вещества к самостоятельному свечению, которая возникает под различными воздействиями, например при облучении вещества каким-нибудь источником излучения, при обработке специальными реагентами (хемилюминесценция), при воздействии лазера и т.д., при этом молекула преобразует поглощенную энергию в собственное излучение. Вторичная эмиссия получила название – люминесценция. Люминесцирующие вещества могут находиться в любом агрегатном состоянии.

Если вещество начинает люминесцировать под воздействием света – это фотолюминесценция. По наличию послесвечения фотолюминесценция подразделяется на фосфоресценцию – свечение сохраняется после прекращения воздействия источника света и флуоресценцию – после прекращения воздействия прекращается и свечение.

В аналитических методах в основном используют явление флуоресценции, поэтому метод назван флуориметрией. Интенсивность флуоресценции зависит от концентрации вещества. Прибор, в основе аналитических определений которого лежит регистрация спектров и интенсивности флуоресценции, получил название флуориметр.

Рис. 1. Общий вид флуориметра ЭФ-ЗМА: 1, 3 – вторичные светофильтры; 2 – первичный светофильтр; 4 – кювета-пробирка с раствором; 5 – ручка, связанная с диафрагмой; 6 – ручка, связанная с заслонкой; 7, 10 – ручки для установки стрелки микроамперметра; 8 — микроамперметр; 9 – ручка, связанная с шунтом; 11 – кнопка; 12 – ниша; 13 – металлическая крышка

Рисунок 2. Свет от ртутно-кварцевой лампы 1, пройдя через диафрагму 2, светофильтр 4, кварцевую оптику 5, попадает на пробирку с исследуемым раствором б. Образующееся свечение флуоресценции, пройдя кварцевую оптику и вторичные светофильтры 7, попадает на фотоэлементы 8, расположенные по обе стороны кюветы. В интервале между исследованиями шторка 3 закрывается. Фототок подается на имеющийся в приборе электронный усилитель и затем на микроамперметр. В известных пределах показания микроамперметра пропорциональны концентрации вещества в растворе. Прибор оснащен двумя селеновыми фотоэлементами.

В качестве источника освещения могут применяться ртутная, ксеноновая, водородная и другие лампы, широко применяется лазер. На базе флуоресцентных методов в сочетании с лазерной оптикой разработаны приборы для дистанционного контроля состояния среды (метод дистанционной лазерной спектроскопии). На базе флуоресцентных методов в сочетании с лазерной оптикой разработаны приборы для дистанционного контроля состояния среды (метод дистанционной лазерной спектроскопии).

2. Практика. Спектры флуоресценции специфичны для определяемых веществ. Поэтому флуоресценция может быть применена для их идентификации. Спектры люминесценции применяются для качественного и количественного анализа, в структурных исследованиях, физико-химических свойств газообразных, жидких и твердых образцов.

В основе качественного люминесцентного метода анализа лежит зависимость характера свечения от природы люминесцирующего вещества.

В основе количественного люминесцентного метода анализа лежит зависимость интенсивности люминесценции (свечения, вторичной эмиссии) от концентрации анализируемого вещества в растворе.Люминесценция позволяет обнаруживать количества вещества порядка 10^–10–10^–13 г.

Количественный анализ проводят по следующей общей схеме:

1. Растворение пробы и перевод определяемого компонента в люминесцирующее соединение.

2. Облучение пробы источником излучения.

3. Определение интенсивности люминесценции стандартных растворов по току фотоумножителя, либо почернению фотопластинки, либо другим методом. На основании полученных данных производится построение градуировочного графика зависимости интенсивности люминесценции от концентрации определяемого компонента.

4. Регистрация интенсивности люминесценции анализируемой пробы и определение концентрации исследуемого компонента по градуировочному графику или методом добавок.

В определенном интервале концентраций флуоресцирующего вещества и при постоянных условиях эксперимента интенсивность люминесценции линейно зависит от концентрации этого вещества в растворе:

Ilm(Х) = к × с(Х), где Ilm(Х) – интенсивность люминесценции раствора анализируемого вещества Х;

к – коэффициент пропорциональности, который при проведении эксперимента на данном приборе и неизменных условиях является величиной постоянной;

c(Х) – концентрация вещества в анализируемом растворе; измеряется обычно в мкг/мл.

Метод градуировочного графика. Готовят серию эталонных растворов определяемого вещества с постепенно возрастающей концентрацией с1, с2, с3, …. Измеряют интенсивность флуоресценции Ilm каждого эталонного раствора в одних и тех же условиях. По полученным данным строят градуировочный график в координатах Ilm – c. Затем измеряют интенсивность люминесценции анализируемого раствора в тех же условиях и по градуировочному графику находят концентрацию определяемого вещества в анализируемом растворе.

Метод одного стандарта. Готовят стандартный раствор с точно известной концентрацией сs определяемого вещества, близкой к концентрации cx того же определяемого вещества в анализируемом растворе. В одинаковых условиях измеряют интенсивность флуоресценции стандартного Is и анализируемого Ix растворов. Концентрацию cx рассчитывают по формуле

На базе флуоресцентных методов в сочетании с лазерной оптикой разработаны приборы для дистанционного контроля состояния среды (метод дистанционной лазерной спектроскопии).

3. Решить задачи:

1) Пробы исследуемой воды объемом по 500 мл фотометрировали в пламени так же, как и стандартные растворы, приготовленные из CaCl₂. Результаты фотометрирования (интенсивности спектральных линий) приведены в таблице:

Построить градуировочный график и определить концентрацию (мг/л) кальция в исследуемых пробах.

2) Для определения кальция в воздухе цементного завода была отобрана проба воздуха объемом 100 л. Воздух пропущен через кислотную ловушку, в результате чего был получен анализируемый раствор объемом 500 мл. Для определения содержания кальция был использован метод сравнения. Интенсивность излучения стандартного раствора кальция с концентрацией 50 мг/л 16 единиц, а интенсивность излучения анализируемой пробы – 31 единица. Определить концентрацию кальция в мг на 1 л воздуха.

3) Пробы воды, сбрасываемой предприятием, количеством 250,0 мл фотометрировали в пламени для определения содержания ионов Na⁺ так же, как и стандартные растворы. Данные фотометрирования приведены в таблице:

Построить градуировочный график и определить содержание натрия в пробах.

Вывод